JPH11214686A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH11214686A
JPH11214686A JP1426998A JP1426998A JPH11214686A JP H11214686 A JPH11214686 A JP H11214686A JP 1426998 A JP1426998 A JP 1426998A JP 1426998 A JP1426998 A JP 1426998A JP H11214686 A JPH11214686 A JP H11214686A
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JP
Japan
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diffusion layer
gate electrode
impurity
concentration
region
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JP1426998A
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Kentaro Nakanishi
賢太郎 中西
Shinji Odanaka
紳二 小田中
Akira Hiroki
彰 広木
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • H01L29/1041Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with a non-uniform doping structure in the channel region surface
    • H01L29/1045Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with a non-uniform doping structure in the channel region surface the doping structure being parallel to the channel length, e.g. DMOS like

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低しきい値電圧、低接合容量及び高駆動力を
確保しながら短チャネル効果を抑制できるようにする。 【解決手段】 半導体基板1におけるゲート電極3の両
側端部及びサイドウォール4の直下には、n型不純物で
あるヒ素が低濃度に注入されてなる浅いソース・ドレイ
ン拡散層5が形成され、ゲート電極3の中央部の直下に
はp型不純物イオンであるボロンが拡散してなるしきい
値制御用の第1のチャネル不純物拡散層6が形成されて
いる。第1のチャネル不純物拡散層6は、中央部の低濃
度領域6aと両側部の高濃度領域6bとから構成されて
おり、該第1のチャネル不純物拡散層6及び浅いソース
・ドレイン拡散層5の下側には、ボロンが拡散してなり
レトログレードチャネルプロファイルを有するしきい値
制御用の第2のチャネル不純物拡散層8が形成されてい
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、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に、低しきい値電圧、低接合容量
及び高駆動力を確保しつつ、短チャネル効果の抑制と動
作の高速化とを図る半導体装置及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、相補型半導体装置、いわゆるCM
OSデバイスは、マルチメディア時代に必須となるシス
テムオンチップを実現するため、ますます高性能化及び
高集積化を要求されている。CMOSデバイスの開発状
況は、試作段階又は量産段階の最小加工寸法をゲート長
を用いて表わすと0.5μmから0.35μm、さらに
0.25μmへと進展しており、研究段階においては
0.1μm以下までをもその対象とするようになってき
ている。
【0003】以下、従来のCMOSデバイス及びその製
造方法について図面を参照しながら概要を説明する。
【0004】図17は第1の従来例としての半導体装置
の製造方法の工程順の断面構成を示している(Y.Okumur
a et al., IEEE Trans. Electron Devices, p.2541, 19
92)。まず、図17(a)に示すように、例えば、シリ
コンからなる半導体基板101の主面に対してp型不純
物イオンを注入してp型ウェル層102を形成した後、
図17(b)に示すように、半導体基板101の上にゲ
ート酸化膜103、ポリシリコン膜104及び上部酸化
膜105を順次堆積する。その後、フォトリソグラフィ
ーを用いてパターン化し、ドライエッチングを行なって
ゲート電極106を形成する。
【0005】次に、図17(c)に示すように、ゲート
電極106をマスクとして半導体基板101に対してn
型不純物イオンを注入してゲート長方向に広がる低濃度
で浅いソース・ドレイン拡散層107をそれぞれ形成す
る。
【0006】次に、図17(d)に示すように、半導体
基板101の上に全面にわたって絶縁膜を堆積した後、
該絶縁膜に対してエッチバックを行なって、ゲート電極
106の両側面にサイドウォール108をそれぞれ形成
した後、ゲート電極106及びサイドウォール108を
マスクとして半導体基板101に対してn型不純物イオ
ンを注入してゲート長方向に広がる高濃度で深いソース
・ドレイン拡散層109をそれぞれ形成する。
【0007】次に、図17(e)に示すように、半導体
基板101を基板面の法線方向を軸として回転させなが
ら、ゲート電極106及びサイドウォール108をマス
クとして、半導体基板101にp型不純物イオンを基板
面の法線に対して所定の傾きを持たせて注入することに
より、しきい値制御用のチャネルドープ層110を形成
する。
【0008】この製造方法によると、半導体基板101
の表面におけるチャネルドープ層110の不純物濃度は
チャネル方向(=ゲート長方向)で不均一であり、すな
わち、ゲート電極106の両側端部の直下において最も
高濃度であり、ゲート電極106の中央部の直下におい
ては最も低濃度となっている。このため、短チャネル化
に伴うしきい値電圧Vthの低下を抑えられ、短チャネル
効果を抑制できる。
【0009】図18は第2の従来例としての半導体装置
の断面構成を示している(L. Su etal., VLSI Symp. Di
g., p.12, 1996)。図18に示すように、半導体基板1
11の上にはゲート酸化膜112を介在させ且つサイド
ウォール113が設けられたゲート電極114が選択的
に形成されている。半導体基板111におけるゲート電
極114の両側端部の下側には、例えばn型の低濃度で
浅いソース・ドレイン拡散層115が形成され、浅いソ
ース・ドレイン拡散層115と接すると共にゲート長方
向に広がるようにn型で高濃度の深いソース・ドレイン
拡散層116が形成されている。
【0010】半導体基板111におけるゲート電極11
4の直下にはp型の低濃度領域117aが形成されてお
り、該低濃度領域117b及び深いソース・ドレイン拡
散層116の下側に形成されたp型の高濃度領域117
bと共にチャネルドープ層117を構成している。高濃
度領域117bの不純物濃度は、深いソース・ドレイン
拡散層116の界面よりも浅い位置にそのピーク値を有
しており、ここではp型の不純物イオンとしてインジウ
ム(In)を用いている。
【0011】さらに、浅いソース・ドレイン拡散層11
5の下側及び深いソース・ドレイン拡散層116のゲー
ト電極114側には、p型の不純物拡散層118が設け
られており、短チャネル効果の抑制に寄与している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ゲート長が0.2μm
近辺のMOSトランジスタの高性能化を図るには、MO
Sトランジスタの高駆動力を確保するため、しきい値電
圧Vthを0.4V以下に低減させる必要がある。
【0013】しかしながら、前記第1の従来例に係る半
導体装置は、ゲート電極106及びサイドウォール10
8をマスクとした不純物の斜め注入のみによってしきい
値電圧Vthの設定を行なっているため、ゲート電極10
6の両側端部の直下とゲート電極106の中央部の直下
とでは、チャネルドープ層110におけるチャネル方向
の不純物濃度が大きく変化するので、短チャネル領域に
おいてはチャネル中央部分の不純物濃度が急激に上昇し
てしまう。その結果、短チャネル化がしきい値電圧Vth
の変化に、より敏感に反映するという問題を有してお
り、ゲート長寸法のばらつきに対するしきい値電圧Vth
の変動が顕著となる。また、短チャネル領域でしきい値
電圧Vthが上昇する逆短チャネル効果も大きくなる。さ
らには、斜め回転注入を用いて不純物イオンの注入を行
なうため、製造時にチャネルドープ量のばらつきが大き
くなりやすいという問題も有している。
【0014】一方、前記第2の従来例に係る半導体装置
は、半導体基板111の上面側から順に形成された低濃
度領域117aと高濃度領域117bとからなるチャネ
ルドープ層117を有している。nチャネルMOSトラ
ンジスタの場合には、このチャネルドープ層117のp
型不純物イオンにインジウムを用いているため、半導体
基板111の内部において不純物濃度がピーク値を示し
た後、該不純物濃度が急激には減少しない。その結果、
深いソース・ドレイン拡散層116との界面よりも深い
領域においても、インジウムによる不純物濃度が上昇し
てしまい、接合容量を増加させるという問題を有してい
る。また、インジウムを用いたイオン注入は量産が難し
い。本発明は、前記従来の問題を解決し、低しきい値電
圧、低接合容量及び高駆動力を確保しながら短チャネル
効果を抑制できるようにすることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、しきい値制御用のチャネルドープ層の不
純物濃度の濃度分布をゲート長方向と基板の深さ方向と
に共に不均一とし、且つ、チャネルドープ層の下端部が
ソース・ドレイン拡散層の下端部よりも浅い構成とする
ものである。
【0016】本発明に係る第1の半導体装置は、半導体
基板の上に形成されたゲート電極と、半導体基板におけ
るゲート長方向側にそれぞれ形成されたソース・ドレイ
ン拡散層と、半導体基板におけるゲート電極の下側に形
成されたしきい値制御用のチャネル不純物拡散層とを備
え、チャネル不純物拡散層は、ゲート長方向に不均一で
且つ基板面に対する垂直方向にも不均一な不純物濃度を
有しており、チャネル不純物拡散層の下端部の基板面か
らの距離は、ソース・ドレイン拡散層の下端部の基板面
からの距離よりも小さいか又は等しい。
【0017】第1の半導体装置によると、チャネル不純
物拡散層が、ゲート長方向に不均一で且つ基板面に対す
る垂直方向にも不均一な不純物濃度を有しているため、
ゲート長方向においては少なくともソース側を高濃度と
すると、チャネル領域のソース側の電界が高くなり、一
方、垂直方向においては上部側を低濃度とし内部側を高
濃度とすると、しきい値電圧値を低減できる。さらに、
チャネル不純物拡散層の下端部の基板面からの距離が深
いソース・ドレイン拡散層の下端部の基板面からの距離
よりも小さいか又は等しいため、接合容量が小さくな
る。
【0018】第1の半導体装置において、チャネル不純
物拡散層はボロン(ホウ素)が拡散してなることが好ま
しい。
【0019】本発明に係る第2の半導体装置は、半導体
基板の上に形成されたゲート電極と、半導体基板におけ
るゲート電極の両側部の下側の領域にそれぞれ形成され
た第1導電型の浅いソース・ドレイン拡散層と、半導体
基板におけるゲート電極の下側の領域に、側部が浅いソ
ース・ドレイン拡散層と接するように形成された第2導
電型で且つしきい値制御用の第1のチャネル不純物拡散
層と、半導体基板における浅いソース・ドレイン拡散層
に対するゲート電極のそれぞれの反対側の領域に、ゲー
ト長方向に広がるように形成された第1導電型の深いソ
ース・ドレイン拡散層と、半導体基板における浅いソー
ス・ドレイン拡散層及び第1のチャネル不純物拡散層の
下側に形成され、第2導電型で且つしきい値制御用の第
2のチャネル不純物拡散層とを備え、第1のチャネル不
純物拡散層は、浅いソース・ドレイン拡散層側の領域が
ゲート電極の下側の領域よりも大きい不純物濃度分布を
有し、第2のチャネル不純物拡散層は、第1のチャネル
不純物拡散層側の領域がその中央部よりも小さい不純物
濃度分布を有しており、第2のチャネル不純物拡散層の
下端部の基板面からの距離は、深いソース・ドレイン拡
散層の下端部の基板面からの距離よりも小さい。
【0020】第2の半導体装置によると、第1のチャネ
ル不純物拡散層が、浅いソース・ドレイン拡散層側の領
域においてゲート電極の下側の領域よりも大きい不純物
濃度分布を有しているためチャネル領域のソース側の電
界が高くなり、一方、第2のチャネル不純物拡散層が、
第1のチャネル不純物拡散層側の領域においてその中央
部よりも小さい不純物濃度分布を有しているため、しき
い値電圧値を低減できると共に接合容量を低減できる。
さらに、第2のチャネル不純物拡散層の下端部の基板面
からの距離が、深いソース・ドレイン拡散層の下端部の
基板面からの距離よりも小さいため、接合容量がさらに
小さくなる。
【0021】第2の半導体装置において、第1のチャネ
ル不純物拡散層のゲート長方向における不純物濃度の濃
度分布が、ゲート電極の両側部側が高く中央部が低いU
字形状又はV字形状を有していることが好ましい。
【0022】第2の半導体装置において、第1の不純物
拡散層及び第2の不純物拡散層はそれぞれボロンが拡散
してなることが好ましい。
【0023】本発明に係る第3の半導体装置は、埋め込
み酸化膜を有するSOI基板の上に形成されたゲート電
極と、SOI基板の埋め込み酸化膜の上におけるゲート
電極の両側部の下側の領域にそれぞれ形成された第1導
電型の低濃度のソース・ドレイン拡散層と、SOI基板
の埋め込み酸化膜の上におけるゲート電極の下側の領域
に、側部が低濃度のソース・ドレイン拡散層と接するよ
うに形成された第2導電型で且つしきい値制御用のチャ
ネル不純物拡散層と、SOI基板の埋め込み酸化膜の上
における低濃度のソース・ドレイン拡散層に対するゲー
ト電極のそれぞれの反対側の領域に、ゲート長方向に広
がるように形成された第1導電型の高濃度のソース・ド
レイン拡散層とを備え、チャネル不純物拡散層の不純物
濃度は、ゲート電極の下側の領域が低濃度のソース・ド
レイン拡散層側の領域及び埋め込み酸化膜側の領域より
も小さい不純物濃度分布を有している。
【0024】第3の半導体装置によると、チャネル不純
物拡散層が、ゲート電極の下側の領域において低濃度の
ソース・ドレイン拡散層側の領域及び埋め込み酸化膜側
の領域よりも小さい不純物濃度分布を有しているため、
チャネル領域のソース側の電界が高くなると共に、しき
い値電圧値と接合容量とを低減できる。
【0025】第3の半導体装置において、SOI基板の
埋め込み酸化膜の下側におけるチャネル不純物拡散層の
下方の領域に、第2導電型の高濃度不純物拡散層をさら
に備えていることが好ましい。
【0026】第3の半導体装置において、チャネル不純
物拡散層のゲート長方向における不純物濃度の濃度分布
が、ゲート電極の両側部側が高く中央部が低いU字形状
又はV字形状を有していることが好ましい。
【0027】第3の半導体装置において、チャネル不純
物拡散層はボロンが拡散してなることが好ましい。
【0028】本発明に係る第1の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の主面に第1導電型で且つしきい値制御
用の第1の不純物イオンを注入して、半導体基板の主面
側に低濃度の第1のチャネル不純物拡散層と該第1のチ
ャネル不純物拡散層の下側に高濃度の第2のチャネル不
純物拡散層とを形成した後、半導体基板に対して高温且
つ短時間の熱処理を行なうことにより、第1のチャネル
不純物拡散層と第2のチャネル不純物拡散層とからなる
第1のしきい値制御用拡散層を形成する第1のしきい値
制御用拡散層形成工程と、半導体基板の上にゲート絶縁
膜を介在させたゲート電極を選択的に形成するゲート電
極形成工程と、半導体基板に対して、第1導電型で且つ
しきい値制御用の第2の不純物イオンを、ゲート電極を
マスクとし且つゲート長方向の一方側に傾きを持たせて
注入すると共にゲート長方向の他方側にも傾きを持たせ
て注入することにより、第1のチャネル不純物拡散層に
おけるゲート電極の両側部の下側の第1の領域に、該第
1の領域の不純物濃度がゲート電極の中央部の下側の第
2の領域の不純物濃度よりも大きい第2のしきい値制御
用拡散層を形成する第2のしきい値制御用拡散層形成工
程と、半導体基板に対して、ゲート電極をマスクとして
第2導電型の第3の不純物イオンを注入することによ
り、ゲート電極の両側部の下側の領域にそれぞれ浅いソ
ース・ドレイン拡散層を形成する第1のソース・ドレイ
ン拡散層形成工程と、ゲート電極の両側面にゲート側壁
を形成するゲート側壁形成工程と、半導体基板に対し
て、ゲート電極及びゲート側壁をマスクとして第2導電
型の第4の不純物イオンを注入することにより、ゲート
長方向にそれぞれ広がるように深いソース・ドレイン拡
散層を形成する第2のソース・ドレイン拡散層形成工程
とを備えている。
【0029】第1の半導体装置の製造方法によると、第
1のしきい値制御用拡散層形成工程において、半導体基
板の主面側に位置する低濃度の第1のチャネル不純物拡
散層と該第1のチャネル不純物拡散層の下側に位置する
高濃度の第2のチャネル不純物拡散層とからなる第1の
しきい値制御用拡散層を形成するため、基板表面のチャ
ネル不純物濃度が小さくなるので、しきい値電圧値を低
減できる。また、本工程において、イオン注入後に高温
且つ短時間の熱処理を行なっているため、不純物の増速
拡散を抑制できるので、上記のようないわゆるレトログ
レードタイプの拡散を確実に実現できる。
【0030】さらに、第2のしきい値制御用拡散層形成
工程において、第1のしきい値制御用拡散層におけるゲ
ート電極の両側部の下側の第1の領域に、該第1の領域
の不純物濃度が該ゲート電極の中央部の下側の第2の領
域の不純物濃度よりも大きい第2のしきい値制御用拡散
層を形成するため、チャネル領域のソース側の電界が高
くなる。
【0031】本発明に係る第2の半導体装置の製造方法
は、SOI基板の主面に対して第1導電型で且つしきい
値制御用の第1の不純物イオンを注入することにより、
SOI基板の上部に、不純物濃度が主面よりも深い位置
に濃度の最大値を持つように第1のしきい値制御用拡散
層を形成する第1のしきい値制御用拡散層形成工程と、
SOI基板の上にゲート絶縁膜を介在させたゲート電極
を選択的に形成するゲート電極形成工程と、SOI基板
に対して、第1導電型で且つしきい値制御用の第2の不
純物イオンを、ゲート電極をマスクとし且つゲート長方
向の一方側に傾きを持たせて注入すると共にゲート長方
向の他方側にも傾きを持たせて注入することにより、第
1のしきい値制御用拡散層におけるゲート電極の両側部
の下側の第1の領域に、該第1の領域の不純物濃度がゲ
ート電極の中央部の下側の第2の領域の不純物濃度より
も大きい第2のしきい値制御用拡散層を形成する第2の
しきい値制御用拡散層形成工程と、SOI基板に対し
て、ゲート電極をマスクとして第2導電型の第3の不純
物イオンを注入することにより、埋め込み酸化膜の上で
且つゲート電極の両側部の下側の領域にそれぞれ低濃度
のソース・ドレイン拡散層を形成する第1のソース・ド
レイン拡散層形成工程と、ゲート電極の両側面にゲート
側壁を形成するゲート側壁形成工程と、SOI基板に対
して、ゲート電極及びゲート側壁をマスクとして第2導
電型の第4の不純物イオンを注入することにより、埋め
込み酸化膜の上で且つゲート長方向にそれぞれ広がるよ
うに高濃度のソース・ドレイン拡散層を形成する第2の
ソース・ドレイン拡散層形成工程と、SOI基板に対し
て、ゲート電極及びゲート側壁をマスクとして第1導電
型の第5の不純物イオンを注入することにより、SOI
基板の埋め込み酸化膜の下側におけるゲート電極の下方
の領域に高濃度不純物拡散層を形成する高濃度不純物拡
散層形成工程とを備えている。
【0032】第2の半導体装置の製造方法によると、第
1のしきい値制御用拡散層形成工程において、SOI基
板の上部に不純物濃度が主面よりも深い位置に濃度の最
大値を持つように第1のしきい値制御用拡散層を形成す
るため、基板表面のチャネル不純物濃度が小さくなるの
で、しきい値電圧値を低減できる。また、第2のしきい
値制御用拡散層形成工程において、第1のしきい値制御
用拡散層におけるゲート電極の両側部の下側の第1の領
域に、該第1の領域の不純物濃度が該ゲート電極の中央
部の下側の第2の領域の不純物濃度よりも大きい第2の
しきい値制御用拡散層を形成するため、チャネル領域の
ソース側の電界が高くなる。
【0033】さらに、高濃度不純物拡散層形成工程にお
いて、SOI基板の埋め込み酸化膜の下側におけるゲー
ト電極の下方の領域に高濃度不純物拡散層を形成するた
め、埋め込み酸化膜の下側で且つゲート電極の下方への
空乏層の広がりを抑制できる。
【0034】第1又は2の半導体装置の製造方法におい
て、第1の不純物イオン及び第2の不純物イオンが二フ
ッ化ボロン(BF2 )からなることが好ましい。
【0035】本発明に係る第3の半導体装置の製造方法
は、SOI基板の主面上に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積
工程と、絶縁膜に開口部を選択的に形成することによ
り、絶縁膜からなるマスクパターンを形成するマスクパ
ターン形成工程と、SOI基板に対して、マスクパター
ンを用いて第1導電型で且つしきい値制御用の第1の不
純物イオンを注入することにより、SOI基板の上部
に、不純物濃度が主面よりも深い位置に濃度の最大値を
持つように第1のしきい値制御用拡散層を形成する第1
のしきい値制御用拡散層形成工程と、SOI基板に対し
て、マスクパターンを用いて第1導電型の第2の不純物
イオンを注入することにより、SOI基板の埋め込み酸
化膜の下側における第1のしきい値制御用拡散層の下方
の領域に高濃度不純物拡散層を形成する高濃度不純物拡
散層形成工程と、マスクパターンの開口部の底部にゲー
ト絶縁膜を形成した後、該開口部に導体膜を充填しマス
クパターンを除去することにより、半導体基板の上にゲ
ート絶縁膜を介在させた導体膜からなるゲート電極を形
成するゲート電極形成工程と、SOI基板に対して、第
1導電型で且つしきい値制御用の第3の不純物イオン
を、ゲート電極をマスクとし且つゲート長方向の一方側
に傾きを持たせて注入すると共にゲート長方向の他方側
にも傾きを持たせて注入することにより、第1のしきい
値制御用拡散層におけるゲート電極の両側部の下側の第
1の領域に、該第1の領域の不純物濃度がゲート電極の
中央部の下側の第2の領域の不純物濃度よりも大きい第
2のしきい値制御用拡散層を形成する第2のしきい値制
御用拡散層形成工程と、SOI基板に対して、ゲート電
極をマスクとして第2導電型の第4の不純物イオンを注
入することにより、埋め込み酸化膜の上で且つゲート電
極の両側部の下側の領域にそれぞれ低濃度のソース・ド
レイン拡散層を形成する第1のソース・ドレイン拡散層
形成工程と、ゲート電極の両側面にゲート側壁を形成す
るゲート側壁形成工程と、SOI基板に対して、ゲート
電極及びゲート側壁をマスクとして第2導電型の第5の
不純物イオンを注入することにより、埋め込み酸化膜の
上で且つゲート長方向にそれぞれ広がるように高濃度の
ソース・ドレイン拡散層を形成する第2のソース・ドレ
イン拡散層形成工程とを備えている。
【0036】第3の半導体装置の製造方法によると、第
1のしきい値制御用拡散層形成工程において、SOI基
板の上部に不純物濃度が主面よりも深い位置に濃度の最
大値を持つように第1のしきい値制御用拡散層を形成す
るため、基板表面のチャネル不純物濃度が小さくなるの
で、しきい値電圧値を低減できる。また、第2のしきい
値制御用拡散層形成工程において、第2のしきい値制御
用拡散層形成工程において、第1のしきい値制御用拡散
層におけるゲート電極の両側部の下側の第1の領域に、
該第1の領域の不純物濃度が該ゲート電極の中央部の下
側の第2の領域の不純物濃度よりも大きい第2のしきい
値制御用拡散層を形成するため、チャネル領域のソース
側の電界が高くなる。
【0037】さらに、高濃度不純物拡散層形成工程にお
いて、マスクパターンを用いてSOI基板の埋め込み酸
化膜の下側におけるゲート電極の下方の領域に高濃度不
純物拡散層を形成するため、埋め込み酸化膜の下側で且
つゲート電極の下方への空乏層の広がりを抑制できる。
【0038】第3の半導体装置の製造方法において、第
1の不純物イオン及び第3の不純物イオンが二フッ化ボ
ロンからなることが好ましい。
【0039】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0040】図1は本発明の第1の実施形態に係る半導
体装置としてのn型MOSトランジスタの断面構成を示
している。図1に示すように、例えば、シリコンからな
る半導体基板1の主面上には、酸化シリコンからなるゲ
ート酸化膜2を介在させたポリシリコン等からなるゲー
ト電極3が選択的に形成されており、該ゲート電極3の
両側面には、例えば酸化シリコンからなるサイドウォー
ル4がそれぞれ形成されている。
【0041】半導体基板1におけるゲート電極3の両側
端部及びサイドウォール4の直下には、n型不純物イオ
ンであるヒ素(As)等が低濃度に注入されてなる浅い
ソース・ドレイン拡散層5がそれぞれ形成され、ゲート
電極3の中央部の直下にはp型不純物イオンであるボロ
ン(B)が拡散してなるしきい値制御用の第1のチャネ
ル不純物拡散層6が形成されている。
【0042】半導体基板1における各浅いソース・ドレ
イン拡散層5に対するゲート電極3のそれぞれの反対側
の領域には、ヒ素等が高濃度に且つゲート長方向に広が
るように注入されてなる深いソース・ドレイン拡散層7
が形成されており、さらに、半導体基板1における浅い
ソース・ドレイン拡散層5及び第1のチャネル不純物拡
散層6の下側には、ボロンが拡散してなるしきい値制御
用の第2のチャネル不純物拡散層8が形成されている。
【0043】第1のチャネル不純物拡散層6は、中央部
に不純物濃度が小さい低濃度領域6aと、両側部が浅い
ソース・ドレイン拡散層5と接し且つ不純物濃度が低濃
度領域6aよりも大きい高濃度領域6bとから構成され
ている。
【0044】第2のチャネル不純物拡散層8は、その不
純物濃度が第1のチャネル不純物拡散層6側の領域にお
いてその中央部よりも小さい濃度分布、すなわち、該中
央部において濃度分布の最大値を取る、いわゆるレトロ
グレードチャネルプロファイル(以下、RCPと略称す
る。)を有すると共に、第2のチャネル不純物拡散層8
の下端部の基板面からの距離が、深いソース・ドレイン
拡散層7の下端部の基板面からの距離よりも小さくなる
ように形成されている。
【0045】ここで、半導体装置のしきい値電圧Vthの
チャネルプロファイル依存性及びゲート長Lg 依存性を
図面を用いて説明する。図2(a)は基板に対する深さ
方向のチャネルプロファイルのシミュレーション結果を
示し、図2(b)はゲート長Lg としきい値電圧Vthと
の関係が、図2(a)に示すチャネルプロファイルによ
って影響を受ける様子を示している。図2(a)及び
(b)において、曲線Aは本実施形態に係る半導体装置
を示し、曲線Bはチャネルドープ層がチャネル方向に均
一である最も一般的な第1の半導体装置を示し、曲線C
は最も一般的な第2の半導体装置を示している。
【0046】図2(a)の曲線Bに示す一般的な第1の
半導体装置の場合は、ピーク濃度とほぼ等しい基板表面
濃度が4.0×1017cm-3のときに、図2(b)に示
すように、ゲート長Lg が0.18μmで且つドレイン
電圧Vd が1.5Vの条件下において飽和領域のしきい
値電圧Vthが約0.35Vとなる。また、図2(a)の
曲線Cに示す一般的な第2の半導体装置の場合は、ピー
ク濃度とほぼ等しい基板表面濃度が3.0×1017cm
-3のときに、図2(b)に示すように、ゲート長Lg が
0.18μmで且つドレイン電圧Vd が1.5Vの条件
下において飽和領域のしきい値電圧Vthが約0.25V
となる。このように、一般的な第2の半導体装置は第1
の半導体装置に比べてしきい値電圧Vthの低減を図れる
ものの短チャネル効果が顕著に現われてしまう。
【0047】一方、図2(a)の曲線Aに示す本実施形
態に係る半導体装置の場合は、基板面からの深さが0.
06μmの位置にピーク濃度7.0×1017cm-3を有
しており、基板表面が低濃度になるため、図2(b)に
示すように、ゲート長Lg が0.13μmで且つドレイ
ン電圧Vd が1.5Vの条件下において飽和領域のしき
い値電圧Vthが約0.2Vとなって、しきい値電圧Vth
が低減し、且つ、短チャネル効果が抑制されていること
が分かる。すなわち、ゲート長Lg の寸法ばらつきが
0.13μmを中心値として±約10%生じた場合の曲
線Cのしきい値電圧Vthの変動は0.1±0.05Vで
あり、一方、曲線A(レトログレードタイプである本実
施形態)のしきい値電圧変動は0.2±0.03Vであ
り、本実施形態の方がゲート長Lg の寸法ばらつきに対
するしきい値電圧Vthの変動の割合が小さくなってい
る。
【0048】また、図2(a)に示すように、本実施形
態においては、チャネルドープ用のp型不純物イオンに
ボロンを用いているため、従来のインジウムと異なり、
半導体基板内部において不純物濃度がピーク値を示した
後に、該不純物濃度が基板のより深い領域において従来
の装置並みに減少している。このため、第2のチャネル
不純物拡散層が接合容量を増大させることがないので、
動作の高速化及び低消費電力化を実現できる。
【0049】図3(a)及び(b)は本実施形態に係る
半導体装置の基板面におけるゲート長方向(チャネル方
向)の不純物濃度プロファイルを示し、横軸がチャネル
方向の位置を表わし、縦軸が不純物濃度を表わしてい
る。図3(a)に示すように、チャネル領域におけるボ
ロンが拡散してなるp型不純物濃度はソース及びドレイ
ン側が高く中央部が低いU字形状をなしている。ソース
及びドレイン側の不純物濃度を大きくすると、図3
(b)に示すように、p型不純物濃度はソース及びドレ
イン側が高く中央部が低いV字形状をなすようになる。
【0050】図3(c)は本実施形態に係る半導体装置
と第2の従来例に係る半導体装置とのチャネル領域にお
けるソース端部近傍の電界強度の比較を示している。曲
線Aに示す本実施形態に係る半導体装置は、曲線Dに示
すチャネル方向の不純物濃度が均一な第2の従来例の半
導体装置よりも電界強度が大きいことが分かる。
【0051】一般に、n型の半導体装置に流れる電流密
度Jは、J=−e×n×vで表わされる。ここで、eは
素電荷、nはキャリア(電子)の密度、vは電子の速度
である。また、電界強度が104 V/cmオーダーの低
電界の場合には、電子速度vは電界に比例する。この結
果、本実施形態に係る半導体装置は、電子が多く存在す
るソース端部近傍で高電界特性を示し、高電流密度が得
られるため、高駆動力を実現できる。
【0052】さらに、図3(a)又は(b)に示すよう
に、チャネル領域の不純物濃度の濃度分布がチャネル方
向に不均一であるため、短チャネルの半導体装置ほど相
対的にチャネルドープ量が多くなるため、ソース・ドレ
イン拡散層からの空乏層の伸びに起因するしきい値電圧
の低下を効果的に抑制することができる。
【0053】以下、本発明の第1の実施形態に係る半導
体装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
【0054】図4(a)〜(e)は本発明の第1の実施
形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を
示している。まず、図4(a)に示すように、n型MO
Sトランジスタのしきい値電圧Vthを設定するチャネル
ドープ工程としての第1のしきい値制御用拡散層形成工
程において、半導体基板11の主面に対して、第1の不
純物イオンとしての二フッ化ボロン(BF2 )を注入エ
ネルギーが100keVで濃度が2.4×1012cm-2
の条件で注入し、その後、温度が1000℃で且つ10
秒間の高温且つ短時間の熱処理を行なうことにより、主
面側に位置する第1のチャネル不純物拡散層12と、該
第1のチャネル不純物拡散層12の下側に位置する第2
のチャネル不純物拡散層13とからなる第1のしきい値
制御用拡散層14を形成する。
【0055】ここで、図5に第1のしきい値制御用拡散
層14に対する二フッ化ボロンからなる不純物イオンの
注入後のSIMSを用いた分析結果を示す。但し、注入
の濃度を4.0×1012cm-2としている。図5に示す
ように、半導体基板11の上部が低濃度で且つ基板内部
に濃度のピーク値を持つ急峻なボロンの分布が得られて
いる。
【0056】通常、高エネルギーイオン注入を用いたウ
ェル形成やチャネルプロファイルを決定するチャネルド
ープを行なうと、点欠陥(注入ダメージ)が生じやす
く、この点欠陥はゲート酸化膜形成時等の熱処理工程に
おいて不純物の増速拡散(TED)を引き起こす。しか
しながら、本実施形態においては、不純物注入の直後に
前述した高温且つ短時間の熱処理を行なって、発生した
点欠陥を回復させるため、不純物の増速拡散を抑制でき
るので、短チャネルトランジスタの高性能化に必須のR
CPを確実に形成することができる。
【0057】次に、図4(b)に示すように、半導体基
板11の主面に対して熱酸化処理を行なって膜厚が4n
mのゲート酸化膜15を形成した後、半導体基板11の
上に全面にわたって膜厚が200nmのポリシリコン膜
を堆積し、該ポリシリコン膜に対して注入エネルギーが
20keV、濃度が5.0×1015cm-2のリン(P)
を注入して、該ポリシリコン膜に導電性を持たせる。な
お、ノンドープポリシリコンの代わりにドープトポリシ
リコンを用いればこのゲート注入工程を省略できる。そ
の後、フォトリソグラフィーを用いてゲート電極のパタ
ーニングを行なった後、ポリシリコン膜及びゲート酸化
膜に対してエッチングを行なってゲート酸化膜15及び
ゲート電極16を形成する。
【0058】次に、図4(c)に示すように、しきい値
電圧Vthを設定するチャネルドープ工程としての第2の
しきい値制御用拡散層形成工程において、半導体基板1
1に対して、ゲート電極16及びゲート酸化膜15をマ
スクとし、且つ、基板面の法線方向に対してゲート長方
向の一方側に傾きを持たせて、注入エネルギーが40k
eV、濃度が8.0×1012cm-2の第2の不純物イオ
ンとしての二フッ化ボロン(BF2 )を注入すると共
に、ゲート長方向の他方側に傾きを持たせて同様に二フ
ッ化ボロンを注入することにより、第1のチャネル不純
物拡散層12におけるゲート電極16の中央部の直下に
低濃度領域12a形成し、少なくともゲート電極16の
両側部の下側に、ボロン濃度が低濃度領域12aのボロ
ン濃度よりも大きい第2のしきい値制御用拡散層として
の高濃度領域17を形成する。
【0059】次に、図4(d)に示すように、半導体基
板11に対して、ゲート電極16及びゲート酸化膜15
をマスクとして注入エネルギーが10keV、濃度が
2.0×1014cm-2の第3の不純物イオンとしてのヒ
素(As)を注入することにより、ゲート電極の両側部
の下側で且つ高濃度領域17の外側の領域にそれぞれn
型で且つ低濃度の浅いソース・ドレイン拡散層18を形
成する。ここで、浅いソース・ドレイン拡散層18を高
濃度領域17よりも先に形成してもよい。
【0060】次に、図4(e)に示すように、半導体基
板11の上に全面にわたって、例えば、シリコン酸化膜
からなる絶縁膜を堆積し該絶縁膜に対してエッチバック
を行なってゲート酸化膜15及びゲート電極16の両側
面にサイドウォール19を形成した後、半導体基板11
に対して、ゲート電極16及びサイドウォール19をマ
スクとして、注入エネルギーが40keV、濃度が6.
0×1015cm-2の第4の不純物イオンとしてのヒ素
(As)を注入することにより、ゲート長方向にそれぞ
れ広がり、且つ、下端部の基板面からの距離が、第2の
チャネル不純物拡散層13の下端部の基板面からの距離
よりも大きくなるように、n型で且つ高濃度の深いソー
ス・ドレイン拡散層20を形成する。この後、必要に応
じてゲート電極16の上面及び深いソース・ドレイン拡
散層20の上面に低抵抗化のためのシリサイド膜を形成
をしてもよい。
【0061】以上説明したように、本実施形態に係る半
導体装置の製造方法によると、深さ方向のチャネルプロ
ファイル(ボロン濃度分布)は、基板の表面側が低濃度
で且つ内部側が高濃度となり、さらに、不純物濃度のピ
ーク値の基板面からの位置が、浅いソース・ドレイン拡
散層12の下端部と深いソース・ドレイン拡散層20の
下端部との間に位置するレトログレードタイプとなって
いる。このため、短チャネル効果を抑制でき且つ低しき
い値電圧化が可能となる。
【0062】一方、チャネル方向のチャネルプロファイ
ル(ボロン濃度分布)は、ゲート電極16の両側端部の
直下において高濃度で且つゲート電極16の中央部直下
においては最も低濃度となっている。これにより、短チ
ャネル領域においては相対的にチャネルドープ量が多く
なるため、ソース・ドレイン拡散層18,20からの空
乏層の伸びに起因するしきい値電圧の低下、いわゆる短
チャネル効果を確実に抑制することができる。さらに、
ソース側の電界が高くなるため、前述したように、高駆
動力を得ることができる。
【0063】また、RCPタイプのチャネルプロファイ
ルを得るために、二フッ化ボロン(BF2 )を用いてい
るため、基板内部において不純物濃度がピーク値を示し
た後、さらに深い領域において不純物濃度が急激に減少
する急峻なプロファイルが得られるので、接合容量を低
減でき、動作の高速化と低消費電力化を図ることができ
る。
【0064】以下、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法を用いて得られるMOSトランジスタのシミュレー
ション結果及び実際の製造結果を図面に基づいて説明す
る。
【0065】まず、図6は本実施形態に係る半導体装置
の製造方法を用いて得られるMOSトランジスタの基板
表面におけるチャネル方向の不純物濃度分布のシミュレ
ーション結果を示している。図6に示すように、黒丸印
で示した、深いソース・ドレイン拡散層20のヒ素濃度
は約1.0×1021cm-3であり、浅いソース・ドレイ
ン拡散層18のヒ素濃度は約1.5×1020cm-3である
ことが分かる。一方、白丸印で示した曲線IはRCP化
のみを行なった場合の比較用の半導体装置のシミュレー
ション結果であり、当然ながら均一なプロファイルを示
している。白丸印で示した曲線IIは第1のしきい値制御
用拡散工程(RCP化)と第2のしきい値制御用拡散工
程(LEP化)とを経た後のボロン濃度分布であり、V
字形状を示している。
【0066】次に、図7は本実施形態に係る半導体装置
の製造方法を用いて得られるMOSトランジスタにおけ
るドレイン電圧Vd が1.5Vで且つゲート電圧Vg が
1.0Vの場合の2次元電位分布のシミュレーション結
果であって、図7(a)は第1のしきい値制御用拡散工
程(RCP化)と第2のしきい値制御用拡散工程(LE
P化)とを経た後の結果を示し、図7(b)はRCP化
のみを行なった場合の比較用の半導体装置の結果を示し
ている。いずれの場合もドレイン領域近傍で、電位分布
が密になっていることが分かる。
【0067】次に、図8(a)は本実施形態に係る半導
体装置の製造方法を用いて得られるMOSトランジスタ
におけるドレイン電圧Vd が1.5Vで且つゲート電圧
Vgが1.0Vの場合の基板表面のチャネル方向の電位
分布のシミュレーション結果を示し、図8(b)はチャ
ネル領域の拡大図である。図8(a)及び(b)におい
て、白丸印がRCP化のみを行なった場合の比較用の半
導体装置の結果を示し、黒丸印が第1のしきい値制御用
拡散工程(RCP化)と第2のしきい値制御用拡散工程
(LEP化)とを経た後の結果を示している。図7に示
した2次元電位分布では判別が困難であるが、図8に示
すように、チャネル中央部付近では曲線IIの方が若干電
位が高くなっていることが分かる。
【0068】次に、図9(a)は本実施形態に係る半導
体装置の製造方法を用いて得られるMOSトランジスタ
におけるドレイン電圧Vd が1.5Vで且つゲート電圧
Vgが1.0Vの場合の基板表面のチャネル方向の電界
分布のシミュレーション結果を示し、図9(b)はチャ
ネル領域におけるソース側の端部の拡大図である。図9
(a)及び(b)において、図8と同様に白丸印がRC
P化のみを行なった場合の比較用の半導体装置の結果を
示し、黒丸印が第1のしきい値制御用拡散工程(RCP
化)と第2のしきい値制御用拡散工程(LEP化)とを
経た後の結果を示しており、曲線IIの場合のほうが電気
伝導を担うキャリア(電子)が多く存在するソース側の
端部近傍において高電界特性を示しており、高電流密
度、すなわち高駆動力特性を有することが分かる。
【0069】次に、図10(a)は本実施形態に係る半
導体装置の製造方法を用いて得られたMOSトランジス
タにおける飽和領域(Vd =1.5V)のしきい値電圧
Vthのゲート長依存性を示している。図10(a)にお
いて、四角印の曲線IIが第1のしきい値制御用拡散工程
(RCP化)と第2のしきい値制御用拡散工程(LEP
化)とを経た後の製造結果を示し、バツ印の曲線Iが第
1のしきい値制御用拡散工程(RCP化)のみを経た後
の製造結果を示し、黒丸印の曲線III が二フッ化ボロン
の注入エネルギーが100keVで濃度が4.8×10
12cm-2のRCP条件のみの場合の製造結果を示してい
る。ここで、これら3つの製造方法の各製造条件は、チ
ャネルドープ条件以外は同一であって第1のしきい値制
御用拡散工程後の温度が1000℃で且つ10秒間の熱
処理を加えている。図10(a)に示すように、本実施
形態に係る曲線IIは、しきい値電圧Vthが上昇し、若干
の逆短チャネル効果を示しているものの、ゲート長Lg
が0.2μmよりも小さい短ゲート長を有する半導体装
置において、高駆動力化に必須の低しきい値電圧を維持
しながら短チャネル効果を効果的に抑制できることが分
かる。
【0070】また、図10(b)は図10(a)に示す
曲線IIのチャネルドープ条件を変更した場合の製造結果
を示しており、具体的には、ゲート電極形成後の第2の
しきい値制御用拡散工程において、二フッ化ボロンの注
入条件を、注入エネルギーが40keVで且つ濃度が
6.0×1012cm-2としている。このようにすると、
図10(b)に示すように逆短チャネル効果を解消でき
ることが分かる。
【0071】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0072】図11は本発明の第2の実施形態に係る半
導体装置としてのn型MOSトランジスタの断面構成を
示している。図11に示すように、基板シリコン層21
aと埋め込み酸化膜21bと単結晶の薄膜シリコン層2
1cとからなるSOI基板21の主面上には、酸化シリ
コンからなるゲート酸化膜22を介在させたポリシリコ
ン等からなるゲート電極23が選択的に形成されてお
り、該ゲート電極23の両側面には、例えば酸化シリコ
ンからなるサイドウォール24がそれぞれ形成されてい
る。
【0073】SOI基板21におけるゲート電極23の
両側端部及びサイドウォール24の直下には、n型不純
物イオンであるヒ素(As)等が低濃度に注入されてな
る低濃度のソース・ドレイン拡散層25がそれぞれ形成
されており、さらに、SOI基板21におけるゲート電
極23の中央部の直下にはp型不純物イオンであるボロ
ン(B)が拡散してなるしきい値制御用のチャネル不純
物拡散層26が形成されている。
【0074】SOI基板21における各低濃度のソース
・ドレイン拡散層25に対するゲート電極23のそれぞ
れの反対側の領域には、ヒ素等が高濃度に且つゲート長
方向に広がるように注入されてなる高濃度のソース・ド
レイン拡散層27が形成されており、さらに、SOI基
板21の埋め込み酸化膜21bの直下における低濃度の
ソース・ドレイン拡散層25及びチャネル不純物拡散層
26の下方の領域には、ボロンが拡散してなり、短チャ
ネル効果を抑制するp型の高濃度不純物拡散層28が形
成されている。
【0075】チャネル不純物拡散層26は、中央部の不
純物濃度が小さいRCP領域26aと、両側部が低濃度
のソース・ドレイン拡散層25と接し且つ不純物濃度が
RCP領域26aの中央部よりも大きい高濃度領域26
bとから構成されている。
【0076】このように、本実施形態によると、深さ方
向のチャネルプロファイルは、RCPタイプであり、ま
た、チャネル方向のチャネルプロファイルは、ゲート電
極23の両側端部の直下において高濃度となり、ゲート
電極23の中央部の直下が最も低濃度となって不均一で
ある。従って、第1の実施形態に示したバルクを用いた
n型MOSトランジスタと同様に、低しきい値電圧及び
高駆動力を確保できると共に、ソース・ドレイン拡散層
25,27からの空乏層の伸びに起因するしきい値電圧
値の低下、いわゆる短チャネル効果を抑制することがで
きる。一般に、SOI基板を用いた半導体装置は、その
構造上、バルク半導体装置に比べて接合容量を小さくで
きる。バルク半導体装置の場合は、100nm程度の空
乏層を介してドレイン拡散層の底面と側面部の面積に対
応した接合容量が発生するが、SOI半導体装置の場合
は、ドレイン拡散層の底面部は膜厚が大きい埋め込み酸
化膜21bを介して容量を感じるため、実質的に容量と
して効いてくるのはドレイン拡散層とチャネル領域の空
乏層部分だけとなる。また、十分に広いソース・ドレイ
ン拡散層においては、接合容量はチャネル領域との対向
部分で決まり、バルク半導体装置と比べて十分小さな値
となる。しかしながら、一般に空乏層は埋め込み酸化膜
21b内で終端されることがなく、埋め込み酸化膜21
bの下側の基板シリコン層21aまで空乏層が伸びてし
まうため、短チャネル効果が増大するという問題を有し
ている。
【0077】しかしながら、本実施形態に係る半導体装
置は、埋め込み酸化膜21bの直下で且つゲート電極2
3の下方の領域にp型の高濃度不純物拡散層を有してい
るため、埋め込み酸化膜21bの下側への空乏層の伸び
をさらに抑制することができるので、短チャネル効果が
一層抑制される。
【0078】以下、本発明の第2の実施形態に係る半導
体装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
【0079】図12(a)〜(e)は本発明の第2の実
施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成
を示している。まず、図12(a)に示すように、n型
MOSトランジスタのしきい値電圧Vthを設定するチャ
ネルドープ工程としての第1のしきい値制御用拡散層形
成工程において、基板シリコン層31aと埋め込み酸化
膜31bと薄膜シリコン層31cとからなるSOI基板
31の薄膜シリコン層31cに対して、第1の不純物イ
オンとしての二フッ化ボロン(BF2 )を注入エネルギ
ーが100keVで濃度が2.4×1012cm-2の条件
で注入することにより、基板表面よりも深い領域に不純
物濃度のピーク値を持つRCPタイプのチャネル不純物
領域32を形成する。SOI基板31はバルクのシリコ
ン基板と異なり、点欠陥の発生原因となる高エネルギー
イオン注入を用いたウェル注入は不要である。しかしな
がら、チャネルドープ工程においても点欠陥が生じるた
め、生じた点欠陥を回復させて不純物の増速拡散(TE
D)を抑制する目的でゲート電極形成前に高温且つ短時
間の熱処理を行なってもよい。
【0080】次に、図12(b)に示すように、SOI
基板31の薄膜シリコン層31cに対して熱酸化処理を
行なって膜厚が4nmのゲート酸化膜33を形成した
後、半導体基板11の上に全面にわたって膜厚が200
nmのポリシリコン膜を堆積し、該ポリシリコン膜に対
して注入エネルギーが20keV、濃度が5.0×10
15cm-2のリン(P)を注入して、該ポリシリコン膜に
導電性を持たせる。なお、ノンドープポリシリコンの代
わりにドープトポリシリコンを用いればこのゲート注入
工程を省略できる。その後、フォトリソグラフィーを用
いてゲート電極のパターニングを行なった後、ポリシリ
コン膜及びゲート酸化膜に対してエッチングを行なって
ゲート酸化膜33及びゲート電極34を形成する。
【0081】次に、図12(c)に示すように、しきい
値電圧Vthを設定するチャネルドープ工程としての第2
のしきい値制御用拡散層形成工程において、SOI基板
31の薄膜シリコン層31cに対して、ゲート電極34
及びゲート酸化膜33をマスクとし、且つ、基板面の法
線方向に対してゲート長方向の一方側に傾きを持たせ
て、注入エネルギーが40keV、濃度が8.0×10
12cm-2の第2の不純物イオンとしての二フッ化ボロン
(BF2 )を注入すると共に、ゲート長方向の他方側に
傾きを持たせて同様に二フッ化ボロンを注入することに
より、チャネル不純物拡散層32におけるゲート電極3
4の中央部の直下にRCP領域32a形成し、少なくと
もゲート電極34の両側部の下側に、ボロン濃度がRC
P領域32aの基板面側のボロン濃度よりも大きい第2
のしきい値制御用拡散層としての高濃度領域35を形成
する。
【0082】次に、図12(d)に示すように、SOI
基板31の薄膜シリコン層31cに対して、ゲート電極
34及びゲート酸化膜33をマスクとして注入エネルギ
ーが10keV、濃度が2.0×1014cm-2の第3の
不純物イオンとしてのヒ素(As)を注入することによ
り、ゲート電極34の両側部の下側で且つ高濃度領域3
5の外側の領域にそれぞれn型で低濃度のソース・ドレ
イン拡散層36を形成する。ここで、低濃度のソース・
ドレイン拡散層36を高濃度領域35よりも先に形成し
てもよい。
【0083】次に、図12(e)に示すように、SOI
基板31の上に全面にわたって、例えば、シリコン酸化
膜からなる絶縁膜を堆積し該絶縁膜に対してエッチバッ
クを行なってゲート酸化膜33及びゲート電極34の両
側面にサイドウォール37を形成した後、SOI基板3
1の薄膜シリコン層31cに対して、ゲート電極34及
びサイドウォール37をマスクとして注入エネルギーが
40keV、濃度が6.0×1015cm-2の第4の不純
物イオンとしてのヒ素(As)を注入することにより、
ゲート長方向にそれぞれ広がるように、n型で高濃度の
ソース・ドレイン拡散層38を形成する。
【0084】次に、図12(f)に示すように、SOI
基板31に対して、ゲート電極34及びサイドウォール
37をマスクとして注入エネルギーが150keV、濃
度が5.0×1013cm-2の第5の不純物イオンとして
のボロン(B)を注入する。これにより、SOI基板3
1の基板シリコン層31aにおける、RCP領域32
a、高濃度領域35及び低濃度のソース・ドレイン拡散
層36の下方の領域では埋め込み酸化膜31bの直下
に、且つ、高濃度のソース・ドレイン拡散層38の下方
では埋め込み酸化膜31bとの界面から離れた位置にp
型の高濃度不純物拡散層39が形成される。ここで、高
濃度不純物拡散層39をサイドウォール37よりも先に
形成してもよく、また、必要に応じてゲート電極34の
上面及び高濃度のソース・ドレイン拡散層38の上面に
低抵抗化のためのシリサイド膜を形成をしてもよい。
【0085】図13は本実施形態に係る半導体装置の製
造方法を用いて得られるMOSトランジスタの基板シリ
コン層における高濃度不純物拡散層の2次元ボロン分布
のシミュレーション結果であって、図13(a)はサイ
ドウォール形成後に高濃度不純物拡散層を形成する場合
を示し、図13(b)はサイドウォール形成前に高濃度
不純物拡散層を形成する場合を示している。いずれの場
合も、埋め込み酸化膜の直下で且つゲート電極下方の領
域に、1018cm-3オーダーの不純物濃度を有するボロ
ン拡散層が形成されていることが分かる。
【0086】このように、本実施形態に係る半導体装置
の製造方法によると、SOI基板特有の低接合容量化が
図れる上に、SOI基板31の薄膜シリコン層31c
に、まず、二フッ化ボロン(BF2 )を注入して深さ方
向にRCPタイプのチャネル不純物領域32を形成し、
その後、ゲート電極34等をマスクとして、二フッ化ボ
ロン(BF2 )を2段回に分けて斜め注入を行なうこと
により、チャネル方向にゲート電極34の直下が低濃度
なRCP領域32aと、ゲート電極34の両側部の直下
が高濃度な高濃度領域35とを形成するため、短チャネ
ル効果を顕在化させることなく、しきい値電圧値を低減
でき、且つ、駆動能力を向上させることができる。
【0087】また、基板シリコン層31aにおける埋め
込み酸化膜31b直下で且つゲート電極34の下方の領
域に、n型のソース・ドレイン拡散層36,38と反対
のp型の高濃度不純物拡散層39を形成するため、埋め
込み酸化膜31bの下側への空乏層の伸びを抑制するこ
とができるので、短チャネル効果をさらに低減できる。
【0088】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0089】図14は本発明の第3の実施形態に係る半
導体装置としてのn型MOSトランジスタの断面構成を
示している。図14において、図11に示す構成部材と
同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を
省略する。第2の実施形態との相違は、SOI基板31
の基板シリコン層31aに形成されるp型の高濃度不純
物拡散層40が、埋め込み酸化膜31bの直下で且つR
CP領域32a、高濃度領域35及び低濃度のソース・
ドレイン拡散層36の下方の領域に限られていることで
ある。
【0090】このように、埋め込み酸化膜31bの下側
への空乏層の伸びを抑制するp型の高濃度不純物拡散層
40が、ゲート電極34の下方にのみ設けられていても
第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0091】以下、本発明の第3の実施形態に係る半導
体装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
【0092】図15(a)〜(h)は本発明の第3の実
施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成
を示している。まず、図15(a)に示すように、SO
I基板41の上に全面にわたって、膜厚が20nmのシ
リコン酸化膜42と、該シリコン酸化膜42とエッチン
グ選択性を持つ、例えば、膜厚が185nmのシリコン
窒化膜43とを順次堆積する。その後、シリコン窒化膜
43のゲート電極形成領域に対してドライエッチングを
行なってゲート長を規制する開口幅が200nmの開口
部44aを形成し、該開口部43aに露出するシリコン
酸化膜42に対してウェットエッチングを行なってこれ
を除去し、薄膜シリコン層41cの上面を露出させるこ
とにより、シリコン酸化膜42とシリコン窒化膜43と
からなるマスクパターン44を形成する。
【0093】次に、図15(b)に示すように、n型M
OSトランジスタのしきい値電圧Vthを設定するチャネ
ルドープ工程としての第1のしきい値制御用拡散層形成
工程において、SOI基板41の薄膜シリコン層41c
に対して、マスクパターン44を用いて第1の不純物イ
オンとしての二フッ化ボロン(BF2 )を注入エネルギ
ーが100keVで濃度が2.4×1012cm-2の条件
で注入することにより、基板表面よりも深い領域に不純
物濃度のピーク値を持つRCPタイプのチャネル不純物
領域45を形成する。
【0094】次に、図15(c)に示すように、SOI
基板41に対して、マスクパターン44を用いて注入エ
ネルギーが80keV、濃度が5.0×1013cm-2
第2の不純物イオンとしてのボロン(B)を注入するこ
とにより、SOI基板41の基板シリコン層41aにお
ける埋め込み酸化膜31bの直下で且つチャネル不純物
領域45の下方の領域にp型の高濃度不純物拡散層46
を形成する。
【0095】次に、図15(d)に示すように、SOI
基板41の薄膜シリコン層41cにに対して熱酸化処理
を行なうことにより、薄膜シリコン層41cにおけるマ
スクパターン44の開口部44aの底部に膜厚が5nm
のゲート酸化膜47を形成する。この後、イオン注入工
程に起因する点欠陥(注入ダメージ)を回復させて不純
物の増速拡散(TED)を抑制するために、高温且つ短
時間の熱処理を行なってもよい。その後、SOI基板4
1の上に全面にわたってゲート電極形成用のドープトポ
リシリコン膜48Aをマスクパターン44の開口部44
aに充填するように堆積した後、エッチバックを行な
う。ここでは、導電性を持つドープトポリシリコンを堆
積させたが、ノンドープのポリシリコンを堆積させた
後、ゲート注入を行なって導電性を持たせてもよい。
【0096】次に、図15(e)に示すように、シリコ
ン酸化膜42及びシリコン窒化膜43からなるマスクパ
ターン44を除去することにより、ゲート酸化膜47を
介在させたドープトシリコン膜48Aからなるゲート電
極48Bを形成する。
【0097】次に、図15(f)に示すように、しきい
値電圧Vthを設定するチャネルドープ工程としての第2
のしきい値制御用拡散層形成工程において、SOI基板
41の薄膜シリコン層41cに対して、ゲート電極48
B及びゲート酸化膜47をマスクとし、且つ、基板面の
法線方向に対してゲート長方向の一方側に傾きを持たせ
て、注入エネルギーが40keV、濃度が8.0×10
12cm-2の第3の不純物イオンとしての二フッ化ボロン
(BF2 )を注入すると共に、ゲート長方向の他方側に
傾きを持たせて同様に二フッ化ボロンを注入することに
より、チャネル不純物拡散層45におけるゲート電極4
8Bの中央部の直下にRCP領域45a形成し、少なく
ともゲート電極48Bの両側部の下側に、ボロン濃度が
RCP領域45aの基板面側のボロン濃度よりも大きい
第2のしきい値制御用拡散層としての高濃度領域49を
形成する。
【0098】次に、図15(g)に示すように、SOI
基板41の薄膜シリコン層41cに対して、ゲート電極
48B及びゲート酸化膜47をマスクとして注入エネル
ギーが10keV、濃度が2.0×1014cm-2の第4
の不純物イオンとしてのヒ素(As)を注入することに
より、ゲート電極48Bの両側部の下側で且つ高濃度領
域49の外側の領域にそれぞれn型で低濃度のソース・
ドレイン拡散層50を形成する。ここで、低濃度のソー
ス・ドレイン拡散層50を高濃度領域49よりも先に形
成してもよい。
【0099】次に、図15(h)に示すように、SOI
基板41の上に全面にわたって、例えば、シリコン酸化
膜からなる絶縁膜を堆積し該絶縁膜に対してエッチバッ
クを行なってゲート酸化膜47及びゲート電極48Bの
両側面にサイドウォール51を形成した後、SOI基板
41の薄膜シリコン層41cに対して、ゲート電極48
B及びサイドウォール51をマスクとして注入エネルギ
ーが40keV、濃度が6.0×1015cm-2の第5の
不純物イオンとしてのヒ素(As)を注入することによ
り、ゲート長方向にそれぞれ広がるようにn型で高濃度
のソース・ドレイン拡散層52を形成する。
【0100】この後、必要に応じてゲート電極48Bの
上面及び高濃度のソース・ドレイン拡散層52上面に低
抵抗化のためのシリサイド膜を形成をしてもよい。
【0101】図16は本実施形態に係る半導体装置の製
造方法を用いて得られるMOSトランジスタにおける基
板シリコン層の高濃度不純物拡散層の2次元ボロン分布
のシミュレーション結果を示している。本実施形態にお
いても、埋め込み酸化膜の直下で且つゲート電極下方の
領域に、1018cm-3オーダーの不純物濃度を有するボ
ロン拡散層が形成されていることが分かる。
【0102】このように、本実施形態に係る半導体装置
の製造方法によると、SOI基板特有の低接合容量化が
図れる上に、SOI基板41の薄膜シリコン層41c
に、まず、二フッ化ボロン(BF2 )を注入して深さ方
向にRCPタイプのチャネル不純物領域45を形成し、
その後、ゲート電極48B等をマスクとして、二フッ化
ボロン(BF2 )を2段階に分けて斜め注入を行なうこ
とにより、チャネル方向にもゲート電極48Bの直下が
低濃度なRCP領域45aと、ゲート電極48Bの両側
部の直下が高濃度な高濃度領域49を形成するため、短
チャネル効果を顕在化させることなく、しきい値電圧値
を低減でき、且つ、駆動能力を向上させることができ
る。
【0103】また、基板シリコン層41aにおける埋め
込み酸化膜41b直下で且つゲート電極48Bの下方の
領域に、n型のソース・ドレイン拡散層50,52と反
対のp型の高濃度不純物拡散層46を形成するため、埋
め込み酸化膜41bの下側への空乏層の伸びを抑制する
ことができるので、短チャネル効果をさらに抑制でき
る。
【0104】
【発明の効果】本発明の第1の半導体装置によると、チ
ャネル不純物拡散層が、ゲート長方向に不均一で且つ基
板面に対する垂直方向にも不均一な不純物濃度を有して
いるため、ゲート長方向においては少なくともソース側
を高濃度とすると、チャネル領域のソース側の電界が高
くなるので、駆動能力を高くできる。一方、垂直方向に
おいては上部側を低濃度とし内部側を高濃度とすると、
しきい値電圧値の低減と短チャネル効果の抑制とを図る
ことができる。さらに、接合容量を低減できるので、動
作が高速に行なえ且つ消費電力を低減できる。
【0105】第1の半導体装置において、チャネル不純
物拡散層はボロンが拡散してなると、基板面に垂直方向
のチャネルプロファイルが、基板の内部側で最大値を取
った後、基板のより深い領域で急峻に低くなるため、接
合容量を確実に低減できる。
【0106】本発明の第2の半導体装置によると、第1
のチャネル不純物拡散層が、浅いソース・ドレイン拡散
層側の領域においてゲート電極の下側の領域よりも大き
い不純物濃度分布を有しているため、また、第2のチャ
ネル不純物拡散層が、第1のチャネル不純物拡散層側の
領域においてその中央部よりも小さい不純物濃度分布、
いわゆるレトログレードチャネルプロファイル(RC
P)を有しているため、第1の半導体装置の効果を確実
に得られる上に、第2の不純物拡散層の下端部の基板面
からの距離が、深いソース・ドレイン拡散層の下端部の
基板面からの距離よりも小さいため、接合容量がさらに
小さくなる。
【0107】第2の半導体装置において、第1のチャネ
ル不純物拡散層のゲート長方向における不純物濃度の濃
度分布が、ゲート電極の両側部側が高く中央部が低いU
字形状又はV字形状を有していると、高駆動能力化及び
短チャネル効果の抑制を確実に図ることができる。
【0108】本発明の第3の半導体装置によると、接合
容量が小さいSOI基板を用いた半導体装置であって
も、チャネル不純物拡散層が、ゲート電極の下側の領域
において低濃度のソース・ドレイン拡散層側の領域及び
埋め込み酸化膜側の領域よりも小さい不純物濃度分布を
有しているため、第1の半導体装置の効果を確実に得る
ことができる。
【0109】第3の半導体装置において、半導体基板の
埋め込み酸化膜の下側におけるチャネル不純物拡散層の
下方の領域に、第2導電型の高濃度不純物拡散層をさら
に備えていると、埋め込み酸化膜の下側への空乏層の伸
びを抑制することができるので、短チャネル効果をさら
に低減できる。
【0110】第3の半導体装置において、チャネル不純
物拡散層のゲート長方向における不純物濃度の濃度分布
が、ゲート電極の両側部側が高く中央部が低いU字形状
又はV字形状を有していると、高駆動能力化及び短チャ
ネル効果の抑制を確実に図ることができる。
【0111】本発明の第1の半導体装置の製造方法によ
ると、第1のしきい値制御用拡散層形成工程において、
チャネル領域の垂直方向にRCPタイプのチャネルプロ
ファイルを形成すると共に、第2のしきい値制御用拡散
層形成工程において、チャネル領域のゲート長方向にゲ
ート電極下側における中央部よりも両側端部側が高濃度
となるチャネルプロファイルを形成するため、第1及び
第2の半導体装置を確実に得ることができる。
【0112】本発明の第2又は第3の半導体装置の製造
方法によると、接合容量が小さいSOI基板を用いた半
導体装置であっても、第1のしきい値制御用拡散層形成
工程において、チャネル領域の垂直方向にRCPタイプ
のチャネルプロファイルを形成すると共に、第2のしき
い値制御用拡散層形成工程において、チャネル領域のゲ
ート長方向にゲート電極下側における中央部よりも両側
端部側が高濃度となるチャネルプロファイルを形成する
ため、第1及び第3の半導体装置を確実に得ることがで
きる。
【0113】さらに、SOI基板の埋め込み酸化膜の下
側におけるチャネル不純物拡散層の下方の領域に、第2
導電型の高濃度不純物拡散層を形成するため、埋め込み
酸化膜の下側への空乏層の伸びを抑制することができる
ので、短チャネル効果をさらに低減できる。
【0114】第1又は第2の半導体装置の製造方法にお
いて、第1の不純物イオン及び第2の不純物イオンが二
フッ化ボロンからなると、チャネル領域の深さ方向に急
峻なRCPタイプのチャネルプロファイルを確実に形成
することができる。
【0115】第3の半導体装置の製造方法において、第
1の不純物イオン及び第3の不純物イオンが二フッ化ボ
ロンからなると、チャネル領域の深さ方向に急峻なRC
Pタイプのチャネルプロファイルを確実に形成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示
す構成断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置と従
来の半導体装置とを比較したグラフを示し、(a)は基
板に対する深さ方向のチャネルプロファイルのシミュレ
ーション結果を示す図であり、(b)は短チャネル効果
における基板の深さ方向のチャネルプロファイル依存性
のシミュレーション結果を示す図である。
【図3】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に
係る半導体装置の基板面におけるゲート長方向の不純物
濃度プロファイルを示す図である。(c)は本発明の第
1の実施形態に係る半導体装置と第2の従来例に係る半
導体装置とのチャネル領域におけるソース端部近傍の電
界の大きさの比較を示す図である。
【図4】(a)〜(e)は本発明の第1の実施形態に係
る半導体装置の製造方法における工程順の構成断面図で
ある。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を用いて得られた半導体装置におけるチャネル不
純物拡散層のボロン濃度の分析結果を示す図である。
【図6】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を用いて得られる半導体装置の基板表面における
チャネル方向の不純物濃度分布のシミュレーション結果
を示す図である。
【図7】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を用いて得られる半導体装置における2次元電位
分布のシミュレーション結果を示し、(a)は第1のし
きい値制御用拡散工程(RCP化)と第2のしきい値制
御用拡散工程(LEP化)とを経た後の結果を示す図で
あり、(b)はRCP化のみを行なった場合の比較用の
半導体装置の結果を示す図である。
【図8】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体
装置の製造方法を用いて得られる半導体装置の基板表面
におけるチャネル方向の電位分布のシミュレーション結
果を示す図である。(b)は(a)のチャネル領域の拡
大図である。
【図9】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体
装置の製造方法を用いて得られる半導体装置の基板表面
におけるチャネル方向の電界分布のシミュレーション結
果を示す図である。(b)は(a)のチャネル領域にお
けるソース側の端部の拡大図である。
【図10】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導
体装置の製造方法を用いて得られた半導体装置の飽和領
域におけるしきい値電圧のゲート長依存性を示す図であ
る。(b)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置
の製造方法を用いて得られた半導体装置の飽和領域にお
けるしきい値電圧のゲート長依存性を示す図である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を
示す構成断面図である。
【図12】(a)〜(f)は本発明の第2の実施形態に
係る半導体装置の製造方法における工程順の構成断面図
である。
【図13】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を用いて得られる半導体装置における基板シリ
コン層に形成された高濃度不純物拡散層の2次元ボロン
分布のシミュレーション結果を示し、(a)はサイドウ
ォール形成後に高濃度不純物拡散層を形成する場合を示
す図であり、(b)はサイドウォール形成前に高濃度不
純物拡散層を形成する場合を示す図である。
【図14】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置を
示す構成断面図である。
【図15】(a)〜(h)は本発明の第3の実施形態に
係る半導体装置の製造方法における工程順の構成断面図
である。
【図16】本発明の第3の本実施形態に係る半導体装置
の製造方法を用いて得られる半導体装置における基板シ
リコン層に形成された高濃度不純物拡散層の2次元ボロ
ン分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図17】第1の従来例に係る半導体装置の製造方法に
おける工程順の構成断面図である。
【図18】第2の従来例に係る半導体装置を示す構成断
面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 ゲート酸化膜 3 ゲート電極 4 サイドウォール 5 浅いソース・ドレイン拡散層 6 第1のチャネル不純物拡散層 7 深いソース・ドレイン拡散層 8 第2のチャネル不純物拡散層 11 半導体基板 12 第1のチャネル不純物拡散層 12a 低濃度領域 13 第2のチャネル不純物拡散層 14 第1のしきい値制御用拡散層 15 ゲート酸化膜 16 ゲート電極 17 高濃度領域(第2のしきい値制御用拡散層) 18 浅いソース・ドレイン拡散層 19 サイドウォール 20 深いソース・ドレイン拡散層 21 SOI基板 21a 基板シリコン層 21b 埋め込み酸化膜 21c 薄膜シリコン層 22 ゲート酸化膜 23 ゲート電極 24 サイドウォール 25 低濃度のソース・ドレイン拡散層 26 チャネル不純物拡散層 26a RCP領域 26b 高濃度領域 27 高濃度のソース・ドレイン拡散層 28 高濃度不純物拡散層 31 SOI基板 31a 基板シリコン層 31b 埋め込み酸化膜 31c 薄膜シリコン層 32 チャネル不純物領域(第1のしきい値制御用拡
散層) 32a RCP領域 33 ゲート酸化膜 34 ゲート電極 35 高濃度領域(第2のしきい値制御用拡散層) 36 低濃度のソース・ドレイン拡散層 37 サイドウォール 38 高濃度のソース・ドレイン拡散層 39 高濃度不純物拡散層 40 高濃度不純物拡散層 41 SOI基板 42 シリコン酸化膜 43 シリコン窒化膜 44 マスクパターン 44a 開口部 45 チャネル不純物領域(第1のしきい値制御用拡
散層) 45a RCP領域 46 高濃度不純物拡散層 47 ゲート酸化膜 48A ドープトポリシリコン膜 48B ゲート電極 49 高濃度領域(第2のしきい値制御用拡散層) 50 低濃度のソース・ドレイン拡散層 51 サイドウォール 52 高濃度のソース・ドレイン拡散層

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の上に形成されたゲート電極
    と、 前記半導体基板におけるゲート長方向側にそれぞれ形成
    されたソース・ドレイン拡散層と、 前記半導体基板における前記ゲート電極の下側に形成さ
    れたしきい値制御用のチャネル不純物拡散層とを備え、 前記チャネル不純物拡散層は、ゲート長方向に不均一で
    且つ基板面に対する垂直方向にも不均一な不純物濃度を
    有しており、 前記チャネル不純物拡散層の下端部の基板面からの距離
    は、前記ソース・ドレイン拡散層の下端部の基板面から
    の距離よりも小さいか又は等しいことを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】 前記チャネル不純物拡散層はボロンが拡
    散してなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 半導体基板の上に形成されたゲート電極
    と、 前記半導体基板における前記ゲート電極の両側部の下側
    の領域にそれぞれ形成された第1導電型の浅いソース・
    ドレイン拡散層と、 前記半導体基板における前記ゲート電極の下側の領域
    に、側部が前記浅いソース・ドレイン拡散層と接するよ
    うに形成された第2導電型で且つしきい値制御用の第1
    のチャネル不純物拡散層と、 前記半導体基板における前記浅いソース・ドレイン拡散
    層に対する前記ゲート電極のそれぞれの反対側の領域
    に、ゲート長方向に広がるように形成された第1導電型
    の深いソース・ドレイン拡散層と、 前記半導体基板における前記浅いソース・ドレイン拡散
    層及び第1のチャネル不純物拡散層の下側に形成され、
    第2導電型で且つしきい値制御用の第2のチャネル不純
    物拡散層とを備え、 前記第1のチャネル不純物拡散層は、前記浅いソース・
    ドレイン拡散層側の領域が前記ゲート電極の下側の領域
    よりも大きい不純物濃度分布を有し、 前記第2のチャネル不純物拡散層は、前記第1のチャネ
    ル不純物拡散層側の領域がその中央部よりも小さい不純
    物濃度分布を有しており、 前記第2のチャネル不純物拡散層の下端部の基板面から
    の距離は、前記深いソース・ドレイン拡散層の下端部の
    基板面からの距離よりも小さいことを特徴とする半導体
    装置。
  4. 【請求項4】 前記第1のチャネル不純物拡散層のゲー
    ト長方向における不純物濃度の濃度分布は、前記ゲート
    電極の両側部側が高く中央部が低いU字形状又はV字形
    状を有していることを特徴とする請求項3に記載の半導
    体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の不純物拡散層及び第2の不純
    物拡散層はそれぞれボロンが拡散してなることを特徴と
    する請求項3に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 埋め込み酸化膜を有するSOI基板の上
    に形成されたゲート電極と、 前記SOI基板の前記埋め込み酸化膜の上における前記
    ゲート電極の両側部の下側の領域にそれぞれ形成された
    第1導電型の低濃度のソース・ドレイン拡散層と、 前記SOI基板の前記埋め込み酸化膜の上における前記
    ゲート電極の下側の領域に、側部が前記低濃度のソース
    ・ドレイン拡散層と接するように形成された第2導電型
    で且つしきい値制御用のチャネル不純物拡散層と、 前記SOI基板の前記埋め込み酸化膜の上における前記
    低濃度のソース・ドレイン拡散層に対する前記ゲート電
    極のそれぞれの反対側の領域に、ゲート長方向に広がる
    ように形成された第1導電型の高濃度のソース・ドレイ
    ン拡散層とを備え、 前記チャネル不純物拡散層の不純物濃度は、前記ゲート
    電極の下側の領域が前記低濃度のソース・ドレイン拡散
    層側の領域及び前記埋め込み酸化膜側の領域よりも小さ
    い不純物濃度分布を有していることを特徴とする半導体
    装置。
  7. 【請求項7】 前記SOI基板の前記埋め込み酸化膜の
    下側における前記チャネル不純物拡散層の下方の領域
    に、第2導電型の高濃度不純物拡散層をさらに備えてい
    ることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記チャネル不純物拡散層のゲート長方
    向における不純物濃度の濃度分布は、前記第1のチャネ
    ル不純物拡散層における前記ゲート電極の中央部下方に
    底部を持つU字形状又はV字形状を有していることを特
    徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記チャネル不純物拡散層はボロンが拡
    散してなることを特徴とする請求項6に記載の半導体装
    置。
  10. 【請求項10】 半導体基板の主面に第1導電型で且つ
    しきい値制御用の第1の不純物イオンを注入して、前記
    半導体基板の主面側に低濃度の第1のチャネル不純物拡
    散層と該第1のチャネル不純物拡散層の下側に高濃度の
    第2のチャネル不純物拡散層とを形成した後、前記半導
    体基板に対して高温且つ短時間の熱処理を行なうことに
    より、前記第1のチャネル不純物拡散層と前記第2のチ
    ャネル不純物拡散層とからなる第1のしきい値制御用拡
    散層を形成する第1のしきい値制御用拡散層形成工程
    と、 前記半導体基板の上にゲート絶縁膜を介在させたゲート
    電極を選択的に形成するゲート電極形成工程と、 前記半導体基板に対して、第1導電型で且つしきい値制
    御用の第2の不純物イオンを、前記ゲート電極をマスク
    とし且つゲート長方向の一方側に傾きを持たせて注入す
    ると共にゲート長方向の他方側にも傾きを持たせて注入
    することにより、前記第1のチャネル不純物拡散層にお
    ける前記ゲート電極の両側部の下側の第1の領域に、該
    第1の領域の不純物濃度が前記ゲート電極の中央部の下
    側の第2の領域の不純物濃度よりも大きい第2のしきい
    値制御用拡散層を形成する第2のしきい値制御用拡散層
    形成工程と、 前記半導体基板に対して、前記ゲート電極をマスクとし
    て第2導電型の第3の不純物イオンを注入することによ
    り、前記ゲート電極の両側部の下側の領域にそれぞれ浅
    いソース・ドレイン拡散層を形成する第1のソース・ド
    レイン拡散層形成工程と、 前記ゲート電極の両側面にゲート側壁を形成するゲート
    側壁形成工程と、 前記半導体基板に対して、前記ゲート電極及びゲート側
    壁をマスクとして第2導電型の第4の不純物イオンを注
    入することにより、ゲート長方向にそれぞれ広がるよう
    に深いソース・ドレイン拡散層を形成する第2のソース
    ・ドレイン拡散層形成工程とを備えていること特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 SOI基板の主面に対して第1導電型
    で且つしきい値制御用の第1の不純物イオンを注入する
    ことにより、前記SOI基板の上部に、不純物濃度が主
    面よりも深い位置に濃度の最大値を持つように第1のし
    きい値制御用拡散層を形成する第1のしきい値制御用拡
    散層形成工程と、 前記SOI基板の上にゲート絶縁膜を介在させたゲート
    電極を選択的に形成するゲート電極形成工程と、 前記SOI基板に対して、第1導電型で且つしきい値制
    御用の第2の不純物イオンを、前記ゲート電極をマスク
    とし且つゲート長方向の一方側に傾きを持たせて注入す
    ると共にゲート長方向の他方側にも傾きを持たせて注入
    することにより、前記第1のしきい値制御用拡散層にお
    ける前記ゲート電極の両側部の下側の第1の領域に、該
    第1の領域の不純物濃度が前記ゲート電極の中央部の下
    側の第2の領域の不純物濃度よりも大きい第2のしきい
    値制御用拡散層を形成する第2のしきい値制御用拡散層
    形成工程と、 前記SOI基板に対して、前記ゲート電極をマスクとし
    て第2導電型の第3の不純物イオンを注入することによ
    り、埋め込み酸化膜の上で且つ前記ゲート電極の両側部
    の下側の領域にそれぞれ低濃度のソース・ドレイン拡散
    層を形成する第1のソース・ドレイン拡散層形成工程
    と、 前記ゲート電極の両側面にゲート側壁を形成するゲート
    側壁形成工程と、 前記SOI基板に対して、前記ゲート電極及びゲート側
    壁をマスクとして第2導電型の第4の不純物イオンを注
    入することにより、前記埋め込み酸化膜の上で且つゲー
    ト長方向にそれぞれ広がるように高濃度のソース・ドレ
    イン拡散層を形成する第2のソース・ドレイン拡散層形
    成工程と、 前記SOI基板に対して、前記ゲート電極及びゲート側
    壁をマスクとして第1導電型の第5の不純物イオンを注
    入することにより、前記SOI基板の埋め込み酸化膜の
    下側における前記ゲート電極の下方の領域に高濃度不純
    物拡散層を形成する高濃度不純物拡散層形成工程とを備
    えていること特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記第1の不純物イオン及び第2の不
    純物イオンは二フッ化ボロンからなることを特徴とする
    請求項10又は11に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 SOI基板の主面上に絶縁膜を堆積す
    る絶縁膜堆積工程と、 前記絶縁膜に開口部を選択的に形成することにより、前
    記絶縁膜からなるマスクパターンを形成するマスクパタ
    ーン形成工程と、 前記SOI基板に対して、前記マスクパターンを用いて
    第1導電型で且つしきい値制御用の第1の不純物イオン
    を注入することにより、前記SOI基板の上部に、不純
    物濃度が主面よりも深い位置に濃度の最大値を持つよう
    に第1のしきい値制御用拡散層を形成する第1のしきい
    値制御用拡散層形成工程と、 前記SOI基板に対して、前記マスクパターンを用いて
    第1導電型の第2の不純物イオンを注入することによ
    り、前記SOI基板の埋め込み酸化膜の下側における前
    記第1のしきい値制御用拡散層の下方の領域に高濃度不
    純物拡散層を形成する高濃度不純物拡散層形成工程と、 前記マスクパターンの開口部の底部にゲート絶縁膜を形
    成した後、該開口部に導体膜を充填し前記マスクパター
    ンを除去することにより、前記半導体基板の上に前記ゲ
    ート絶縁膜を介在させた前記導体膜からなるゲート電極
    を形成するゲート電極形成工程と、 前記SOI基板に対して、第1導電型で且つしきい値制
    御用の第3の不純物イオンを、前記ゲート電極をマスク
    とし且つゲート長方向の一方側に傾きを持たせて注入す
    ると共にゲート長方向の他方側にも傾きを持たせて注入
    することにより、前記第1のしきい値制御用拡散層にお
    ける前記ゲート電極の両側部の下側の第1の領域に、該
    第1の領域の不純物濃度が前記ゲート電極の中央部の下
    側の第2の領域の不純物濃度よりも大きい第2のしきい
    値制御用拡散層を形成する第2のしきい値制御用拡散層
    形成工程と、 前記SOI基板に対して、前記ゲート電極をマスクとし
    て第2導電型の第4の不純物イオンを注入することによ
    り、埋め込み酸化膜の上で且つ前記ゲート電極の両側部
    の下側の領域にそれぞれ低濃度のソース・ドレイン拡散
    層を形成する第1のソース・ドレイン拡散層形成工程
    と、 前記ゲート電極の両側面にゲート側壁を形成するゲート
    側壁形成工程と、 前記SOI基板に対して、前記ゲート電極及びゲート側
    壁をマスクとして第2導電型の第5の不純物イオンを注
    入することにより、前記埋め込み酸化膜の上で且つゲー
    ト長方向にそれぞれ広がるように高濃度のソース・ドレ
    イン拡散層を形成する第2のソース・ドレイン拡散層形
    成工程とを備えていること特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  14. 【請求項14】 前記第1の不純物イオン及び第3の不
    純物イオンは二フッ化ボロンからなることを特徴とする
    請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
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