JPS58106871A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS58106871A
JPS58106871A JP56204813A JP20481381A JPS58106871A JP S58106871 A JPS58106871 A JP S58106871A JP 56204813 A JP56204813 A JP 56204813A JP 20481381 A JP20481381 A JP 20481381A JP S58106871 A JPS58106871 A JP S58106871A
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JP
Japan
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gate
type impurity
well
oxide film
polycrystalline silicon
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Application number
JP56204813A
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English (en)
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Minoru Araki
荒木 稔
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58106871A publication Critical patent/JPS58106871A/ja
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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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7833Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
    • H01L29/7835Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's with asymmetrical source and drain regions, e.g. lateral high-voltage MISFETs with drain offset region, extended drain MISFETs
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
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    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ゲート電極として多結晶シリコンを用いる
シリコンゲート@MOB牛導体装置、特にゲート・多結
晶シリコンの不純物をP型不純物KL、ソース・ドレイ
ンの不純物もP型にしたPチャネル・シリコンゲート・
MO8半導体装置に関するものである。
近年、集積回路中導体装置に於ては、その応用範囲が拡
が夛、%に相補型トランジスタを用いる半導体装fK於
ては、低電圧から高電圧の動作が可能であシ、その動作
範囲の拡大に依って、その応用範囲は著しいものがある
。このような半導体装置を用いて、螢光表示管を直接駆
動する事を考えると、その駆動に用いるトランジスタが
高電圧に耐えなければならない。
そこで、相補型トランジスタを用いる半導体装置に於て
は、第1図に示すようなトランジスタが考えられている
。Pチャネルト、ランジスタを例にして本発明を説明す
る。このトランジスタはPチャネルトランジスタで、N
型中導体基板lの中にP型不純物のウェル2が形成され
ておシ、そのウェルの中に、厚い絶縁膜3に囲まれて、
P型不純物のドレイン拡散層4があり、基板上にゲート
酸化膜5が設けられ、その上層にゲート電極となるべき
多結晶シリコン6が、一部を厚い酸化膜3にかかって、
ソース電極拡散層7を自己整合的に形成するようになり
ている。
ここで、ゲート電極の多結晶シリコンにリンのようなN
型不純物を導入しである場合には、このトランジスタの
閾値電圧(VT)はNtIlのゲート・多結晶シリコン
とN警手導体基板の仕事関数の差に依存して、閾値電圧
の絶対値IVTIは、P型ゲート・多結晶シリコンの場
合より高い値となる。
高耐圧トランジスタと言って亀、高耐圧であるばかりか
、高電流を許容できるトランジスタでなければならない
ので、ゲート酸化膜を薄くして。
電導率を良くする事が考えられる。そこで、ゲート酸化
膜厚を薄くすると、ドレインとゲート電極の電界の強度
が強まって耐圧を低下させる事は従来のトランジスタで
言われている。よって、第1図に示した構造のトランジ
スタに於ては、ゲート酸化膜が薄くなって、トランジス
タの電導率を良くして、かつ高耐圧に々るようKなって
いる。すなわち、Pウェル2は低濃度のP型になってお
り、基板lとの間にPN接合を形成している。そして。
とのPウェル2とソース電極7との間にPチャネルを形
成する事になり、高耐圧は、ゲート電極6を接地して、
ドレイン電極の耐圧が高められていればよい。この時、
ドレインに!イナス(−)電圧を印加すると、Pウェル
2が低濃度であるために空乏層はN型基板1方向とPつ
、ル2内の方向へ拡がり、ゲート電極下の基板表面での
空乏層の拡がりの端部は、高電圧印加に依って、ドレイ
ン拡散層4の方へ拡がって、ゲート電極の一部がかかっ
ている厚い酸化膜の下にまで拡がって来る。基板表面で
のブレーク・ダウンが生じる電圧以前K。
厚い酸化膜下に空乏層の端部が拡がって来ると、この厚
い酸化膜を介して、ゲート電極6と空乏層端部との間で
の電界強度が低下し、ドレインの耐圧を高める事になる
。このようKして高耐圧Pチャネルトランジスタが形成
されるのであるが、ここに言うPウェルは、相補型トラ
ンジスタを形成する際に、形成されるPウェルを用いる
事が出来る0通常SPウェルの中にはNチャネルトラン
ジスタを形成し、高耐圧Pチャネルトランジスタを同−
N型基板内に形成する事が出来、相補型である事から低
消費電力動作が可能になり、高耐圧トランジスタを含ん
でいる事に依って、広い応用範囲が期待される。
この従来例の構造に於ては、ゲート・多結晶シリコンの
不純物がリンのようなN型不純物に於てであるが1本発
明は、とのPチャネルトランジスタのゲート電極をダウ
ンのような不純物を多結晶シリコンに導入する事でP型
にした半導体装置に好ましい構造と々る。
高耐圧トランジスタは、高耐圧という特性だけではなく
、高電流を許容するトランジスタである事が望ましい。
ゲート酸化膜厚が大きければ大きい程、そのMO8)ラ
ンジスタは高耐圧になるが。
しかし電導率が悪化し、そのためトランジスタを大きく
設計しなければならず集積度を悪化させる。
しかし、逆にゲート酸化膜を薄くすれば、耐圧が悪くな
るというものであった。そこで、前述した従来例として
示した高耐圧トランジスタが考えられたのであるが、ゲ
ート電極の多結晶シリコンにボロンのような不純物が導
入された場合、このトランジスタの閾値電圧は、P型ゲ
ート・多結晶シリコンとNll基板の仕事関数の差で決
定され、前述しえ従来例のN型ゲート多結晶シリコンの
場合より低下している。またボロンのようなP型不純物
をゲート多結晶シリコンに導入し九時、導入後の熱処理
に依って、ゲート・多結晶シリコン中のボロンが、ゲー
ト酸化膜を突き抜けて基板表面にまで達して、閾値電圧
を低下させる事が知られている。本発明は、ゲート酸化
膜を薄くした時の高耐圧トランジスタに関してであるの
で、ゲート酸化膜厚が薄くなればなる糧、ボロンのゲー
ト酸化膜の突き抜けの程度は多くなって、閾値電圧も低
下する事になる。
本発明は、P型不純物をゲート・多結晶シリコンに導入
した事に依って、閾値電圧が低下するため、それを高め
るために前もってリンのようなN型不純物を基板表面に
導入することの知見に基づき、この導入するN型不純物
は、Pウェルの領域には導入しないようにできるPチャ
ネル・シリコンゲート・高耐圧トランジスタである。
すなわち本発明の特徴は、第1導電型の半導体基板に、
互いに離れて形成された第2導電型のソース・ドレイン
領域と、そのソース・ドレイン領域間の前記半導体基板
表面の前記ドレイン領域から離れた位置に、薄いゲート
絶縁膜と厚い絶縁膜が設けられ、このゲート絶縁膜と厚
い絶縁膜の一部を覆って設けられた第2導電型のゲート
・多結晶シリコン・電極を有し、前記厚い絶縁膜下の前
記半導体基板表面と前記ドレイン領域を含み、前記薄い
ゲート絶縁膜下の前記半導体基板表面に渡って低濃度の
第2導電型ウエルを有し、かつ前記ウェル以外の領域の
前記半導体基板表面に、第1導電型の基板濃度より高い
濃度の不純物層を形成した半導体装置にある。
次に本発明の実施例としてのPチャネル・トランジスタ
を第2図に示す。
Nil半導体基板11の中に、P型不純物で形成したウ
ェル12が設けられ、このPウェル12の領域と反対の
領域にN型の不純物層13を形成している。このN型不
純物層13は基板11内にあり、その濃度は基板11の
濃度より高くなっていて1表面濃度に依って%Pチャネ
ルトランジスタの閾値電圧を鼻めている。Pチャネルト
ランジスタの閾値電圧をこのN型不純物層13の濃度を
選択する事が出来る。Pウェル12の中には、高濃度P
型不純物領域14があシ、この層14は厚いフィールド
酸化膜】5で囲まれている。この高濃度P型不純物は1
通常のソース・ドレインを形成する時に導入されるもの
で、それと同時に、ゲート・多結晶シリコン16にもP
型不純物が導入されるものである。ゲート・多結晶シリ
コン16は、ゲート酸化膜17を介してその上層に設け
られており、ゲート多結晶シリコン16の一部が厚いフ
ィールド酸化膜15の上にかかうている。ソースのP型
不純物拡散層18は、ゲート・多結晶シリコン16に依
って、自己整合的に決定されている。
基板11の界面に於ては、Pフェル12とN型不純物層
13の境界は実際には重カリ合っていて、Pウェルの濃
度が比較的高い濃關になっている。
N型不純物層13の濃度は、Pチャネル・トランジスタ
の闇値電圧を制御する程度のものであるので、Pウェル
12の濃度より低くなっている。この構造の特徴は、P
つ、ル12がゲート酸化膜下にある事であり、厚い酸化
膜の下にない事であシ、とれはPウェルの熱処理の押し
込みで形成される形状も含まれる。またN型不純物層1
3の端部は。
Pウェル12の端部と接して、そのPウェル12の領域
内には入れない事を特徴としている。
従って、Pチャネルトランジスタの閾値電圧は、このN
II!i不純物層13に依って決定されまた。フィール
ド酸化膜下にも渡ってその領域が形成されているので、
フィールド部の閾値電圧も高くなって、高電圧動作が可
能なように表っている。
Pウェル12とソース拡散層18との間にPチャネルが
形成され、その閾値電圧はN型不純物層13に依って得
られる。従って、ゲート多結晶シリコン16がフィール
ド酸化膜】5にかかつている部分の基板ll内は、Pウ
ェル12だけで形成されていて、この領域がドレインの
領域とがっている事を特徴としている。
このN型不純物層13は、製造方法としてPウェルを形
成後、Pflエル12の領域の反転領域にN型不純物1
例えばリンのような不純物をイオン注入法で導入すれば
、その後は通常の製造方法で可能である。
もしN型不純物層13をPウェル12のゲート酸化膜下
にまで導入した場合は、このN型不純物の濃度に依りて
、Pつ、ル12内へ拡がる空乏層の幅が変化し、不安定
な耐圧となるし、少なくともPウェル内に拡がる幅は、
N層を入れ危い時に較べて嬌びず耐圧は上がらない。
本発明の高耐圧Pチャネル・トランジスタは、薄いゲー
ト酸化膜の下にPつ、ルとN型不純物層の境界が存在し
、ゲート・多結晶シリコンがフィ−ルド酸化膜にかかっ
てお夛、ドレイン電極をPフェルで形成し、とのPウェ
ルはフィールド酸化膜の下とゲート酸化膜下にまで渡っ
て形成されていて、このN型不純物層に依って、このト
ランジスタの閾値電圧が決定され、ホルンのような不純
物の導入されたP型ゲート・多結晶シリコンをもり九P
チャネル・高耐圧トランジスタである。
こOPチャネルトランジスタは、ゲート酸化膜を薄くシ
、閾値電圧を低く選定する事が出来、トランジスタの電
導率を向上させて、高耐圧である。
ゲート・多結晶シリコンに、ソース・ドレイン形成と同
時にP型不純物を導入する事が出来るために、多結晶シ
リコンと拡散層とを直接・接続する事も可能であり、多
層配線上、高集積化が可能となる。今回、Pチャネル型
に於て述べたが、原理的にはNチャネル形に於ても同様
である事は言うまでもない。すなわち、PウェルをN?
、ルに。
N型基板をP型基板に、N型不純物層をP型不純物層に
変更し、ゲート多結晶シリコンにN型不純物、を導入す
る事に依ってゲート酸化膜を薄くシ。
閾値電圧をP型不純物層の濃度で制御する事にすれば全
く同様の事が言える。
この発明の牛導体装置は、Pチャネル・トランジスタに
於て述ぺているが、構造的には、Nチャネル・トランジ
スタに於て屯原理的に同様であシ、単チャネルの牛導体
に用いてもよいし、また相補型中導体装置に用いてもそ
の効果は同様である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の高耐圧トランジスタの構造断面図、第2
図は本発明の実施例の高耐圧トランジスタの構造断面図
である。 同、図において、1.11・・・・・・基板、2.12
・・・・・・基板と反対導電型ウェル、3.15・・・
・・・フィールド酸化膜、5.17・・・・・・ゲート
酸化膜、4゜7.14.18・・・・・・基板と反対導
電型の濃い不純物層、13・・・・・・基板と同型不純
物の比較的濃い層、6゜16・・・・・・ゲート多結晶
シリコン、S・・・・・・ソース電極、D・・・・・・
ドレイン電極、G・・・・・・ゲート電極である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1導電型の半導体基板に、互いに離れて形成され九第
    2導電型のソース・ドレイン領域と、そのソース・ドレ
    イン領域間の前記半導体基板表面の前記ドレイン領域か
    ら離れた位置に、薄いゲート絶縁膜と厚い絶縁膜が設け
    られ、このゲート絶縁膜と厚い絶縁膜の一部を覆って設
    けられた第2導電型のゲート・多結晶シリコン・電極を
    有し。 前記厚い絶縁膜下の前記半導体基板表面と前記ドレイン
    領域を含み、前記薄いゲート絶縁膜下の前記半導体基板
    表面に渡って低濃度の第2導電製ウエルを有し、かつ前
    記ウェル以外の領域の前記半導体基板表面に、第1導電
    型の基板濃度よシ高い濃度の不純物層を形成した事を特
    徴とする半導体装置。
JP56204813A 1981-12-18 1981-12-18 半導体装置 Pending JPS58106871A (ja)

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JP56204813A JPS58106871A (ja) 1981-12-18 1981-12-18 半導体装置

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Cited By (4)

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