JPS6190465A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS6190465A
JPS6190465A JP21130984A JP21130984A JPS6190465A JP S6190465 A JPS6190465 A JP S6190465A JP 21130984 A JP21130984 A JP 21130984A JP 21130984 A JP21130984 A JP 21130984A JP S6190465 A JPS6190465 A JP S6190465A
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JP
Japan
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region
gate electrode
forming
conductivity type
impurity concentration
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JP21130984A
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English (en)
Inventor
Takashi Azuma
吾妻 孝
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
    • H01L29/10Semiconductor 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
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033Channel 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
    • H01L29/1041Channel 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 a non-uniform doping structure in the channel region surface
    • H01L29/1045Channel 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 a non-uniform doping structure in the channel region surface the doping structure being parallel to the channel length, e.g. DMOS like

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〕 不発明は、サブミクロンルールが適用可能なMOS形の
電界効果トランジスタ(以下FETと称す)構造の半導
体装置およびその製造方法に関するものである。
〔発明の背景〕
一般に、半導体集積回路において集積度を高めるために
寸法を小さくして行くと、いわゆるンヨートチャンネル
効果が生ずるためにこれを緩和する構造が提案されてい
る。
第1図は従来のこのようなMOS FET構造の半導体
装置の断面図である。図において、1はp−形のシリコ
ン基板、2.3はN 形のソース領域。
ドレイン領域、4.5はソース領域21ドレイン領域3
0チヤンネル領域側に形成されたN−形のり域、6は領
域4と5の間のチャンネル領域表面に形成されたP形の
チャンネルドープ領域、7はゲート酸化膜、8はゲート
電極、9はS 10.からなるサイドウオールである。
チャンネルドープ領域6tiゲー)ffl圧のしきい値
電圧vthのショートチャンネル効果を低減させるため
に設けられたものである。ソース、ドレイン領域には共
にNNP接合のダイオードが形成されている。
ここで、ソース領域2とドレイン領域3の間に電圧va
nが印加されると、領域4と6の間のN−P接合に高電
界が加わり、高電界領域の空乏層が領f、u4と6に拡
がる。N−形の領域4がない通常+ のNP接合のものに比して、この第1図の構造で   
 ′は空乏層が領域4に拡がるために接合電界強度は低
く々す、いわゆるホットキャリヤ効果が緩和されショー
トチャンネル効果も低減される。
しかしながら、このような半導体装置においては、N−
形の領域がゲート長りの範凹の外に存在するため、素子
の寄生抵抗となり、この寄生抵抗はドレイン・ソースの
ID  vso特性のオン抵抗を高くしてその立上り特
性を劣化せしめる。この現象は素子が高泉積化する程大
きくなってくる。
従って、サブミクロン程度に寸法を小さくする場合には
、上記のよりなN−影領域がなく、シかも電界強度が低
く表るような構造が必要となる。
〔発明の目的〕
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、ID  VID特性を低下させるこ
となくサブミクロンルールの素子ができるような半導体
装置およびその製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明はこのような目的を達成するために、ゲート酸化
膜下のチャンネル領域にソース領域およびドレイン領域
から離れて基板と同じ導電形でこれよυ不純物濃度が濃
い領域を形成したものである。また、このような半導体
装置を製造するために、基板上に形成した@l導電形の
領域の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、
このゲート′、jL極をマスクにして不純物を注入して
第1導″−形の領域のゲート′シ極下以外の部分を低不
純物濃度とし、ゲート電極の側壁のサイドゲート電極。
このサイドゲート電極の1ill Qにサイドウオール
なそれぞれ形成してこれらをマスクにして基板上に第2
4′シ形のソース、ドレイン領域を形成したものである
。さらに、このような半導体装置を製造するために、基
板上に溝を有する絶縁膜を形成し、溝の内壁にサイドウ
オールを形成し、これをマスクにして第1導電形の領域
を形成し、サイドウオールを除去して溝内にゲート絶縁
膜を形成し、ポリシリコンを形成した後平坦化エツチン
グして溝内にポリシリコンを残し、このポリシリコン上
にリフラクトリ−全編のゲート電極を形成し、これをマ
スクにして不純物を注入して第2導電形のソース、ドレ
イン領域を形成したものである。
〔発明の実施例〕
第2図は本発明に係る半導体装置の一実施例の断面図で
ある。図において、第1図と同−又は相当部分には同符
号を付しである。10はゲート酸化膜7の下のチャンネ
ル領域でソース領域2とドレイン領域3より離れた中央
部分に形成されたP形のチャンネルドープ領域である。
ソース領域2゜ドレイン領域30チヤンネル領域に接す
る部分は従来のN−影領域でなくシリコン基板1の一部
でおるP−影領域となっている。従って、ソース。
ドレイン領域は共に、NP  P接合のダイオード構造
になっている。ゲート長しは第1図のものと同じである
このような構成において、ソース領域2とドレイン領域
3の間に電圧VID が印加されると、ソース領域2と
シリコン基板1のP−影領域1a間の十 − NP 接合に高電界が印加され、この高電界領域の空乏
層はP−影領域11の全域に拡がる。このため、P−影
領域1aのないN+P接合に同じ電圧を印加した場合に
比して接合電界強度が低くなり、ホットキャリヤ効果が
緩和されてショートチャンネル効果も低減する。しかし
、N−影領域がないので寄生抵抗が存在せず、ID  
vaD特性が低下することもない。
なお、チャンネルドープ領域100幅W、のゲート長し
に対する割合とその不純物濃度は、ショートチャンネル
効果とホットチャンネル効果とのトレード・オフを最適
化する値に設定される。
次に、このような半導体装置の製造方法について説明す
る。
第3図(、)〜(c)は本発明に係る半導体装置の製造
方法の一実施例における各工程の断面図を示す。
先づ、P−形のシリコン基板1にLOGO8等のアイソ
レーション工程を施した後、表面に5IO1のゲート酸
化膜7を形成し、次いでB(ホウ素)を注入してゲート
酸化膜7の下にP形のチャンネルドープ領域10(不純
物濃度Nム)を形成する。
次に、ゲート電極となる膜と保護膜となる5lsNa膜
を基板上に屓次形成した後、ホトエツチング処理により
ゲートのパターンを形成し、ゲート電極8と保諒膜11
を残す。次に、これらのゲー)%極8と保護膜11をマ
スクとしてP(リン)を注入(不純物濃度ND)して、
P形の領域10をP−形の領域11にする。ここで、N
ム) N o  に設定しであるため領域1aの不純物
濃度Nムは、NAI=Nム−N、と低温度になり、領域
1aはP−形になる。この際、Bを注入するときの打込
みエネルギ           1とPを注入すると
きの打込みエネルギを適当に選ぶことによシ、それらの
深さがり、)D、となるようにする(第3図(a))。
次に、ゲート電極8と同じ材料の膜を表面に形成し、反
応性イオンエツチング(以下RIEと称す:を行ってサ
イドゲート電極81を形成する。ゲート長りが0.5μ
mのときこの幅W= は0.1μm以下が適当である。
なお、Wlは0.3μm程度になる。
この幅W、は領域10の不純物濃度N、と深さり1、お
よび領域11の不純物濃度Nalと深さD!と関連して
、クヨートチャンネル効果の程度とホットキャリヤ効果
の度合いとのトレード・オフを最適化する条件で設定さ
れる。次にサイドウオールとなる81(hの酸化膜を表
面上にCVD法によって形成し、RIEを行ってサイド
ゲート電極9a KM接してサイドウオール9を形成し
た後、これらをマスクにしてAi(ヒ素)をイオン注入
により打込み、引続き熱処理を行なってN形のソース領
域2とドレイン領域3を形成する(第3図(b))。
サイドウオール9の幅W1は、A、イオン打込み層の横
方向の端部がその後の熱処理に−よりサイドゲート電極
8aの端部まで延びる量にほぼ等しいか又はこれよシや
や小さめに設定される。このWSはゲート長しが0.5
μmのとき0.03μm程度になる。
このような製造1穆によって半導体装置は第3図(c)
に示すよう々構造になり、第2図とほぼ同じ構造が得ら
れる。
第1図(、)〜儲)は本発明に係る半導体装置の製造方
法の他の実施例における各工程の断面図を示す。
先づ、P−形のシリコン基板1にLOCO8等のアイソ
レーション工程を施した後、表面に厚さ100〜200
X程度のSi3N4の窒化膜13および厚さ500〜1
000λ程度のSin、の酸化膜14を順次CVD法に
よυ形成する。次いで、ゲート長しの範囲だけ酸化膜1
49食化膜13をRIEによって除去して溝を作り、全
面にCVD法によって5iSN4膜を厚さtooo!程
度に形成した妖、RIEを行って溝の側壁に5isN4
のサイドウオール15を形成する。次いで、厚さ200
〜300X程度の熱酸化膜16を形成した後、イオン注
入してゲート長しの内側にP形の領域10を形成する(
g4図(a))。
次に、燐酸処理によシサイドウォール15を除去し、さ
らに薄いHF’液によシ熱酸化J[16を除去した後、
領域10を含むゲート長り内にSin。
のゲート酸化膜7を形成する(第1図(b))。
次に、全面に厚さ500−1000人のポリシリコン膜
17を形成した後、Pの拡散またはPの打込みによりポ
リシリコン膜17にPを含ませる(第1図0)。
次に、比較的高粘度のホトレジスト膜18を塗布して表
面を平坦化する(第1図(d))。
次に、ホトレジスト膜18とPの入ったポリシリコン膜
17に対するエツチング率が等しいエツチングガスを選
択し、このガスを用いてRIEにより平坦化エツチング
を行ない、溝の中のポリシリコン膜17のみを残してこ
れをゲート電極8bとして形成する(M4図(、) ’
)3次に、W(タングステン)等のりフラクトリー金属
の膜を厚さ2000〜3000i程度にCVD法により
ポリシリコンのゲー)muab上にだけ選択的に形成し
、ゲート電極8Cを作る(第1図(f))。
次に、酸化膜14と量化膜13を酸エツチングによシ除
去した後、ゲート電極8cをマスクにしてAIをシリコ
ン基板1上に注入してN 形のソース領域2.ドレイン
領域3を形成する(第1図0))。これにより第2図と
同じ構造の半導体装置が得られる。
なお、P形の領域10の不純物濃度NA、深さDIおよ
び幅W1のゲート長しに対する割合は、ショートチャン
ネル効果の程度とホットキャリヤ効果の程度とのトレー
ドオフを最適化するように設定される。
〔発明の効果〕
このように本発明に係る半導体装置およびその製造方法
によると、ID  VmD特性を低下させることなくサ
ブミクロンルールの素子を得ることができ、また、この
ような素子を簡単な工程で高精度に作ることができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
M1図は従来の半導体装置の断面図、鯖2図は本発明に
係る半導体装置の一実施例の断面図、第3図(&)〜(
c)はその製造方法の一実施例における各工程の断面図
、第1図(&)〜(g)は製造方法の他の実施例におけ
る各工程の断面図である。 1・・・・シリコン基板、2・・・・ソース領域、3・
・−・ドレイン領域、7・・・・ゲート酸(IJ、8・
・・・ゲート電極、8a・・・・サイドゲート電極、9
・e・・サイドウオール、10・・・・P形の領域。 第1図 第3図 第3図 第1図 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1導電形の低不純物濃度の半導体基板上に第2導
    電形の高不純物濃度のソース領域およびドレイン領域を
    形成し、ソース領域とドレイン領域の間のチャンネル領
    域表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成した
    MOS構造の半導体装置において、絶縁膜下のチャンネ
    ル領域にソース領域およびドレイン領域から離れて第1
    導電形の領域が形成されていることを特徴とする半導体
    装置。 2、第1導電形の低不純物濃度の半導体基板上に第1導
    電形の層とこの上の絶縁膜とを形成する工程と、この絶
    縁膜上に所定パターンのゲート電極を形成する工程と、
    このゲート電極をマスクにして前記第1導電形の層に第
    2導電形の不純物を注入して第1導電形の低不純物濃度
    の領域を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁にサイ
    ドゲート電極を形成する工程と、このサイドゲート電極
    の側壁に所定幅のサイドウォールを形成する工程と、前
    記ゲート電極,サイドゲート電極およびサイドウォール
    をマスクにして前記半導体基板上に不純物を注入,拡散
    させてサイドゲート電極の端まで延びた第2導電形の高
    不純物濃度のソース領域およびドレイン領域を形成する
    工程とを有する半導体装置の製造方法。 3、第1導電形の低不純物濃度の半導体基板上にゲート
    長部分を除いてこの部分に溝を有する絶縁膜を形成する
    工程と、この絶縁膜の溝の内壁にサイドウォールを形成
    する工程と、前記絶縁膜およびサイドウォールをマスク
    にして半導体基板上に第1導電形の領域を形成する工程
    と、前記サイドウォールを除去し、溝内にゲート絶縁膜
    を形成する工程と、全面にポリシリコンを形成した後に
    平坦化エッチングを行つて溝内のみにポリシリコンを残
    す工程と、この残つたポリシリコン上にリフラクトリー
    金属を形成してゲート電極とする工程と、このゲート電
    極をマスクにして前記半導体基板上に不純物を注入して
    第2導電形の高不純物濃度のソース領域およびドレイン
    領域を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。
JP21130984A 1984-10-11 1984-10-11 半導体装置およびその製造方法 Pending JPS6190465A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0491478A (ja) * 1990-08-01 1992-03-24 Toshiba Corp Mos型半導体装置
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US8061569B2 (en) 2006-01-13 2011-11-22 Taya Company Limited Clip and hanger with the same

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