JPS61177769A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61177769A
JPS61177769A JP60016508A JP1650885A JPS61177769A JP S61177769 A JPS61177769 A JP S61177769A JP 60016508 A JP60016508 A JP 60016508A JP 1650885 A JP1650885 A JP 1650885A JP S61177769 A JPS61177769 A JP S61177769A
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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】 〔技術分野〕 本発明はホットキャリヤ対策と静電破壊対策を施した半
導体装置に関し、特に内部回路にLDD(L ight
ly  Doped  Drain  )構造のMOS
型電界効果トランジスタを有する半導体装置及びその製
造方法に関するものである。
〔背景技術〕
最近のMOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)
を用いた半導体装置、特に微細化を図った半導体装置で
は、いわゆるホットキャリヤの発生を防止するためにソ
ース・ドレインにLDD構造をもちいている。このLD
D構造はゲートに対してオフセット形成された高濃度領
域と、これとゲート間に設けた低濃度領域とでソース・
ドレイン領域を構成するもので、このオフセットの領域
によってドレイン端のチャネル方向電界が緩和されてホ
ットキャリヤの発生が抑制され、ホットキャリアによる
素子特性劣化に対する信頗性の向上を図ることができる
。前記オフセット領域は例えばNチャネルMO3FET
 (NMO3FET)の場合、1913cm−”程度の
リン(P)を用いた濃度とし、その長さは0.2〜0.
4μmである。なお、LDDについては、P:  J、
Tsang他、IEEETransactions o
n electron devices+Vo1. E
 D−29,NO,4,P590 (19B2)に記載
されている。
ところで、このLDD構造を用いて本発明者がD −R
AM (Dynamic −RAM)等を構成したとこ
ろ、半導体装置として必要な電界耐圧が得られるものの
入出力回路における静電破壊耐圧に難点のあることが判
明した。すなわち、LDD構造の素子を入出力回路のよ
うに外部からの静電エネルギが直接的に印加される部位
の素子、特に、入力保護素子として利用した場合には、
比較的に話手さい静電エネルギによってもゲート絶縁膜
破壊が生じることが明らかとなった。この原因としては
入力保護素子の導通する電圧がオフセラ)I域と下させ
るためと考えられる。
このため、本発明者は、検討を重ねた結果、入出力回路
用のMOSFETのソース・ドレイン領域を、ホットキ
ャリヤの防止に関しては砒素(AS)のみで構成するよ
りもなリン(P)で構成する方が有効であること、さら
に単にLDD構造に用いているリンをそのまま利用する
のみでは濃度が充分ではないことを発見した。また、形
成時においても単に高濃度のリン領域を通常の方法で形
成するのみでは拡散速度の大きいリンのためにゲート下
のチャネル長(ゲート実効長)が小さくなり、これに対
処すればゲート長が大になって半導体装置の微細化に逆
行することがわかった。勿論、ソース・ドレイン領域に
砒素のみを用いた構成ではホットキャリヤによるドレイ
ン耐圧が低下されることは前述のとおりである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は内部回路にLDD構造のMOSFETを
用いる半導体装置における入出力回路のMOS F E
Tの静電破壊耐圧を向上することのできる半導体装置を
提供することにある。
また、本発明の他の目的は静電破壊耐圧を向上する一方
で、ホットキャリヤ耐圧の低下を生じることのない半導
体装置を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的はソース・ドレイン領域の抵
抗を増大することなく素子の動作の高速化を図ることの
できる半導体装置を提供することにある。
また、他の目的はこれまでのLDD構造の半導体装置の
製造工程を大幅に変更することなく容易に前述の各半導
体装置を製造することのできる半導体装置の製造方法を
提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、内部回路にLDD構造のMOSFETを用い
た半導体装置の入出力回路を、ソース・ドレイン領域に
高濃度のリンをドープさせた構造のMOSFETで構成
することにより、静電破壊耐圧の向上を図り、一方では
ホットキャリヤ耐圧の低下の防止を図るものである。
さらに、半導体装置の製造に際しては、ゲート両側に形
成したサイドウオールを利用しての高濃度リンのドープ
(イオン打ち込み、拡散)工程により、リンの拡散速度
が大きいのにもかかわらずゲートとの重なりの小さいソ
ース・ドレイン領域を構成できる。
また、このサイドウオールには内部回路のLDD構造を
形成する際の工程をそのまま利用でき、工程数の大幅増
加を生ずることもない。
〔実施例1〕 第1図は本発明を0MO3構成の半導体装置、たとえば
D−RAMに用いた実施例を示し、その入出力回路1と
、メモリセル以外の内部回路2の夫々の断面構成を示し
ている。
すなわち、P型シリコン基板10には入出力回路1の素
子としてNMO3FETIIを形成し、おなじく基板1
0およびこれに設けたN型ウェル14には夫々内部回路
2の素子としてNMOS FE712とPMO3FE7
13を形成しており、夫々は素子分離絶縁膜(SiO2
)15によって互いに絶縁されている。
前記NMO3FETIIはゲート絶縁膜(SiOf)1
6上に形成した多結晶シリコンからなるゲート17と、
前記基板10の主面に設けたソース・ドレイン領域とし
てのN型領域18.18とで構成している。前記ゲート
17は両側に低圧CVD法にて形成したS i Ozか
らなるサイドウオール22を有する。ここで、このN型
領域18゜18は、低濃度にリンをドープした領域(低
濃度リン領域)19と高濃度にリンをドープした領域(
高濃度リン領域)20で構成している。本例の場合、各
リン領域19.20の濃度は夫々101″cm−”(約
I X 10”cm−’)以下、1〜10×IQ”cm
−”となっている。特に、リン領域20は1〜20X1
0”cm−”又はそれ以上の濃度とされる。このように
高濃度のリン領域をソース・ドレイン領域としても、後
述するようにホットキャリアの発生は少なく、かつ静電
破壊に対する強度が増すことを、本発明者は確認してい
る。また、夫々が基板10と作る接合の深さは0.2μ
m、0.5μmとしている。なお、高濃度リン領域20
の内端はゲート17の両端下位置まで拡散し、低濃度リ
ン領域19を含んだ形になっている。
一方、前記NMO3FET12は同様にゲート絶縁膜1
6上の多結晶シリコンからなるゲート23と、ソース・
ドレイン領域としてのN型領域24.24とで構成して
いる。前記ゲート230両側にはサイドウオール25を
形成し、N型領域24.24は低濃度リン領域26と高
濃度の砒素をドープした領域(砒素領域)27とで構成
している。特に砒素領域27はサイドウオール25によ
ってゲート23に対してオフセット構造とし、低濃度リ
ン領域26はサイドウオール25下の基板10内に形成
していわゆるLDD構造となっている。低濃度リン領域
26の濃度は10”cm−”(約I X 10”cm−
’)以下、砒素領域27は5〜1ox 10”cm−2
(1〜4 X I Q20cm−”)であり、夫々の基
板10と作る接合の深さは夫々0.2 μm  、 0
.2〜0.3 μmである。
さらに、前記PMO3FET13は同様にゲート絶縁膜
16上のゲート28と、N型ウェル14に形成したソー
ス・ドレイン領域としてのP壁領域29.29とで構成
している。本例ではこの2MO3FET13はLDD構
成とはなっていない。
このP壁領域29.29はボロンをドープしておりその
濃度は5 X 10 ”c m−”程度である。
しかる上で、前記各ソース・ドレイン領域18゜24.
29およびゲート17.23.28の表面には白金又は
高融点金属のシリサイド層33,34を形成している。
図中、31はPSG等の眉間夫々、入出力回路1の例を
示す。第5図および第6図よりわかるように、入出力回
路1はポンディングパッドBPに接続された回路である
。MMO3F E T QNI −QN3がNMOSF
ETIIと、PMO3FETQ□、Q□が2MO3FE
T13と、夫々同一の構造とされる。また、内部回路2
は、入出力回路1とメモリセルを除いた部分すなわち、
デコーダ、センスアンプ、メインアンプ、各種の信号発
生回路等の回路を含む。    ゛なお、本実施例では
、メモリセルのNMOS FETはNMO3FET12
と同一の構造としている。
したがって、この構成によれば内部回路2におけるNM
O3FET12にあっては、N型領域24は砒素領域2
7と低濃度リン領域26とでLDD構造としているため
、ゲート23とソース・ドレイン領域(N型領域)24
との電界を緩和してホットキャリヤの発生を抑制し、し
きい値電圧の変動を防止して内部回路2における特性の
信頼性が低濃度リン領域19を含む高濃度リン領域20
で構成されているため、この高濃度リン領域20の作用
によってゲート、ドレイン間の静電破壊に対する耐圧を
向上することができる。
また、ソース・ドレイン領域18を高濃度化することに
より電界強度が高くはなるが、不純物がリンであること
から濃度勾配が緩やかなので砒素のときのようなホット
キャリヤの発生はなく、ホットキャリヤ耐圧を低下させ
ることは少ない。もちろん、入出力回路では素子サイズ
と印加される電圧との関係でホットキャリヤの影響はも
とより少ない。
さらに、シリサイド層33を用いることにより、不純物
にリンを用いても半導体領域18の抵抗の〆□・ 低減を図り、高速化を図ることができる。
次に以上の構成の半導体装置の製造方法を第2図(A)
〜(G)を用いて説明する。
先ず、同図(A)のようにP型シリコン基板10にN型
ウェル14を形成し、素子分離絶縁膜(フィールド絶縁
膜)15とゲート絶縁膜16を形成した上で、多結晶シ
リコンを堆積しかつこれをパターニングして各MO3F
ETII、12.13のゲー)17,23.28を形成
する。これらゲートはD−RAMの場合には第2多結晶
シリコン層で形成することはいうまでもない。
次いで同図(B)のようにPMO5FET13部をフォ
トレジスト膜40でマスクした上で全面に低濃度(10
13cm−”以下)のリンをイオン打ち込みしゲート1
7.23をマスクとして用いた壱ルファライン法によっ
て低濃度イオン打ち込み層41を形成する。なお、この
とき、フォトレジスト膜40でNMO3FETI 1を
覆い、NMOSFETIIのソース・ドレイン領域にリ
ンが導入されないようにしてもよい。
−1で、フォトレジスト膜40の除去後、これ−をアニ
ールすることによりNMO3FETI 1゜IE)法に
よってエツチングすることにより同図(D)のように各
ゲート17,23.28の両側に夫々サイドウオール2
2,25.30を形成する。
次いで同図(E)のように内部回路2、すなわちNMO
SFET12部およびPMO5FET13部をフォトレ
ジスト膜43でマスクした上で、高濃度(1〜10 X
 10”cm−”)のリンをイオン打ち込みし、ゲート
17とサイドウオール22を用いたセルファライン法に
よって、高濃度リンのイオン打ち込み層44を形成する
そしてフォトレジスト膜43除去後これをアニールする
ことにより、同図(F)のように前記低濃度リン領域1
9を含む高濃度リン領域20からなるソース・ドレイン
領域18を構成する。
しかる上で、同図(F)のようにPMO3FE13や入
出力回路1をフォトレジスト膜45でマスクし砒素を濃
度(5〜10 X 10”cm−”)でイオン打ち込み
し、NMOSFET12に砒素イオン打ち込み層46を
形成する。
そしてフォトレジスト膜45の除去後これをアニールす
ることにより同図(G)のように砒素領域27を形成し
、内部回路2のNMOSFET12のソース・ドレイン
領域24をLDD構造として完成する。
次いで同図(G)のように、NMOSFET11.12
をフォトレジスト膜47でマスクし、ボロン(B)を濃
度5 x l ’Q ”c m−”でイオン打ち込みし
てボロン打ち込み層を形成する。フオトレ、ユ、膜4□
除去よ。□ア=−t、1−4zよッよひソース・ドレイ
ン領域としてのP壁領域29を形成する。その後、ソー
ス・ドレイン領域上の絶縁膜16を除去後全面にモリブ
デン(MO)等の金属膜を形成しかつこれを熱処理して
シリサイド化し、反応しない部分を除去することにより
シリサイド層33.34が形成される。
以下、常法により、層間絶縁膜31、アルミニウム配v
A32を形成することにより第1図の半導体装置を完成
できる。
したがって、この方法では従来のLDD構造の半導体装
置の製造工程に対して、第2図(E)に示すフォトレジ
スト膜43のマスキング工程と高濃度リンのドーピング
工程を付設するだけで第1図の半導体装置を容易に形成
することができる。
また、高濃度リン領域20の形成に際しては、サイドウ
オール22を利用しているので、高濃度リン領域20を
必要な深さにでき、またチャネル長を必要な長さに容易
に形成できゲートの大型化を招くこともなく微細化に有
効となる。
〔実施例2〕 第3図は本発明の他の実施例を示すもので、図中第1図
と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
本例では入出力回路1のNMO3FETI IAのソー
ス・ドレイン領域としてのN型領域18Aを低濃度リン
領域19と、これを大略含むように形成した高濃度リン
領域20と、この表面側にこれよりも浅くかつゲートに
対してオフセットして形成した砒素領域21とで構成し
ている。各リン領域19.20の濃度は前例と同じであ
り砒素領域21の濃度は内部回路2のNMOSFET1
2の砒素領域27と同じである。また各領域19゜20
.21の深さは0.2 ttm、 0.5 μm、0.
2〜0.3μmである。
この半導体装置の製造方法は前例の第2図(A)〜(E
)までは全く同じであり、以下第4図(A)のように内
部回路2のPMO3FET12のみにフォトレジスト5
0のマスクを形成した上で砒素を濃度5〜10 X 1
0”cm−”でイオン打ち込みして、NMOSFET1
2A、12の両方に砒素イオン打ち込み層51を形成し
、かつこれをアニールすれば夫々オフセットされた砒素
領域21゜27を形成でき、これによりNMOSFET
11Aでは前述のソース・ドレイン領域18Aの構成が
得られ、NMOSFET12ではLDD構造が得られる
次に同図(B)のようにフォトレジスト膜52を用いて
両MO3FETIIA、12をマスクし必要によりサイ
ドウオール30をエツチング除去した上でボロンをイオ
ン打ち込みする。その後これをアニールしてソース・ド
レイン領域29が形成される。
以下、層間絶縁膜31及びアルミニウム配線32を形成
すれば、第3図の半導体装置が完成される。
本例によれば、内部回路2のNMO3FETI2は前例
と同様にLDD構成とされ、ホットキャリヤ耐圧が向上
される。一方、入出力回路1のNMO3FETIIAで
は、ソース・ドレイン領域18Aの主体はゲート17の
両端にまで延設された高濃度リン領域20であることか
ら、静電破壊耐圧を向上することができる。また、高不
純物濃度ではあってもリンを用いているのでホットキャ
リヤ耐圧の低下を抑制できる。
さらに、ソース・ドレイン領域18A内にゲートからオ
フセットされた砒素領域21を有することにより、高濃
度リン領域20のゲート17との重なりを前例よりも小
さくすることが可能となり、接合容量の低減を図って相
互コンダクタンスを向上できる。もちろん砒素領域21
による低抵抗化により動作の高速化を図ることもできる
なお、高濃度リン領域20がゲート17の両側に到達し
ない場合にも、先に形成している低濃度リン領域19は
ゲート17を利用して形成して確実にゲート下にまで延
設しているので、MO3構造が損なわれることはない。
〔効果〕
(1)内部回路にLDD構造のMOS F ETを用い
た半導体装置の入出力回路に用いるMOSFETのソー
ス・ドレイン領域を高濃度のリンをドープさせた構成に
しているので、リンによる静電破壊耐圧の向上を達成で
きる。
(2)高濃度のリンでソース・ドレイン領域を構成して
いるので、不純物濃度が高いのにもかかわらず濃度勾配
が緩くホットキャリヤの発生を抑制できホットキャリヤ
耐圧を向上できる。
(3)リンの濃度を1〜20XI Q”cm−”と高い
濃度にしたので、ホットキャリアの発生を抑制でき、か
つ静電破壊耐圧を向上できる。
(4)高濃度リンからなる領域を入出力回路のみとし、
他はLDD構造としているので、基板とリン領域との接
合容量増によってもrc全全体じての動作速度の低下が
ない。
(5)ソース・ドレイン領域に砒素領域を形成している
ので、抵抗を低渡し、高速化を達成することができる。
(6)ソース・ドレイン領域にシリサイド層を形成して
いるので、抵抗を低減し、高速化を達成できる。
(7)ソース・ドレイン領域にオフセントした砒素領域
を形成しているので、リン領域とゲートとの重なりを小
さくでき、接合容量を低減して相互コンダクタンスを向
上できる。
(8)ゲートと高濃度リン領域との重なりを小さくでき
るので、実効ゲート長に対するゲート長を小さくし素子
の微細化に有効となる。
(9)少なくとも内部回路をマスクした状態で、ゲート
のサイドウオールを利用して高濃度リンのドープを行い
かつその後に少なくとも内部回路にサイドウオールを利
用して砒素のドープを行うことにより、内部回路ではL
DD構造を、入出力回路では高濃度リンのソース・ドレ
イン領域を夫々形成でき、これまでの製造工程にマスク
工程と高濃度リンのドープ工程を付加することにより容
易に製造を行うことができる。
(10)先に低濃度のリンのドープを行っているので、
高濃度リンのドープに際し、特に砒素領域を有する構成
のものでは高濃度リンの拡散が不十分な場合でもMO3
構造が損なわれることはない。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、リン濃度や
砒素濃度等は適宜に変更できる。また、CMO3以外に
適用する際にはマスクに関する工程は一部変更されるこ
とになる。
本発明は、特に、電源電位の印加されるポンディングパ
ッド以外すなわち入力または出力信号の印加されるボン
ディングパラYに、そのドレインが接続されたMOSF
ETすなわちQ□およびQN2に対して有効である。入
力または出力信号の印加されるポンディングパッドに接
続された回路で、静電破壊が生じ易いからである。
したがって、第5図のM OS F E T Q Nz
はMO3FETIIと同一構造としなくても良い。逆に
、M OS F E T QNI、 QMxのつ(るイ
ンバータINV、、INV!に接続される回路を構成す
るMOSFETに本発明を適用することもできる。さら
に、M OS F E T QNIまたはQN3のドレ
インのみを本発明に従う構造とすることも可能である。
[利用分野] 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるCMOS型の半導体
装置に適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、たとえば内部回路にLDD構造のM
OSFETを有するものであればDRAM以外のメモリ
ICはもとより論理ICにも適用でき、さらにCMO3
ICに躍らずNMO3ICにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、 第2図(A)〜(G、)はその製造工程を示す断面図、 第3図は本発明の他の実施例の断面図、第4図(A)、
(B)はその製造工程の一部を示す断面図、 第5図および第6図は本発明の適用される入出力回路の
例を示す回路図である。 1・・・入出力回路、2・・・内部回路、10・・・シ
リコン基板、11.11A・・・NMO3FET、12
・・・NMO3FET、13・・・PMO3FET、1
4・・・N型ウェル、17・・・ゲート、1B、18A
・・・ソース・ドレイン領域、19・・・低濃度リン領
域、20・・・高濃度リン領域、21・・・砒素領域、
22・・・サイドウオール23・・・ゲート、24・・
・ソース・ドレイン領域、25・・・サイドウオール、
26・・・低濃度リン領域、27・・・砒素領域、28
・・・ゲート、29・・・ソース・ドレイン領域、31
・・・層間絶縁膜、32・・・アルミニウム配線、40
・・・フォトレジスト膜、42”CVD5iOz 、4
3.45.47.50゜52・・・フォトレジスト膜、
Q□l  QN□、Q■・・・NM OS F E T
、Qp+、  Qpz・・・PMO3FET、BP・・
・ポンディングパッド、R・・・入力保護抵抗、INV
・・・インバータ。 第  5  図 第  6  図 OujrD) 手続補正書(方式) 事件の表示 昭和60年特許願第 16508  号発明の名称 半導体装置およびその製造方法 補正をする者 ・1噂と1係 特許出願人 名  称   (5101株式会社  日  立 製 
作 所代   理   人 図面 補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、内部回路にLDD構造の第1のMOS型電界効果ト
    ランジスタを使用してなる半導体装置であって、その入
    出力回路の第2のMOS型電界効果トランジスタのソー
    ス・ドレイン領域を高濃度のリンをドープした領域で構
    成したことを特徴とする半導体装置。 2、リンをドープした領域のリン濃度が1〜20×10
    ^1^9cm^−^3またはそれ以上であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 3、第2のMOS型電界効果トランジスタのソース・ド
    レイン領域を高濃度のリンをドープした領域と、これに
    大略含まれる低濃度のリンをドープした領域とで構成し
    てなる特許請求の範囲第1項または第2項記載の半導体
    装置。 4、ソース・ドレイン領域表面に金属シリサイド層を形
    成してなる特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれ
    かに記載の半導体装置。 5、内部回路にLDD構造のMOS型電界効果トランジ
    スタを使用してなる半導体装置であって、その入出力回
    路のMOS型電界効果トランジスタのソース・ドレイン
    領域を高濃度のリンをドープした領域と、その表面側に
    在ってオフセット配置された砒素をドープした領域とで
    構成したことを特徴とする半導体装置。 6、高濃度のリンをドープした領域には大略これに含ま
    れる低濃度のリンをドープしてなる特許請求の範囲第5
    項記載の半導体装置。 7、ソース・ドレイン領域とゲートとの重なりを極力小
    さくしてなる特許請求の範囲第5項または第6項記載の
    半導体装置。 8、砒素をドープした領域は高濃度のリンをドープした
    領域よりも浅く形成してなる特許請求の範囲第5項ない
    し第7項のいずれかに記載の半導体装置。 9、内部回路と入出力回路を備える半導体装置の製造方
    法であって、そのソース・ドレイン領域の形成に際し、
    ゲートを利用したセルフアライン法によって低濃度のリ
    ンをドープさせる工程と、少なくとも内部回路をマスク
    した上でゲートの両側にサイドウォールを形成して高濃
    度のリンをドープさせる工程と、少なくとも内部回路に
    はサイドウォールを利用して砒素をドープさせる工程と
    を供えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 10、入出力回路をマスクして砒素のドープを行ってな
    る特許請求の範囲第9項記載の半導体装置の製造方法。 11、高濃度のリン領域の形成はその内端がゲート両端
    部に重なるようコントロールしてなる特許請求の範囲第
    9項または第10項記載の半導体装置の製造方法。 12、内部回路および入出力回路に砒素をドープさせて
    なる特許請求の範囲第9項記載の半導体装置の製造方法
    。 13、高濃度のリン領域の形成はその内端がゲート両端
    部に達し得るようにコントロールしてなる特許請求の範
    囲第12項記載の半導体装置の製造方法。
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