JPS61226965A - Mos電界効果トランジスタ - Google Patents

Mos電界効果トランジスタ

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JPS61226965A
JPS61226965A JP6645085A JP6645085A JPS61226965A JP S61226965 A JPS61226965 A JP S61226965A JP 6645085 A JP6645085 A JP 6645085A JP 6645085 A JP6645085 A JP 6645085A JP S61226965 A JPS61226965 A JP S61226965A
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JP
Japan
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conductivity type
layers
region
gate
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JP6645085A
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English (en)
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Takashi Azuma
吾妻 孝
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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
    • H01L29/66Types 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
    • H01L29/7836Field 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 a significant overlap between the lightly doped extension and the gate electrode

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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MOS  LSIを構成するMOS電界効果ト
ランジスタに関する。
〔発明の背景〕
MOS  LSIの集積度を高める場合の基本問題の1
つに、その構成要素であるショートチャネルMOS電界
効果トランジスタ(MOS  FET)のドレイン領域
内に形成される高電界をいかにして低減できるかという
ことがある。これは、LSI動作マージンを大きくする
ためにより高い電源電圧を使用する傾向があること、お
よび集積度の向上に伴うショートチャネル化による電界
強度の増大とが2重の圧迫を加えているためである。こ
のドレイン領域の高電界は、経時動作中にいわゆるホッ
トキャリアの発生とそのゲート絶縁膜への注入を生み、
MOS  ITのしきい値電圧vthを劣化させ、回路
動作そのものを不能にする。
この電界強度を低減するため、種々のデバイス構造が提
案されたが、その中でLDI)(Lightlydop
ed drain )構造が最も有望で、種々応用され
ている( r 1982年VLSI技術シンポジウムの
技術論文抄録第42〜43頁J (S、Ogura e
tal、 ”An optimized half m
1cron Deviceusing the dou
bleimplanted lightly dope
dDrain/5ource 5tructure”、
 1982  symposiumon VLSI T
echnology 、 0I80.Digest o
ftechnical papers 、 p 、 4
2−43 、1982) )。
これは、第1図(a)に示すようにP 基板11の表面
に形成したソースまたはドレイン領域を構成するN層1
2がゲート電極13下のグー) 5ins膜14と接す
る面に8層15を配し、サイドウオール5in11層1
6を介して上記N 層12を形成してNNP 接合とし
、8層15をバッファゾーンとしてJl、2接合部の電
界強度を低下させたものである。この場合、電界強度B
 (x)の分布は同図(b)に示すようになる。8層1
5の不純物濃度を低くシ、また幅WNを広くとれば、電
界強度は低くなるが、反面、8層15のオーミック抵抗
が大きくなってMOS  FETのGmを低下させるこ
ととなるため、これらの値は自ら制限される。
また、このLDD構造では図示のように電界強度の最大
値Emaxがゲート端部のJl、2接合部に生ずるが、
ゲート端部ではゲート電極直下のグー)Sins膜14
の断面形状が不規則に変化してい在すると、その局部電
界集中効果はますます助長される。その結果、ゲート端
部における放電現象によるゲート破壊や、ホットキャリ
ア発生によるしきい値電圧vthなどの特性の著しい劣
化を引き起こす。
〔発明の目的〕
本発明の一つの目的は短チャンネル効果を低減したMO
S形電界効果トランジスタを提供することにある。
本発明の他の目的はゲート破壊に対して強いMOS形電
界効果トランジスタを提供することにある。
本発明の他の目的は、LDD構造のMOS FETにお
いて、最大電界強度領域をゲート端部よりグート領域内
部に移行させ、同時にその最大値Emaxを低くしてゲ
ート端部での放電現象によるゲート破壊とホットキャリ
ア効果を低減することにある。
〔発明の概要〕
本発明の一実施例によればドレイン領域のゲート領域に
接する端部を、第1導電形の半導体基板に直接液する第
1の第2導電形層、半導体基板より高濃度の第4導電形
層および第1の第2導電形層より高濃度の第2の第2導
電形層からなる積層構造としたMOS  FETが提供
される。
このような構成によれば、ドレイン電圧が2つのPN接
合に分圧されることにより、ゲート端部の電界強度を低
くすることができる。
〔発明の実施例〕
第2図(a)は本発明の一実施例を示すMOS  EF
Tの要部断面図である。図中第1図(a)と同等部分は
同一記号で示すが、第1図(a)の8層15に1層17
を介在させて、この部分を8層15−1層17−N″″
層18の3層構造にし、かつJl、2PN接合がゲート
端部近傍のJ8.4’BN接合よりもゲート領域内部側
に位置するように配置しである。
上記構成において、ドレインに印加する電圧■を時間と
ともに増加して行くと、まず、第1領域のP−基板11
と第2領域のN一層18との間に電圧が印加され、それ
に伴う空乏層がP 基板11とN一層18とに拡がp、
Jx、f1接合の電界強度が最も高くなる。次に、第3
図のt=t1において、N一層18の空乏層が70−テ
ィング状態の1層17に到達すると、この1層17には
N 層18の空乏層端の電位がトランスファされ、2層
17全域の電位はJl、2接合のそれに近い値となる。
さらに時間が経過すると、その後の電圧はP層17と8
層15の作るJ8,4接合に印加されるようになシ、空
乏層は8層15に拡がる。そして電圧がVccに達する
と、電圧印加領域はサイドウオール8i0z層16直下
のNPN P構造の全域に拡がシ、電界はその最大値領
域Jl、2接合部とJ8,4接合部との間に分布する。
しかし、Jl、2接合におけるEmaxlは、J8,4
におけるBmax2よりも高い。
一方、E(x)の積分値が印加電圧Vccを与えるから
、第1図と比較して明らかなように、本構造のJl、+
1接合におけるEmaxlは、従来構造におけるBma
xよりも低くなる。つまシ、フロー74772層11を
介在させることにより、本実施例ではドレイン電圧Vc
cを、Jx、i接合とJ8,4接合とに分圧し、それぞ
れの電界強度を低く抑えることができる。
ここで、フロー74772層17に接合J1,8の電位
がトランスファする時間tlは、N 層18の不純物濃
度とその厚さXN−または幅WN−の小さい方とで決ま
り、はぼドレイン電圧Vccの1/2程度でこのトラン
スファが起こるように設定すれば、■CCはJl、2接
合とJ8.4接合とにほぼ等分に分圧される。
一方、フロー74772層17の不純物濃度は、N一層
18およびP−基板11よりも高くし、N一層18の空
乏層の到達後に等電位領域となるのを容易ならしめるが
、そのゲートSiO2膜14と接する領域の不純物濃度
はゲート領域のチャネルビー12層19の濃度とほぼ等
しくシ、シきい値電圧vthがフロー74772層17
の存在によって影響されないよ:・うにする。
なお、ロジック回路や、リニアICの構成要素とする場
合には、一般に高電圧が印加されるドレイン領域につい
て上記構成とするのみで十分な効果が得られるが、メモ
リとして使用する場合には、ソース領域、ドレイン領域
は固定されたものでないため、必然的に対称性が要求さ
れる。つまシ、ソース領域も上述した構成とする必要が
ある。この場合、ソース領域ではグー)Sins膜14
に接するN 層18の表面は、正のゲート電圧によつで
強い蓄積状態を呈し、高い伝導率の電子層が形成される
。同様に2層17の表面およびチャネルドープ2層19
表面は反転により伝導率の高い電子層となっておシ、こ
れらの表面はあいまってドレイン電流の通路となる。
次に、第4図を用いて本発明のMOS  FETの具体
的な製造方法の一例を説明する。
まず、通常の方法に従ってP形シリコン基板(P 基板
)21上に〜0,5μm程度の厚みのLOCO85in
lI膜22を形成し、素子間分離を行なう(第4図(a
))。
次に、250〜150八程度のゲートS io2膜23
を成長させた後、ホウ素を導入してチャネルビー12層
24を形成し、さらにリフラクトリ−金属またはそのシ
リサイドによりグート電極25を形成した後、ソース、
ドレイン形成領域にヒ素を打込む。次いで、熱処理を行
なうことにより、上記ヒ素打込みN層をゲート領域内に
幅Wだけ拡散させ、N一層26とする(第4図(b))
引続きN層26よりも高濃度のホウ素打込みにより2層
27を形成し、さらにこの2層27よりも高濃度である
が低エネルギーのヒ素打込みにより浅いN層28を形成
してNPN  構造の基礎を作る(第4図(C))。
次に、減圧CvD(LPCVD)により5102膜を堆
積した後、異方性エツチングによりグート電極25の側
面部のみ残して除去し、サイドウオール8i0+a膜2
9を形成する。次い!、上記NPN−のすべでの層より
も高濃度の〜10 個/d程度のヒ素打込みを行ない、
両サイドウオール5iOi+)。
引続き、インプラ層活性化のだめの熱処理を行なうこと
により、第2図(a)と同様のソース、ドレイン構造を
もったMOS  FF1Tが得られる(第4図(e))
第5図に、第4図(e)のv−v’断面の不純物分布の
一例を、横軸にN層28の表面からの深さXをとって示
す。換言すれば、このような不純物分布が形成されるよ
うに、各層のイオン打込量およびエネルギーを制御する
第5図において、8層28の不純物濃度は、10〜10
  個/i、その厚みは0.2μm前後である。フロー
ティング2層27では、不純物濃度は10 〜10  
個/ triのオーダーとP基板21に比較して高くし
てあり、ゲートSiOzg23に接する表面の濃度は、
図中破線で示したチャネルビー12層24にほぼ等しく
なるようにする。また、その幅は0.2〜0.3μmと
する。これに対し8層26の不純物濃度は10 〜10
  個/ cAのオーダーと8層28に比較して低く設
定し、グー)Sin2膜23に接する表面部では〜10
  個/crIとする。
また幅は0.1〜02μmとする。
以上、PチャネルMOSF’、ETを例に説明したが、
各層の導電形を反対にすることにより、本発明はNチャ
ネルMOSFETにも全く同様に適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、第1導電形の半
導体基板表面に形成したドレイン領域のゲート電極に接
する部分を、半導体基板に直接液する第1の第2導電形
層、半導体基板より高濃度の第1導電形層および第1の
第2導電形層より高濃度の第2の第2導電形層からなる
積層構造としたことにより、従来のLDD構造において
ゲート端部に位置していた最大電界強度領域をゲート領
域内に移行させ、かつその最大値を低くすることができ
、従来LDD構造の難点であったゲート端部での放電現
象によるゲート破壊とホットキャリア効果を低減し、L
DD構造の利点を十分に生かしたすぐれたMOS電界効
果トランジスタを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は従来のMOS電界効果トランジスタの構
成例を示す要部断面図、同図(b)はその電界強度分布
を示す図、第2図(a)は本発明の一実施例を示す要部
断面図、同図(b)はその電界強度分布を示す図、第3
図はドレインへの印加電圧を増加させて行ったときのド
レイン電圧の変化を示す図、第4図(a)〜(e)は本
発明のMOS電界効果トランジスll− タの具体的製造方法の一例を示す工程断面図、第5図は
第4図(e)のv−v’断面の不純物濃度分布を示す図
である。 11.21・拳・・P 基板、12,30Φ・・・N 
層、13.25・・・拳ゲート電極、14231111
1111ゲ一トSing膜、15.28−−・・N層、
17,27・・・・2層、18.26・・・・N層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一導電形の半導体基体、上記基体に設けられた反対
    導電形のソース、ドレイン領域、該ソース、ドレイン領
    域間の上記基体表面上に絶縁膜を介して形成されたゲー
    ト電極、上記ドレイン領域中に形成された上記一導電形
    のフローティング領域とを具備して成り、上記フローテ
    ィング領域と上記ドレイン領域との間に形成される第1
    の逆バイアスPN接合が上記ドレイン領域と上記基体と
    の間に形成される第2の逆バイアスPN接合と直列に結
    合されて成ることを特徴とするMOS電界効果トランジ
    スタ。 2、第1導電形の半導体基板表面に形成された第2導電
    形層からなるドレイン領域のうち、ゲート絶縁膜を介し
    てゲート電極に接する端部の不純物濃度を他の部分に比
    較して低く形成してなるMOS電界効果トランジスタに
    おいて、上記ドレイン領域のゲート領域に接する端部を
    、上記第2導電形層間に半導体基板より高い不純物濃度
    を有する第1導電形層を介在させて、半導体基板に接す
    る第1の第2導電形層、上記第1導電形層および第1の
    第2導電形層より高い不純物濃度を有する第2の第2導
    電形層からなる積層構造としたことを特徴とするMOS
    電界効果トランジスタ。
JP6645085A 1985-04-01 1985-04-01 Mos電界効果トランジスタ Pending JPS61226965A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0481559A2 (en) * 1990-10-18 1992-04-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. A method of fabricating a field-effect transistor
EP0583897A2 (en) * 1992-08-03 1994-02-23 Hughes Aircraft Company Field-effect transistor with structure for suppressing hot-electron effects, and method of fabricating the transistor
WO1994027316A1 (en) * 1993-05-14 1994-11-24 Watkins-Johnson Company Method of manufacturing side walls and semiconductor device having side walls

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