JPS5982766A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPS5982766A JPS5982766A JP19247782A JP19247782A JPS5982766A JP S5982766 A JPS5982766 A JP S5982766A JP 19247782 A JP19247782 A JP 19247782A JP 19247782 A JP19247782 A JP 19247782A JP S5982766 A JPS5982766 A JP S5982766A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体装置に関し、詳しくは、チャネル内の不
純物濃度がソース側では高くドレイン側では低くなるよ
うな傾斜を持った半導体装置に関する。
純物濃度がソース側では高くドレイン側では低くなるよ
うな傾斜を持った半導体装置に関する。
周知のように、従来のMOS F ETのチャネル部の
不純物濃度分布は、一般にソースからトレーyへ向って
均一であり、かつ深さ方向の不純物分布はほぼガウス分
布で近似できた。すなわち、チャネル部のソース近傍で
も、チャネル部中央でもあるいはドレーン近傍でも、不
純物濃度、および不純物濃度の深さ方向分布はほぼ同一
であり、したがってMOSFETの動作特性は対称であ
った。
不純物濃度分布は、一般にソースからトレーyへ向って
均一であり、かつ深さ方向の不純物分布はほぼガウス分
布で近似できた。すなわち、チャネル部のソース近傍で
も、チャネル部中央でもあるいはドレーン近傍でも、不
純物濃度、および不純物濃度の深さ方向分布はほぼ同一
であり、したがってMOSFETの動作特性は対称であ
った。
このために、いわゆる比例縮少側(5cale−dou
nprlnciple : RlHlDennard
et al、 IE3J。
nprlnciple : RlHlDennard
et al、 IE3J。
5olid−st、ctrcuits 5C−9、25
6(1974)、)によって、寸法を1′/、!c倍に
すると、素子の動作速度はに倍に、また消費電力はl/
IC2倍になると考えられていた。しかし、本発明者ら
の検討により、この法則は必ずしも成り立たない事が明
らかになった。(Y、Wada et al、 Mtc
roelectron。
6(1974)、)によって、寸法を1′/、!c倍に
すると、素子の動作速度はに倍に、また消費電力はl/
IC2倍になると考えられていた。しかし、本発明者ら
の検討により、この法則は必ずしも成り立たない事が明
らかになった。(Y、Wada et al、 Mtc
roelectron。
Re1icb、21(21,159(1981) 、
)第1図は不純物濃度(NA)と電界効果移動度(μm
)との関係を示したものである。比例縮少側では、寸法
を17k にすると、チャネル部の不純物濃度N□を
に倍する必要があり、この時に移動度μ2Iは不変であ
るという前提に基づいて計算が行なわれているが、実際
には第1図に示したように不純物濃度1016am””
以上で移動度μ、8が大幅に減少するため、素子の動作
速度はに倍より小さくなってしまう。この点さらに詳述
すると、素子の動作速度の指標であるゲイン定数βは、
次式で表わされる。
)第1図は不純物濃度(NA)と電界効果移動度(μm
)との関係を示したものである。比例縮少側では、寸法
を17k にすると、チャネル部の不純物濃度N□を
に倍する必要があり、この時に移動度μ2Iは不変であ
るという前提に基づいて計算が行なわれているが、実際
には第1図に示したように不純物濃度1016am””
以上で移動度μ、8が大幅に減少するため、素子の動作
速度はに倍より小さくなってしまう。この点さらに詳述
すると、素子の動作速度の指標であるゲイン定数βは、
次式で表わされる。
ここで、Weff、Leffはそれぞれ実効チャネル幅
および実効チャネル長、koxはゲート酸化膜の比誘電
率、 toは真空の誘電率、toxは酸化膜の膜厚を表
わす。したがって、比例縮少側に従がってtoxを1/
k に薄くしても第1図に示したようにチャネル部の不
純物濃度NAをに倍すると、μF。
および実効チャネル長、koxはゲート酸化膜の比誘電
率、 toは真空の誘電率、toxは酸化膜の膜厚を表
わす。したがって、比例縮少側に従がってtoxを1/
k に薄くしても第1図に示したようにチャネル部の不
純物濃度NAをに倍すると、μF。
が小さくなり、ゲイン定数βは、k倍にはならなくなる
。したがって、動作速度はに倍より小さくなり、比例縮
少側が成立しなくなる。
。したがって、動作速度はに倍より小さくなり、比例縮
少側が成立しなくなる。
チャネル領域にある程度の不純物濃度分布を持たせると
いう考え方は、たとえばDSA−MOS(YHayas
hi et al、 Japan+J+Appl+Ph
ys+小朋状」±づ、163(1977)、小口状あっ
たが、素子寸法が縮小されるにしたがい、2つの問題点
が顕著になってきた。
いう考え方は、たとえばDSA−MOS(YHayas
hi et al、 Japan+J+Appl+Ph
ys+小朋状」±づ、163(1977)、小口状あっ
たが、素子寸法が縮小されるにしたがい、2つの問題点
が顕著になってきた。
(1) ゲート長が短かくなると、ソースからのみ基
板と同じ導電型を与える不純物を拡散する事が著るしく
困難である。したがってD S AMOSを作製する事
が出来なくなってくる。
板と同じ導電型を与える不純物を拡散する事が著るしく
困難である。したがってD S AMOSを作製する事
が出来なくなってくる。
(2)チャネル領域ばかりでなく、ソース領域の下部に
も拡散が行なわれるため、ソースの接合容量が著るしく
増大し、素子の特性が劣化する。
も拡散が行なわれるため、ソースの接合容量が著るしく
増大し、素子の特性が劣化する。
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、μ1.が大きく、がっ、動作速度が比
例縮少側で定まる速度より早い半導体装置を提供するこ
とである。
なされたもので、μ1.が大きく、がっ、動作速度が比
例縮少側で定まる速度より早い半導体装置を提供するこ
とである。
上記目的な達成するため、本発明はチャネルの濃度分布
に勾配を持たせることによって、チャネル部に不純物濃
度による電界分布を生じさせるものである。
に勾配を持たせることによって、チャネル部に不純物濃
度による電界分布を生じさせるものである。
チャネル部に不純物濃度分布を設けると、電界分布が生
ずる理由は、同一のバイアスなゲートに印加した場合で
も、チャネルの不純物濃度によりバンドの曲り方が変わ
るためである。すなわち、高濃度部分ではバンドの曲り
方が小さくまた低濃度部分ではバンドの曲り方が大きい
ため、この間に7エルミレベルの傾きが生じ、したがっ
て、ソース側の不純物濃度がドレイン側より高ければ、
ソースからドレーンに向って電界分布が生ずる。
ずる理由は、同一のバイアスなゲートに印加した場合で
も、チャネルの不純物濃度によりバンドの曲り方が変わ
るためである。すなわち、高濃度部分ではバンドの曲り
方が小さくまた低濃度部分ではバンドの曲り方が大きい
ため、この間に7エルミレベルの傾きが生じ、したがっ
て、ソース側の不純物濃度がドレイン側より高ければ、
ソースからドレーンに向って電界分布が生ずる。
この電界の大きさは、チャネルの不純物濃度により変る
が、0.2〜0.5v程度となる。
が、0.2〜0.5v程度となる。
このようなチャネル部分の不純物濃度分布によって、M
OSFETの動作速度、あるいはゲイン定数は著るしく
大きくなる。
OSFETの動作速度、あるいはゲイン定数は著るしく
大きくなる。
以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
実施例 1゜
まず、第2図(a)に示すように、p型(100)面、
10Ω・amのシリコン基板l上に、厚さ20Ωmの熱
酸化膜2および化学堆積法(Chemi calVap
or Deposition法、以下CVD法と略記)
により厚さ50 nmの窒化シリコン膜3を堆積し、ホ
トエッチ法により所定の活性領域となるべき部分以外の
上記窒化シリコン膜3を反応性スパッタエッチにより除
去し、窒化シリコン膜3を除去した部分にチャネル・ス
トッパとしてボロ/イオンB+を60kevで5×lo
12cm12打込み、10.00℃のスチーム雰囲気中
で酸化してフィールド酸化膜4を厚さ0.6μm成長さ
せた。
10Ω・amのシリコン基板l上に、厚さ20Ωmの熱
酸化膜2および化学堆積法(Chemi calVap
or Deposition法、以下CVD法と略記)
により厚さ50 nmの窒化シリコン膜3を堆積し、ホ
トエッチ法により所定の活性領域となるべき部分以外の
上記窒化シリコン膜3を反応性スパッタエッチにより除
去し、窒化シリコン膜3を除去した部分にチャネル・ス
トッパとしてボロ/イオンB+を60kevで5×lo
12cm12打込み、10.00℃のスチーム雰囲気中
で酸化してフィールド酸化膜4を厚さ0.6μm成長さ
せた。
第2図(′b)に示すように、180 ”0に加熱した
リン酸溶液中で約20分間処理をする事により上記窒化
シリコン膜3を除去し、さらに5チ弗酸水溶液中で60
秒間エッチして上記熱酸化膜2を除去シタ後、1000
℃のドライ酸素雰囲気中で酸化し、ゲート酸化膜5を厚
さ20 nmに成長させ、加速電圧30 keVでボロ
ンイオンB”、0.1μmφの収束イオン線を用い、横
方向に濃度勾配のあるチャネルドープ層6を形成した。
リン酸溶液中で約20分間処理をする事により上記窒化
シリコン膜3を除去し、さらに5チ弗酸水溶液中で60
秒間エッチして上記熱酸化膜2を除去シタ後、1000
℃のドライ酸素雰囲気中で酸化し、ゲート酸化膜5を厚
さ20 nmに成長させ、加速電圧30 keVでボロ
ンイオンB”、0.1μmφの収束イオン線を用い、横
方向に濃度勾配のあるチャネルドープ層6を形成した。
上記チャネルドープ層6は最も高濃度部分でl X I
O13am−2に相当する量、また最も低濃度部分で
は、l X 10”Cm に相当する量のB+を打込
んで形成した。
O13am−2に相当する量、また最も低濃度部分で
は、l X 10”Cm に相当する量のB+を打込
んで形成した。
p o ly StをCVD法で厚さ9.35μmt、
Z堆積し、熱拡散法によって上記polysi膜にリン
をドープし、ホトエッチ法により加工して第2図(cl
に示すようにゲート7を形成し、ゲート耐圧を向上させ
るために上記ゲート70表面を酸化してゲートの上およ
び基板l上に厚さ30 nmO熱酸化膜8を成長させ、
ヒ素イオン打込んだ。さらに、CVD法により厚さ0.
5μmのPSG膜9を堆積し、窒素雰囲気中で950℃
、20分間加熱して、ヒ素打込み層をアニールにし、ソ
ースlOおよびドレーン11を形成した。ホトエッチ法
によってコンタクトを形成し、さらに、周知の蒸着法と
ホトエツチングによってアルミニウム配線12の形成と
450℃30分間の水素アニールによる界面準位の実質
的除去を行なってMOSFETを完成させた。
Z堆積し、熱拡散法によって上記polysi膜にリン
をドープし、ホトエッチ法により加工して第2図(cl
に示すようにゲート7を形成し、ゲート耐圧を向上させ
るために上記ゲート70表面を酸化してゲートの上およ
び基板l上に厚さ30 nmO熱酸化膜8を成長させ、
ヒ素イオン打込んだ。さらに、CVD法により厚さ0.
5μmのPSG膜9を堆積し、窒素雰囲気中で950℃
、20分間加熱して、ヒ素打込み層をアニールにし、ソ
ースlOおよびドレーン11を形成した。ホトエッチ法
によってコンタクトを形成し、さらに、周知の蒸着法と
ホトエツチングによってアルミニウム配線12の形成と
450℃30分間の水素アニールによる界面準位の実質
的除去を行なってMOSFETを完成させた。
このようにして形成したMOSFETにおいてチャネル
6のソース端で表面濃度I X 1017cm−3また
ドレーン端でl、 8 X l O” 0m3であった
。ソース・ドレーン間隙0.8μmのMOSFETにつ
いて、耐圧およびゲイン定数を求めたところ、耐圧7v
、ゲイン定数200μsとなり、従来の構造を持ったM
O8半導体装置の場合の!5 V 、 120μsに約
40%の性能向上が得られた。
6のソース端で表面濃度I X 1017cm−3また
ドレーン端でl、 8 X l O” 0m3であった
。ソース・ドレーン間隙0.8μmのMOSFETにつ
いて、耐圧およびゲイン定数を求めたところ、耐圧7v
、ゲイン定数200μsとなり、従来の構造を持ったM
O8半導体装置の場合の!5 V 、 120μsに約
40%の性能向上が得られた。
実施例 2゜
実施例1においては濃度勾配を持ったチャネルドープ領
域をゲート酸化膜成長後に形成したが、本実施例では、
ゲート導電体形成後にチャネルドープ領域を形成した。
域をゲート酸化膜成長後に形成したが、本実施例では、
ゲート導電体形成後にチャネルドープ領域を形成した。
まず、第3図(a)に示すようにp型(100)面、1
0Ω・cmのシリコンウェーハ21上に厚さ35Ωmの
ゲート酸化膜22、厚さ0.6μmのフィールド酸化膜
23、厚さ0.3μm、タングステンよりなるゲート2
4を形成した。つぎに上記タングステン・ゲート24上
から、0.1μmφに収束させたB+イオyビームを、
180 keVに加速して打込み、チャネル領域に、濃
度勾配を持ったチャネルドープ領域25を形成した。上
記チャネルドープ領域25のソース側のボロン濃度は5
X 10”Cm1− ドレーン側のボロン濃度はl
X 10”am−3とした。
0Ω・cmのシリコンウェーハ21上に厚さ35Ωmの
ゲート酸化膜22、厚さ0.6μmのフィールド酸化膜
23、厚さ0.3μm、タングステンよりなるゲート2
4を形成した。つぎに上記タングステン・ゲート24上
から、0.1μmφに収束させたB+イオyビームを、
180 keVに加速して打込み、チャネル領域に、濃
度勾配を持ったチャネルドープ領域25を形成した。上
記チャネルドープ領域25のソース側のボロン濃度は5
X 10”Cm1− ドレーン側のボロン濃度はl
X 10”am−3とした。
第3図(blに示したように、ヒ素打込みにより、ソー
ス26、ドレーン27を形成後厚さ0.6μmのPSG
膜28をCVD法により堆積し、コンタクトおよびアル
ミニウム配線29を形成した。ソース26とドレーン2
7の間隔0.6μmのMOS耐 FETの場合、飯田6V、ゲイン定数250μsといつ
値が得られ、従来の素子に比較し、約50チの性能向上
が認められた。
ス26、ドレーン27を形成後厚さ0.6μmのPSG
膜28をCVD法により堆積し、コンタクトおよびアル
ミニウム配線29を形成した。ソース26とドレーン2
7の間隔0.6μmのMOS耐 FETの場合、飯田6V、ゲイン定数250μsといつ
値が得られ、従来の素子に比較し、約50チの性能向上
が認められた。
実施例 3゜
本実施例においては、濃度勾配を持ったチャネルドープ
領域を持つMOSFETよりなるMO8ICの一例を示
す。第4図はこの一例で、インバータ401段からなる
リング発振器の一部を示したものである。ロード・トラ
ンジスタ31およびドライバ・トランジスタ32はいず
れも、濃度勾配を持ったチャネル・ドープ領域を持つM
OSFETからなる。このようなリング発振器の一段当
りの遅延時間は約0.3nSと、同一寸法の従来技術に
よるリング発振器の0.5nSに比べ、約40−の性能
改善が示された。
領域を持つMOSFETよりなるMO8ICの一例を示
す。第4図はこの一例で、インバータ401段からなる
リング発振器の一部を示したものである。ロード・トラ
ンジスタ31およびドライバ・トランジスタ32はいず
れも、濃度勾配を持ったチャネル・ドープ領域を持つM
OSFETからなる。このようなリング発振器の一段当
りの遅延時間は約0.3nSと、同一寸法の従来技術に
よるリング発振器の0.5nSに比べ、約40−の性能
改善が示された。
上記のように、本発明は、チャネルドープ領域の不純物
濃度が、ソース側では高く、ドレイン側では低くなるよ
うに傾斜を持って連続的に変化している点に特徴がある
。
濃度が、ソース側では高く、ドレイン側では低くなるよ
うに傾斜を持って連続的に変化している点に特徴がある
。
チャネルドープ領域の不純物濃度は、ソース側からドレ
イン側へ直線的に低下しても勿論よいが、曲線的に変化
しても支障はない。このような濃度勾配のプロファイル
は、上記実施例において使用した、非常に細い直径を有
するイオンビームを用いてイオン打込みを行なうことに
より、所望の形状に容易に形成することができる。また
、打込み深さも通常は同一にならず、濃度の高いソース
側がドレイン側より深くなるのがふつうである。
イン側へ直線的に低下しても勿論よいが、曲線的に変化
しても支障はない。このような濃度勾配のプロファイル
は、上記実施例において使用した、非常に細い直径を有
するイオンビームを用いてイオン打込みを行なうことに
より、所望の形状に容易に形成することができる。また
、打込み深さも通常は同一にならず、濃度の高いソース
側がドレイン側より深くなるのがふつうである。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、濃度
勾配を持ったチャネルドープ領域を有しているため、耐
圧、ゲイン定数等の性能を従来に比べ大幅に改善できる
効果がある。
勾配を持ったチャネルドープ領域を有しているため、耐
圧、ゲイン定数等の性能を従来に比べ大幅に改善できる
効果がある。
その他にも以下のようなデバイスおよび集積回路特性上
の利点を生ずることができる。
の利点を生ずることができる。
(1) 素子の耐圧が向上する。
(2)下記式(2)で示される基板効果定数αを小さく
できる。
できる。
(3)ゲイン定数が比例縮少係数により大きくなり、か
つ素子耐圧が向上するため、一層の素子寸法縮少が可能
なため高密度化が可能である。
つ素子耐圧が向上するため、一層の素子寸法縮少が可能
なため高密度化が可能である。
第1図は、不純物濃度と電界効果移動度の関係を示す曲
線図。 第2図および第1図は、それぞれ本発明の異なる実施例
を示す工程図、第4図は本発明の他の実施例を示す回路
図である。 1.21・・・・・・・・・基板 5.22・・・・・・・・・ゲート酸化膜4.23・・
・・・・・・・フィールド酸化膜7.24・・・・・・
・・・ゲート導電体9.28・・・・・・・・・PSG
膜 6.25・・・・・・・・・濃度勾配を持つチャネル・
ドープ領域 10.26・・・・・・・・・ソース 11.27・・・・・・・・・ドレーン12.29・・
・・・・・・・アルミニウム配線率 1 図 千含七、物 1ノl tcm’ノ 第 2 習
線図。 第2図および第1図は、それぞれ本発明の異なる実施例
を示す工程図、第4図は本発明の他の実施例を示す回路
図である。 1.21・・・・・・・・・基板 5.22・・・・・・・・・ゲート酸化膜4.23・・
・・・・・・・フィールド酸化膜7.24・・・・・・
・・・ゲート導電体9.28・・・・・・・・・PSG
膜 6.25・・・・・・・・・濃度勾配を持つチャネル・
ドープ領域 10.26・・・・・・・・・ソース 11.27・・・・・・・・・ドレーン12.29・・
・・・・・・・アルミニウム配線率 1 図 千含七、物 1ノl tcm’ノ 第 2 習
Claims (1)
- 半導体基板の表面領域内に所望の間隔をもって形成され
たソースおよびドレインと、上記半導体基板上に絶縁膜
を介して形成されたゲートと、上記半導体基板の表面領
域内の上記ソースとドレイン間に形成されたチャネル領
域を少なくともそなえ、該チャネル領域の不純物濃度は
、上記ソース側が高く、上記ドレイン側が低くなるよう
に順次異なっていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19247782A JPS5982766A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19247782A JPS5982766A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5982766A true JPS5982766A (ja) | 1984-05-12 |
Family
ID=16291937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19247782A Pending JPS5982766A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5982766A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61229348A (ja) * | 1985-04-03 | 1986-10-13 | Rohm Co Ltd | 半導体装置 |
WO1996016432A3 (en) * | 1994-11-16 | 1996-08-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Channel or source/drain structure of mosfet and method for fabricating the same |
US5830788A (en) * | 1996-06-21 | 1998-11-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for forming complementary MOS device having asymmetric region in channel region |
-
1982
- 1982-11-04 JP JP19247782A patent/JPS5982766A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61229348A (ja) * | 1985-04-03 | 1986-10-13 | Rohm Co Ltd | 半導体装置 |
WO1996016432A3 (en) * | 1994-11-16 | 1996-08-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Channel or source/drain structure of mosfet and method for fabricating the same |
US6031272A (en) * | 1994-11-16 | 2000-02-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | MOS type semiconductor device having an impurity diffusion layer with a nonuniform impurity concentration profile in a channel region |
US6355963B1 (en) | 1994-11-16 | 2002-03-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | MOS type semiconductor device having an impurity diffusion layer |
US5830788A (en) * | 1996-06-21 | 1998-11-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for forming complementary MOS device having asymmetric region in channel region |
US6031268A (en) * | 1996-06-21 | 2000-02-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Complementary semiconductor device and method for producing the same |
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