JPS6031278A - Mis型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Mis型半導体装置及びその製造方法

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JPS6031278A
JPS6031278A JP58139425A JP13942583A JPS6031278A JP S6031278 A JPS6031278 A JP S6031278A JP 58139425 A JP58139425 A JP 58139425A JP 13942583 A JP13942583 A JP 13942583A JP S6031278 A JPS6031278 A JP S6031278A
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JP
Japan
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substrate
concentration
conductivity type
impurity
region
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JP58139425A
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English (en)
Inventor
Toru Kaga
徹 加賀
Takaaki Hagiwara
萩原 隆旦
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor 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
    • H01L29/08Semiconductor 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 carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、MIS型半導体装置に係り、特に拡散層下の
基板不純物濃度が他の領域より低い故知1単位面積当り
の空乏層容量が従来の同種の半導体装置に比べて小さく
した半導体装置とその製造方法に関する。
〔発明の背景〕
一般にMISトランジスタの拡散層と基板の間の単位面
積当りの空乏理容tcは、素電荷91半導体基板の誘電
率ε、基板濃度N11% ビルトインポテンシャルvb
;、基板に対する拡散層電位v1ボルツマン定数に1半
導体基板の絶対温度Tを用いると、概ね C−斤(’Vbi =l:V−2に’l’/q) −2
・目利・・111(ここで+は逆バイアス、−は順バイ
アスの場合)で表わすことができる。ところで従来より
トランジスタ等の半導体装置が微細化するに伴って基板
半導体不純物一度N++が増大しておシ、これによって
(1)式からも明らかな様に空乏層容tcが増大する傾
向にあった。この空乏層容略の増大は、拡散層抵抗Rと
の債である時定数 τ=RC・・・・・・・・・(2) の増大につながり、次第に信号遅延への影響が大きくな
るという欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、拡散層と基板間空乏層容覇を低減し、
結果的に拡散I慴部分における信号の遅延の少ない半導
体装置及びその製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
拡散層と基板間空乏層客用を低減するKは、(I)式か
ら明らかな様に基板濃度Nsを小さくすることが最も効
果が犬きho一方、MIS)ランジスタのゲート下の基
板濃度かまソース−ドレーン間のパンチスルーを防ぐ為
Khまシ小さく出来ない。
そこで、本発明の半導体装置はゲート下の基板濃度は高
くても、拡散層下の空乏層領域となり得る部分の基板濃
度が低い構造が好適であると結論された。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を第1及び第2図により説明する
第1図はソース又はドレーン拡散層下の基板濃度がゲー
ト下に比べ実効的に低濃度になることをねらったプロセ
スの一例である。ここではフィールド酸化膜2形成後か
らソース又はドレーン拡散層形成までを示している。ま
ず、本例ではp型(100)面1×1011cm−3の
SL基板1上に厚さ約100人の酸化膜3を熱酸化法を
用いて形成した後、厚さ約3500人の多結晶シリコン
4を低圧CVD法によって形成する。次にリンデボを行
い、ゲートを低抵抗化した後、低圧CVD法によシ厚さ
約2000AO8IsN45を形成する。次にホトレジ
スト塗布、感光、現像の後、レジストをマスクにしてド
ライエツチングを行い、5iJN4及び多結晶シリコン
金エツチングし、レジストヲ除去したものが(a)であ
る。次に将来ソース又はドレーン等の拡散層となる領域
の半導体表面の酸化膜を除去した後、ウェット酸化膜t
riHz Ox酸化法を用いて約200人の酸化膜を形
成した後、3回のAs+イオン打ち込みを行う。1回目
6は、40keV、lXl0IIlc1n−’であり、
ソース又はドレーン拡散層を形成する為のもの、2回目
及び3回目7は各々270 keV + 9 X 10
 ” ctn−2+600 k e V、 1.6 X
 10+2cm−”の高エネルギーイオン打ち込みであ
り、ソース又はドレーン拡散層下の基板濃度を実効的に
低減させることを目的としている。ここでイオン打ち込
みの願、affi変えることは本構造実現の上で本ll
的な問題点とはならない。また、多結晶シリコン上のS
I3N4 は高エネルギーイオン打ぢ込みのマスク材と
して用いたものである為、このイオンインプラのマスク
として使える他の物質、例えはレジスト、あるいは阻止
能の大きなゲート材料等で置き換えることが。
可能である。さて、AS”イオン打ち込み後、インプラ
後洗浄、N2アニール、513N4 除去、ウェット酸
化後、(d)のデバイス構造が出来る。ここで8はソー
ス又はドレーン拡散層領域、net実質的な基板濃度が
バルク中より低い領域である。次に、この完成後の不純
物プロファイルをSUP几EMModeJs )を用い
てシミュレートした結果を第2図に示す。図は横軸がs
i基板表面からの深さ、縦軸が不純物濃度金示している
。p型基板中に予めドープされていたBのエエは表面近
傍を除きほぼ一様の分布になっている。12Viソース
又はドレーン拡散層である。13は接合、14は接合よ
シ深い領域に形成さnたAsのプロファイルを示してい
る。15は従来構造のAsの分布を示す。
さて、この14により、接合部より深い領域0.1〜0
.45μmの巾0.35μmにわたって実効的な基板濃
度、すなわちB!!度からAs濃度を引いた値は2〜5
 ×10 ”cln−”となり、B濃度に比べ2割〜5
割に減少できている。この部分の実効的な基板濃度を4
 X 10 ′6m−’、拡散層−基板間逆バイアスI
Vの条件で空乏近似を用いて単位面積当りの空乏層容量
Cを計算する。Cは次式で表わされる。
ここでqは素電荷、εは半導体基板の誘電率、NIIは
基板不純物濃度、VbI(1′;J:ビルトインポテン
シャル、kはボルツマン定数、Tは半導体基板の絶対温
度である。本例の場合はq = 1.60 xio”c
g =11.9X8.85X10”C−V−’−n戸、
Na=4XI Q”m−” 、 Vbi 〜0.95V
、 k=1.38X10−”J−に−1、T=3001
(’e用いて計算するとC1〜4.2X10−’ F/
m2が得られる。ちなみに、空乏〕脩幅WD は、約0.26μmである。一方、本特許を使用しない
従来構造の場合には、Nm = I X 10”m−’
 。
vb+〜0.98Vを用いて計算すると、02〜6.6
X 10 ”’ F/m”である。以上の結果、CIは
C2の64%程度となると予想される。
第1図に示したプロセスに基づいてn * p接合ダイ
オードを試作しnI p間道バイアスIVで空乏層容量
を測定したところ、500μn1口のダイオードでC1
〜3.7X10−’F/m’が得られた。一方同時に試
作した従来構造のダイオード−’CnC2〜5.9 X
 10−’F/In”であり、CIはC2の約63%と
なった。
以上述べた様に、本実施例によれば、ソース。
ドレーンあるいはこれと同時に形成される拡散層と基板
間の空乏層容量が軽減された。
次に第2の実施例金第3図を用いて説明する。
これは、基板表面にB(16)が導入された以外は基本
的に第1図(d)と同じMIS型電界効果トランジスタ
であり、エンハンスメント21[MIS)ランジスタと
してしばしば形成されるものに、本発明を適用したもの
である。形成プロセスは、16を形成する為のBのイオ
ン打ち込みが第1図のゲート酸化前後で行われている点
をのぞけば、第1図と同様である。Bのドーズ…、け、
2×1012on ”” 、加速エネルギーは40ke
V%A8のインプラは3回行−pており、各々l X 
10 ”cm−”、40keVと2 X 10 ”an
−’、230keV及び2 X 10 ”cm−”、5
50keVである。第3図(a)の17−17’の断面
部分の不純物プロファイルを8UPREMを用いてシミ
ュレ−1−t、た結果が第3図(b)である。横nib
は基板表面からの深さ、縦軸は不純物濃度を示している
。18 td J3濃度、19はAs濃度、20はそれ
らの接合である。21で示した領域では基板中に導入さ
れたAsによって実効的な基板濃度がB濃度18の7割
程度以下に減少した領域である。
n + p接合ダイオードを前述のプロセスに基づいて
試作しII ” −p間道バイアスIVで空乏層容量C
3を測定したところ、5oo/In】口のダイオードで
Cs −3,I X 10−’F/m’が得られた。
一方同時に試作した従来構造のダイオード(23゜ke
v及び550keVのASSイオン石込みを行なわない
以外は前記と同じプロセスを経たもの)では同じ測定条
Vトで空乏層容量C4〜7.6X10−’F/m’であ
り、C3はC4の約40チの値となり低容量化が達成さ
れた。
以上述べた同はウェル中にMIS型電界効果トランジス
タが形成された場合であっても同様の効果が得られるこ
とは明らかである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ソース、ドレーン又は配線としての拡
散層下の基板不純物の実効的な濃度、すなわち基板バル
クの第1の導電型の不純物濃度からこれと反対導電型の
不純物濃度を引いた濃度を従来より低減できるため、該
拡散層と基板間の空乏層容量を低減できるので、拡散層
部分における信号遅延を軽減する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用した半導体装置の断面図を示して
いる。第2図は第1図の10−10’断面の不純物分布
である。第3図(a)はエンハ/スメ/)WMIS)ラ
ンジスタに本発明を適用し実施例の断面図であり、(b
)はその17−17’断面の不純物分布である。 ■・・・p型Si基板、2・・・フィールド酸化1摸、
3・・・ゲート酸化膜、4・・・ポリSiゲート、5・
・・S I a N4.6・・・Asインプラ層、7・
・・Asインプラ層、8・・・As拡散層、9・・・基
板B171度より低い濃度のAsインプラ&拡散部分、
11・・・基板Be度、12・・・As拡拡散前部濃度
13・・・p−n接合、14・・・As濃度、15・・
・従来構造の場合のAs濃度、16・・・Bイオン打ち
込み及び拡散部分、18・・・B濃度、19・・・As
濃度、20・・・p−【1接合、21・・・実効的なp
型不純物濃度がバルク中のp型不純第 ノ F≧[J (α) (C,) <d、) 51δ500693 MIS型′#=4体撓直反び¥の製造力沫第 2 圀 /I 粁 ニ ′岬1c 咳 ζ 0

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の導電型の不純物を有する半導体基板表面に第
    1の導電型とは反対導電型である第2の導電型の第1不
    純物領域を有し、該第1不純物領域の直下に、拡散又は
    イオン打ち込みによって形成した第2導電型の不純物を
    含む第2の領域を有し、該第2不純物領域の任意の部分
    の第2導覗型の不純物濃度が、該部分の第1導電型の不
    純物製置より高くないことを特徴とするMIS型半導体
    装置。 2、第1の導電型の半導体基板の所望領域上にゲート酸
    化膜を介して電極を形成する第1の工程と、前記電極の
    形成領域に隣接する領域の表面部分に前記第1の導電型
    とは反対導電型である第2の導電型の第1不純物領域を
    形成する第2の工程と、該第1の工程に用いたマスクが
    少なくとも一層以上存在する状態で第2の導電型の不純
    物のイオン打ち込みを行なう工程を含み、前記第1不純
    物領域の直下に第1の導電型の不純物濃度より第2の導
    電型の不純物濃度が低い第2不純物領域を形成する第3
    の工程を含むMIS型半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62141778A (ja) * 1985-12-16 1987-06-25 Toshiba Corp 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ及びその製造方法
EP0359530A2 (en) * 1988-09-15 1990-03-21 Advanced Micro Devices, Inc. Capacitive reduction of junctions in a semiconductor device
US6163057A (en) * 1994-08-17 2000-12-19 Nec Corporation Field effect transistor with improved source/drain diffusion regions having an extremely small capacitance

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