JPS6050960A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPS6050960A JPS6050960A JP15870083A JP15870083A JPS6050960A JP S6050960 A JPS6050960 A JP S6050960A JP 15870083 A JP15870083 A JP 15870083A JP 15870083 A JP15870083 A JP 15870083A JP S6050960 A JPS6050960 A JP S6050960A
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-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor 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
- H01L29/10—Semiconductor 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
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- H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
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- H01L29/105—Channel 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 vertical doping variation
-
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- 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
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- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7838—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate without inversion channel, e.g. buried channel lateral MISFETs, normally-on lateral MISFETs, depletion-mode lateral MISFETs
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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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、埋込みチャネル構造を有するMO8型半導体
装置の改良に関する。
装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点]
近年、集積回路の集積度の増大と共に素子の微細化が1
[μ■〕程度まで進行しで、いる。第1門は〜10S型
半導体集積回路に用いられるIvl OS1〜ランジス
タの素子構造を示す断面図である。P型基板11の表面
層にN 型のソース・ドレイン12a、12t)が形成
され、ソース・ドレイン12a、12b間のチャネル形
成領域上にはグーt・絶縁膜13を介してグー1〜電換
14が形成されている。このトランジスタでは、ON状
態でチャネル形成領域の表面に表面チャネルが形成され
、電流は基板11の表面を流れる。この構造を微細化し
、しかも素子の正常な動作を維持するためには、基板1
1の不純物濃度を高くしな【プればならない。
[μ■〕程度まで進行しで、いる。第1門は〜10S型
半導体集積回路に用いられるIvl OS1〜ランジス
タの素子構造を示す断面図である。P型基板11の表面
層にN 型のソース・ドレイン12a、12t)が形成
され、ソース・ドレイン12a、12b間のチャネル形
成領域上にはグーt・絶縁膜13を介してグー1〜電換
14が形成されている。このトランジスタでは、ON状
態でチャネル形成領域の表面に表面チャネルが形成され
、電流は基板11の表面を流れる。この構造を微細化し
、しかも素子の正常な動作を維持するためには、基板1
1の不純物濃度を高くしな【プればならない。
ところが、基板11の不純物濃度を高くすると素子の耐
圧が低下し、ホラ1−キャリアの注入も激しく起こるよ
うになり素子特性の劣化を招く。さらに、表面散乱でキ
ャリアのモビリティが低下し、基板の不純物濃度の増大
によってモビリティの低下はさらに著しくなる。
圧が低下し、ホラ1−キャリアの注入も激しく起こるよ
うになり素子特性の劣化を招く。さらに、表面散乱でキ
ャリアのモビリティが低下し、基板の不純物濃度の増大
によってモビリティの低下はさらに著しくなる。
このような素子の微細化に係わる問題点を解決する素子
どして、最近埋込みチャネル構造型のMOS l〜ラン
ジスタが提案された。例えば、文献(I E E E
T ransaction on E Iectron
[)evices、 vol 、 E D−27,N
O8、Au011st 1514〜1520頁、 1
917年)。第2図はこの埋込みチャネル構造型のM
OS 、t−ランジスタの素子構造を示す断面図である
。P型基板21の表面層にソース・ドレイン22a、2
2bが形成され、ソース・トレイン22a、22b間の
チャネル形成領域上にはゲート絶縁膜23を介してグー
(・電極24が形成されている。ここまでは第1図の構
成と同様であり、新たに上記チャネル形成領域にソース
・ドレイン22a、22bの不純物濃度に比して十分低
い濃度のN型半導体層25が形成されている。この構造
では、ON状態で電流の流路となるチャネルはチャネル
形成領域の表面ではなく、N型半導体層25内に形成さ
れる。このようにチャネルが表面より下層に形成される
と、耐圧特性が向上し、またホットキャリアの注入が起
り難くなる。さらに、キャリアが表面散乱の影響を受け
難くなる。以上のように埋込みチャネル型のM OS
l−ランシスタは微細化にうってつけの構造であること
が分る。
どして、最近埋込みチャネル構造型のMOS l〜ラン
ジスタが提案された。例えば、文献(I E E E
T ransaction on E Iectron
[)evices、 vol 、 E D−27,N
O8、Au011st 1514〜1520頁、 1
917年)。第2図はこの埋込みチャネル構造型のM
OS 、t−ランジスタの素子構造を示す断面図である
。P型基板21の表面層にソース・ドレイン22a、2
2bが形成され、ソース・トレイン22a、22b間の
チャネル形成領域上にはゲート絶縁膜23を介してグー
(・電極24が形成されている。ここまでは第1図の構
成と同様であり、新たに上記チャネル形成領域にソース
・ドレイン22a、22bの不純物濃度に比して十分低
い濃度のN型半導体層25が形成されている。この構造
では、ON状態で電流の流路となるチャネルはチャネル
形成領域の表面ではなく、N型半導体層25内に形成さ
れる。このようにチャネルが表面より下層に形成される
と、耐圧特性が向上し、またホットキャリアの注入が起
り難くなる。さらに、キャリアが表面散乱の影響を受け
難くなる。以上のように埋込みチャネル型のM OS
l−ランシスタは微細化にうってつけの構造であること
が分る。
しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。すなわち、上述の論文で解析されているよう
に、確か【こしきい値電圧付近のゲート電圧では埋込み
チャネル型であるが、ゲート電圧が高くなり電m電圧に
近付くにつれて表面チャネル型に移行し、上記の埋込み
チャネル型の利点が消滅してしまう。
があった。すなわち、上述の論文で解析されているよう
に、確か【こしきい値電圧付近のゲート電圧では埋込み
チャネル型であるが、ゲート電圧が高くなり電m電圧に
近付くにつれて表面チャネル型に移行し、上記の埋込み
チャネル型の利点が消滅してしまう。
本発明の目的は、ゲート電圧の高圧化に起因する埋込み
チャネル型MO3l〜ランジスタの表面チャネル型への
移行を防止し、ゲート電圧の全範囲で埋込みチャネル型
で動作させることができ、耐圧の向上、ボッ1〜キA7
リアの注入の低減及びモビリティの増加を維持しくqる
半導体装置を提供することにある。
チャネル型MO3l〜ランジスタの表面チャネル型への
移行を防止し、ゲート電圧の全範囲で埋込みチャネル型
で動作させることができ、耐圧の向上、ボッ1〜キA7
リアの注入の低減及びモビリティの増加を維持しくqる
半導体装置を提供することにある。
(発明の概要)
本発明の骨子は、チャネル形成領域の表面層にソース・
ドレインと逆導電型の半導体層を形成すると共に、この
半導体層と基板との間にソース・トレインと同導電型で
ソース・ドレインよりも不純物濃度の低い半導体層を形
成し、埋込みチャネル型から表面チャネル型l\の移行
を防止することにある。
ドレインと逆導電型の半導体層を形成すると共に、この
半導体層と基板との間にソース・トレインと同導電型で
ソース・ドレインよりも不純物濃度の低い半導体層を形
成し、埋込みチャネル型から表面チャネル型l\の移行
を防止することにある。
前記第2図に示した埋込みチャネル型の動作を詳しく倹
約すると、まずグー1へ電圧がOの場合、N型領域25
はグー1へ電極24との仕事関数差のため空乏化する。
約すると、まずグー1へ電圧がOの場合、N型領域25
はグー1へ電極24との仕事関数差のため空乏化する。
グー(・電圧をしきい値電圧まで増加さゼると、N型領
域25と基板21との境界イ4近にN型のチ17ネルが
発生し電流が流れ始める。
域25と基板21との境界イ4近にN型のチ17ネルが
発生し電流が流れ始める。
すなわち、埋込みチャネルの発生である。さらにゲート
電圧を上げていくと、N型領域25の上層部もN型化し
ついには表面のN型1ヒかN型領域中で最も激しくなり
、チャネルが表面に移行する。
電圧を上げていくと、N型領域25の上層部もN型化し
ついには表面のN型1ヒかN型領域中で最も激しくなり
、チャネルが表面に移行する。
このようなチャネルの表面への移行を防止覆るものとし
て本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、N型領域25の
表面層を予めP型化してお【プばよいことが分った。ま
た、パンチスルー防止のため、N型領域に接する基板の
P型fa域を部分的に不純物濃度を高くする構造が特に
微細化に適していることも判明した。
て本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、N型領域25の
表面層を予めP型化してお【プばよいことが分った。ま
た、パンチスルー防止のため、N型領域に接する基板の
P型fa域を部分的に不純物濃度を高くする構造が特に
微細化に適していることも判明した。
本発明はこのような点に着目し、第1導電型の半導体基
板上に第2導電型のソース・トレーrンを持ち、ソース
・ドレイン間のチャネル形成領域上にゲート絶縁膜を介
してグー1−電極を持つMOS型半導体装置において、
前記チャネル形成領域の表面部に第1導電型の第1半導
体層を形成し、かつその下部に第2導電型の第2半導体
層を形成するようにしたものである。
板上に第2導電型のソース・トレーrンを持ち、ソース
・ドレイン間のチャネル形成領域上にゲート絶縁膜を介
してグー1−電極を持つMOS型半導体装置において、
前記チャネル形成領域の表面部に第1導電型の第1半導
体層を形成し、かつその下部に第2導電型の第2半導体
層を形成するようにしたものである。
また本発明は、上記構造のMOS型半導体装置において
、前記チャネル形成領域の表面部に第1導電型の第1半
導体層を形成づると共に、その下部に第2導電型の第2
半導体層を形成し、かつこの第2半導1本層の下部に前
記基板より不純物濃度の高い第1導電型の第3半導体層
を形成するようにしたものである。
、前記チャネル形成領域の表面部に第1導電型の第1半
導体層を形成づると共に、その下部に第2導電型の第2
半導体層を形成し、かつこの第2半導1本層の下部に前
記基板より不純物濃度の高い第1導電型の第3半導体層
を形成するようにしたものである。
本発明によれば、グーl−電圧の大小に拘らず常に埋込
みチレネル型で動作させることができ、埋込みチャネル
型の利点である耐圧の向上ホットキャリアの注入の低減
及びモビリティの増加を維持することができる。このた
め、MOS型半導体装置の微細化に極めて有効C′ある
。
みチレネル型で動作させることができ、埋込みチャネル
型の利点である耐圧の向上ホットキャリアの注入の低減
及びモビリティの増加を維持することができる。このた
め、MOS型半導体装置の微細化に極めて有効C′ある
。
第3図は本発明の一実施例に係わるMOS l・ランジ
スタの素子構造を示す断面図である。図中31はP型シ
リコン基板であり、この基板31の表面層にはソース・
ドレイン32a、32bが形成され、ソース・ドレイン
32a、32b間のチャネル形成領域上にはゲート電極
33を介してゲ−1−1fft134が形成されている
。ここまでの構成は従来と同様であり、本実施例では新
たにチャネル形成領域にN型半導体層(第1の半導体層
)35及びP型半導体層(第2の半導体層)36が形成
されている。すなわち、ソース・ドレイン32a、32
b間のチャネル形成領域の表面にはP型半導体層36が
形成され、この層36と基板31との間にはソース・ト
レインの不純物濃度より低い不純物濃度のN型半導体層
35が形成さ蛛ている。
スタの素子構造を示す断面図である。図中31はP型シ
リコン基板であり、この基板31の表面層にはソース・
ドレイン32a、32bが形成され、ソース・ドレイン
32a、32b間のチャネル形成領域上にはゲート電極
33を介してゲ−1−1fft134が形成されている
。ここまでの構成は従来と同様であり、本実施例では新
たにチャネル形成領域にN型半導体層(第1の半導体層
)35及びP型半導体層(第2の半導体層)36が形成
されている。すなわち、ソース・ドレイン32a、32
b間のチャネル形成領域の表面にはP型半導体層36が
形成され、この層36と基板31との間にはソース・ト
レインの不純物濃度より低い不純物濃度のN型半導体層
35が形成さ蛛ている。
このような構造であれば、グーl−電圧を高くしてもP
型半導体層36にはN型のチャネルは発生しないので、
ゲート電圧の大小に拘らずチャネルはN型半導体層35
内に封じ込められる。従って、グー1〜電圧の全範囲で
埋込みチVネル型で動作させることができる。このため
、前述した耐圧向上、ホラ1へキャリア注入の低減及び
モビリティの増加等の効果が得られる。
型半導体層36にはN型のチャネルは発生しないので、
ゲート電圧の大小に拘らずチャネルはN型半導体層35
内に封じ込められる。従って、グー1〜電圧の全範囲で
埋込みチVネル型で動作させることができる。このため
、前述した耐圧向上、ホラ1へキャリア注入の低減及び
モビリティの増加等の効果が得られる。
第4図(a)〜(d)は池の実施例に係わるMO3I−
ランジスタ製造工程を示づ断面図である。
ランジスタ製造工程を示づ断面図である。
まず、第4図(a)に示す如く比抵抗5[0cm ]の
N型(100)シリコン基板41に周知の技術を用いて
素子分離用絶縁膜47を形成する。続いて、熱酸化技術
を用いて厚さ300[人コのグー1〜酸化膜43を形成
する。次いで、イオン注入技1イ・iを用い、加速電圧
100[KV]で基板41の表面にヒ素をイオン注入し
、第4図(b)に承り如くN型半導体層(第1の半導体
層)46を形成する。ここで不純物としてヒ素を用いた
理由は、ヒ素の急峻なプロファイルによってチャネルの
表面チャネル化を完全に抑えることにある。続いて、加
速電圧60 [KV]でボロンをイオン注入し、ソース
・ドレインよりも不純物濃度の低いP型半導体層(第2
の半導体層)45を形成覆る。その後、加速電圧250
[KV]でリンをイオン注入し、基板41よりも不純物
濃度の高いN 型半導体層(第3の半導体層)48を形
成覆る。次いで、第4図(C)に示す如く全面にP型番
結晶シリコン膜を被着し、これをパターニングしてゲー
ト電極44を形成する。次いで、第4図(d)に同図(
clの矢視A−A断面を示1如く、イオン注入技術を用
いてソース・ドレイン42a、42bを自己整合的に形
成する。これ以降は、周知の技術を用いて層間絶縁膜及
びアルミニウム配線層を形成することによってMOS
l−ランジスタが完成づることになる。
N型(100)シリコン基板41に周知の技術を用いて
素子分離用絶縁膜47を形成する。続いて、熱酸化技術
を用いて厚さ300[人コのグー1〜酸化膜43を形成
する。次いで、イオン注入技1イ・iを用い、加速電圧
100[KV]で基板41の表面にヒ素をイオン注入し
、第4図(b)に承り如くN型半導体層(第1の半導体
層)46を形成する。ここで不純物としてヒ素を用いた
理由は、ヒ素の急峻なプロファイルによってチャネルの
表面チャネル化を完全に抑えることにある。続いて、加
速電圧60 [KV]でボロンをイオン注入し、ソース
・ドレインよりも不純物濃度の低いP型半導体層(第2
の半導体層)45を形成覆る。その後、加速電圧250
[KV]でリンをイオン注入し、基板41よりも不純物
濃度の高いN 型半導体層(第3の半導体層)48を形
成覆る。次いで、第4図(C)に示す如く全面にP型番
結晶シリコン膜を被着し、これをパターニングしてゲー
ト電極44を形成する。次いで、第4図(d)に同図(
clの矢視A−A断面を示1如く、イオン注入技術を用
いてソース・ドレイン42a、42bを自己整合的に形
成する。これ以降は、周知の技術を用いて層間絶縁膜及
びアルミニウム配線層を形成することによってMOS
l−ランジスタが完成づることになる。
かくして形成されたMOSトランジスタにおいて、ゲー
ト電圧をO[V]から電源電圧の5[V]まで変化させ
てもチャネルを埋込み型に保持することができ、前記第
2図のトランジスタに比べて耐圧、ホットキャリアの注
入及びモビリティについても好結果を得ることができ1
〔。つまり、先に説明した実施例と同様な効果が得られ
る。また、本実施例ではN 型半導体層48を設けてい
るので、パンチスルー防止にも効果がある。
ト電圧をO[V]から電源電圧の5[V]まで変化させ
てもチャネルを埋込み型に保持することができ、前記第
2図のトランジスタに比べて耐圧、ホットキャリアの注
入及びモビリティについても好結果を得ることができ1
〔。つまり、先に説明した実施例と同様な効果が得られ
る。また、本実施例ではN 型半導体層48を設けてい
るので、パンチスルー防止にも効果がある。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前!ic!第1乃至第3の半導体層の膜
厚や不純物!’1度等の条件は、仕様に応じて適宜定め
ればよい。また、本発明でのr M OS Jl!9造
は、ゲート絶縁膜として酸化膜意外の絶縁膜を用いた場
合も含むことは勿論のことである。
ない。例えば、前!ic!第1乃至第3の半導体層の膜
厚や不純物!’1度等の条件は、仕様に応じて適宜定め
ればよい。また、本発明でのr M OS Jl!9造
は、ゲート絶縁膜として酸化膜意外の絶縁膜を用いた場
合も含むことは勿論のことである。
第1図及び第2図はそれぞれ従来例を説明づるためのも
ので第1図は表面チャネル型M OS l−ランジスタ
の素子構造を示す断面図、第2図は埋込みチャネル型M
O8l−ランジスタの素子W4造を示ず断面図、第3図
は本発明の一実施例に係わる埋込みチャネル型のMOS
トランジスタの素子構造を示す断面図、第4図(a)〜
(d)は他の実施例を説明するための工程断面図である
。 31・・・P型シリコン基板、32a、32b・・・N
型ソース・ドレイン、33.43・・・ゲート酸化膜
、34.44・・・グー1−1極、35・・・N型半導
体層(第2の半導体層)、36・・・P型半導体層(第
1の半導体層)、41・・・N型シリコン基板、42a
、42b・・・P 型ソース・トレイン、45・・・P
型半導体層(第2の半導体層)、46・・・N型半導体
層(第1の半導体層)、47・・・素子分離用絶縁膜、
4日・・・N 型半導体層(第3の半導体層)出願人代
理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第4図 J
ので第1図は表面チャネル型M OS l−ランジスタ
の素子構造を示す断面図、第2図は埋込みチャネル型M
O8l−ランジスタの素子W4造を示ず断面図、第3図
は本発明の一実施例に係わる埋込みチャネル型のMOS
トランジスタの素子構造を示す断面図、第4図(a)〜
(d)は他の実施例を説明するための工程断面図である
。 31・・・P型シリコン基板、32a、32b・・・N
型ソース・ドレイン、33.43・・・ゲート酸化膜
、34.44・・・グー1−1極、35・・・N型半導
体層(第2の半導体層)、36・・・P型半導体層(第
1の半導体層)、41・・・N型シリコン基板、42a
、42b・・・P 型ソース・トレイン、45・・・P
型半導体層(第2の半導体層)、46・・・N型半導体
層(第1の半導体層)、47・・・素子分離用絶縁膜、
4日・・・N 型半導体層(第3の半導体層)出願人代
理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第4図 J
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)第1導電型の半導体基板上に第2導電型のソース
・ドレインを持ち、ソース・トレイン間のチャネル形成
領域上にグーi・絶縁膜を介してゲート電極を持つM
OS型半導体装置において、前記チャネル形成領域の表
面部に第1導電型の第1半導体層を形成し、かつその下
部に第2導電型の第2半導体層を形成してなることを特
徴とする半導体装置。 〈2)前記第1導電型はN型、前記第2導電型はP型で
あり、前記第1半導体層は不純物としてヒ素をドーピン
グされたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の半導体装置。 (3)第1導電型の半導体基板上に第2導電型のソース
・ドレインを持ち、ソース・ドレイン間のチャネル形成
領域上にグー1〜絶縁膜を介してグー1−電極を持つM
O8型半噂休装体において、前記チャネル形成領域の表
面部に第1導電型の第′1半導体層を形成すると共に、
その下部に第2導電型の第2半導体層を形成し、かつこ
の第2半導体層の下部に前記基板より不純物)@度の高
い第1s電型の第3半導体層を形成してなることを特徴
とする半導体装置。 (4)前記第1導電型はN型、前記第2導電型はP型で
あり、前記第1半導体層は不純物としてヒ素をドーピン
グされたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
3項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15870083A JPS6050960A (ja) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15870083A JPS6050960A (ja) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6050960A true JPS6050960A (ja) | 1985-03-22 |
Family
ID=15677444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15870083A Pending JPS6050960A (ja) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6050960A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1983
- 1983-08-30 JP JP15870083A patent/JPS6050960A/ja active Pending
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