JPS62114272A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS62114272A
JPS62114272A JP25528885A JP25528885A JPS62114272A JP S62114272 A JPS62114272 A JP S62114272A JP 25528885 A JP25528885 A JP 25528885A JP 25528885 A JP25528885 A JP 25528885A JP S62114272 A JPS62114272 A JP S62114272A
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JP
Japan
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region
drain
conductivity type
substrate
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP25528885A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Kato
弘一 加藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS62114272A publication Critical patent/JPS62114272A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent a threshold voltage from varying by forming the first conductivity type high density impurity region having a impurity density higher than a substrate and a shorter width than the average free step of carrier between a drain region and a channel region to eliminate the adverse influence of impact ions. CONSTITUTION:A gate electrode 14 is formed through a gate oxide film 13 on a P-type Si substrate 11, and N<+> type layer (source, drain regions) 18a, 18b due to N-type impurity diffusion are formed outside the channel region under the electrode 14. The same conductivity type P<+> layer (high density impurity regions) 16a, 16b as the substrate 11 are formed between the regions 18a, 18b and a channel region. Here, the widths of the regions 16a, 16b are shorter than the average free step of a carrier.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置の改良に係わり、特にMOS構造
等におけるインパクトイオン化による影響をなくした半
導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to the improvement of semiconductor devices, and particularly to a semiconductor device that eliminates the influence of impact ionization in a MOS structure or the like.

〔発明の技術的背頭とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

近年、集積回路を構成するMOS素子は益々微細化され
る傾向にあり、この素子の微細化に伴いインパクトイオ
ン化による悪影響、特にゲートしきい値電圧の変動を招
くと云う問題が発生している。即ち、微細なMOSトラ
ンジスタを動作させると、ソース側より流れ始めたキャ
リアがドレイン電圧による電界に加速されながらトレイ
ン領域に流れ込んでいく。この時、半導体のバンドギャ
ップよりも高いエネルギーまで加速された電子が電子・
正孔対を発生するが、発生したキャリアがゲート酸化膜
中に注入されると、ゲート酸化膜の劣化が始まる。長期
的にこの状態が続くと、ゲートのしきいm電圧の変動を
JB <専の影響が出ていた。
In recent years, MOS elements constituting integrated circuits have tended to become more and more miniaturized, and with the miniaturization of these elements, the problem of adverse effects due to impact ionization, particularly fluctuations in gate threshold voltage, has arisen. That is, when a fine MOS transistor is operated, carriers that start flowing from the source side flow into the train region while being accelerated by the electric field caused by the drain voltage. At this time, the electrons accelerated to an energy higher than the bandgap of the semiconductor become electrons.
Hole pairs are generated, but when the generated carriers are injected into the gate oxide film, the gate oxide film begins to deteriorate. If this state continued for a long time, the fluctuation of the gate threshold voltage would be affected by JB.

そこで最近、これらの高いエネルギーを持ったホットキ
ャリアによる悪影響を防止する方法として、LDDや0
GI)等の構造を持つMOS トランジスタが考えられ
ている。第4図及び第5図に従来構造のN型MOSトラ
ンジスタとLDDやDGD構造のN型MOSトランジス
タの動作中におけるソース・ドレイン間の電位をそれぞ
れ示す。
Therefore, recently, LDD and zero
MOS transistors with structures such as GI) are being considered. FIGS. 4 and 5 respectively show the source-drain potentials of an N-type MOS transistor with a conventional structure and an N-type MOS transistor with an LDD or DGD structure during operation.

従来構造の第4図に比べしDD構造等の第5図では、ト
レイン近傍での電界が弱く、飽和状態でのエネルギーが
やや小さくなり、インパクトイオン化によるキャリアの
発生率をかなり下げることができる。しかし、素子のチ
ャネル長が短くなってくると、LDD等の構造であって
もドレイン近傍の電界強度が大きくなり、素子のチャネ
ル長が0.5[μTrL]程度になると、インパクトイ
オン化による悪影響を避けられなくなってくることが予
想される。
Compared to the conventional structure shown in FIG. 4, the electric field in the DD structure shown in FIG. However, as the channel length of the device becomes shorter, the electric field strength near the drain increases even in a structure such as an LDD, and when the channel length of the device becomes about 0.5 [μTrL], there is a negative impact due to impact ionization. It is expected that this will become unavoidable.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、インパクトイオン化による悪影響をな
くしてゲートしきい値電圧の変動を防止することができ
、信頼性の向上及び素子の微細化をはかり得る半導体装
置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to eliminate the adverse effects of impact ionization, prevent fluctuations in gate threshold voltage, improve reliability, and improve device fineness. The object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be used in various ways.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の骨子は、ドレイン領域とチャネル領域との間に
基板と同導電型で且つ基板よりも高い濃度の不純物領域
を設け、ゲート電極下でのインバク1〜イオンの発生を
防止することにある。
The gist of the present invention is to provide an impurity region between the drain region and the channel region that has the same conductivity type as the substrate and has a higher concentration than the substrate, thereby preventing the generation of ions under the gate electrode. .

即ち本発明は、第1導電型の半導体基板中に第2sN型
のソース・ドレイン領域を111間して設けると共に、
ソース・ドレイン領域間のチャネル領域上にゲート電極
を形成してなる半導体装置において、前記ドレイン領域
とチャネル領域との間に、前記基板よりも不純物濃度が
高く、且つキャリアの平均自由工程よりも短い幅の第1
導電型の高濃度不純物領域を設けるようにしたものであ
る。
That is, the present invention provides a second sN type source/drain region in a first conductivity type semiconductor substrate with a distance of 111, and
In a semiconductor device in which a gate electrode is formed on a channel region between source and drain regions, there is a gap between the drain region and the channel region that has a higher impurity concentration than the substrate and is shorter than the mean free path of carriers. Width 1st
A conductive type high concentration impurity region is provided.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ソースから流れ出したキャリアはドレ
イン領域とチャネル領域との間の高濃度不純物領域に達
するまで加速されず、該不純物領域中で急激に加速され
る。ここで、高濃度不純物領域の幅はキャリアの平均自
由工程よりも短いので、該不純物領域ではキャリアは殆
ど発生されない。一方、高濃度不純物領域を通過したキ
ャリアはドレインに達し、この部分でインパクトイオン
化によりキャリアを発生するが、この上にはゲート義化
膜がないのでキャリアのゲートへの注入を未然に防止す
ることができる。従って、インパクトイオン化による悪
影響の少ない安定で信頼度の高い微細MOSトランジス
タが実現され、島集積度の半導体装置の回路として実用
上十分な特性を持たせることができる。
According to the present invention, carriers flowing from the source are not accelerated until they reach the high concentration impurity region between the drain region and the channel region, and are rapidly accelerated in the impurity region. Here, since the width of the high concentration impurity region is shorter than the mean free path of carriers, almost no carriers are generated in the impurity region. On the other hand, carriers that have passed through the high-concentration impurity region reach the drain, where they are generated by impact ionization, but since there is no gate masking film above this, carriers are prevented from being injected into the gate. I can do it. Therefore, a stable and highly reliable fine MOS transistor with less adverse effects caused by impact ionization can be realized, and it can be provided with practically sufficient characteristics as a circuit of a semiconductor device with an island integration degree.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。 Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.

第1図は本発明の一実施例に係わるMOSトランジスタ
の概略構造を示す断面図である。図中11はP型Si!
!板であり、この基板11上にはゲート酸化11m13
を介してゲート1lfi14が形成されている。ゲート
電極14下のチャネル領域の外側には、N型下N物拡散
によるN+層(ソース・ドレインfitii)18a、
18bが形成されている。そして、ソースfaiIi1
8a及びドレインl1ff118bとチャネル領域との
間には、基板11と同導電型のP“層(高濃度不純物領
域)16a。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention. 11 in the figure is P-type Si!
! A gate oxide layer 11m13 is formed on this substrate 11.
A gate 1lfi14 is formed through the gate 1lfi14. Outside the channel region under the gate electrode 14, there is an N+ layer (source/drain fitii) 18a formed by diffusion of N-type under N-type,
18b is formed. And the source faiIi1
A P'' layer (high concentration impurity region) 16a of the same conductivity type as the substrate 11 is between the drain l1ff118b and the channel region.

16bがそれぞれ形成されている。ここで、高濃度不純
物領域16a、16bの幅は、キャリアの平均自由工程
よりも短いものとなっている。
16b are formed respectively. Here, the width of the high concentration impurity regions 16a and 16b is shorter than the mean free path of carriers.

このような構成において、MO8素子を動作′させると
、ソース・ドレイン間の電位分布は第2図に示す如くな
る。即ち、ゲート電極14の直下では略一定の電位で、
トレイン18bの近傍で大きな電界を持つため、電子は
この付近において急激に加速されてドレイン領1i!1
8bに流れ込むことになる。ここで、電界の大きいP+
型不純物領域16bはその幅が電子の平均自由工程より
も短い。
In such a configuration, when the MO8 element is operated, the potential distribution between the source and drain becomes as shown in FIG. That is, the potential is approximately constant directly below the gate electrode 14,
Since there is a large electric field near the train 18b, the electrons are rapidly accelerated in this vicinity and move to the drain region 1i! 1
It will flow into 8b. Here, P+ with a large electric field
The width of the type impurity region 16b is shorter than the mean free path of electrons.

このため、電子はシリコンのバンドギャップ以上のエネ
ルギーに加速されてもP+型不純物領域16bではキャ
リアを殆ど発生させない。
Therefore, even if electrons are accelerated to an energy higher than the band gap of silicon, almost no carriers are generated in the P+ type impurity region 16b.

また、ゲート電極14の端部はP+不純物領域16bと
ドレイン領域18bとの境界まで達していない。このた
め、加速された電子がドレイン領域18bまで流れ込む
とインパクトイオン化によリキャリアを発生するが、こ
の上にゲートかないため、キャリアがゲート領域に注入
されることを未然に防止することができる。従って、し
きい値電圧の変動の極めて少ない高信頼度の微細MOS
トランジスタが実現されることになる。
Furthermore, the end of the gate electrode 14 does not reach the boundary between the P+ impurity region 16b and the drain region 18b. Therefore, when accelerated electrons flow to the drain region 18b, recarriers are generated by impact ionization, but since there is no gate above this, it is possible to prevent carriers from being injected into the gate region. Therefore, a highly reliable fine MOS with extremely little fluctuation in threshold voltage
A transistor will be realized.

次に、上記構造のMOSトランジスタの製造方法につい
て、第3図(a)〜(b)を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the MOS transistor having the above structure will be described with reference to FIGS. 3(a) to 3(b).

まず、第3図(a)に示す如くP型Sil板11上に素
子分離のためのフィールド酸化1112を形成し、この
フィールド酸化膜12で囲まれた素子形成領域上にゲー
ト酸化l113及び多結晶シリコン1114を形成する
。この多結晶シリコン躾14を0.5[μm]の幅にバ
ターニングしてゲート電極を形成する。続いて、多結晶
シリコン膜14を酸化して酸化1115を形成したのち
、加速電圧50[KV]でポロン8をイオン注入してP
+層16a、16bを形成する。
First, as shown in FIG. 3(a), a field oxide layer 1112 for element isolation is formed on a P-type Sil plate 11, and a gate oxide layer 113 and a polycrystalline silicon layer are formed on the element formation region surrounded by this field oxide film 12. Silicon 1114 is formed. This polycrystalline silicon layer 14 is patterned to a width of 0.5 μm to form a gate electrode. Subsequently, after oxidizing the polycrystalline silicon film 14 to form oxide 1115, poron 8 is ion-implanted at an acceleration voltage of 50 [KV] to form P.
+ layers 16a and 16b are formed.

次いで、第3図(b)に示す如く全面にシリコン酸化J
l117をCVD法により堆積する。その後、反応性イ
オンエツチングにより全面エツチングを行い、第3図(
C)に示す如くゲート電極14の側部にのみシリコン酸
化膜17を残存せしめる。
Next, as shown in FIG. 3(b), silicon oxide J was applied to the entire surface.
1117 is deposited by CVD method. After that, the entire surface was etched using reactive ion etching, as shown in Figure 3 (
As shown in C), the silicon oxide film 17 is left only on the sides of the gate electrode 14.

つまり、ゲート電極14の側部に側9酸化膜17をセル
ファラインで形成する。この状態で、加速電圧40[K
V]で砒素Asをイオン注入し、ソース・ドレイン領域
となるN+層18a、18t)を形成する。このとき、
前記P+層16a。
That is, the side 9 oxide film 17 is formed on the side of the gate electrode 14 in a self-aligned manner. In this state, the acceleration voltage is 40 [K
Arsenic As is ion-implanted at a temperature of V] to form N+ layers 18a and 18t) which will become source/drain regions. At this time,
The P+ layer 16a.

16bはその大部分がN1層18a、18bとなるが、
上記側壁酸化膜のマスク作用により、ゲート電極14の
側部にP+層16a、16bが一部残る。このP“層1
6a、16bの幅は、0.05[μm′Il′Jと極め
て短いものであった。
16b is mostly N1 layer 18a, 18b,
Due to the masking effect of the sidewall oxide film, a portion of the P+ layers 16a and 16b remain on the sides of the gate electrode 14. This P" layer 1
The widths of 6a and 16b were extremely short at 0.05 μm'Il'J.

これ以降は、通常の工程と同様に、第3図(d)に示す
如く層間絶縁!119の堆積、コンタク1〜ホールの形
成、ARii!lit層20の被着及びバターニングを
行うことにより、NチャネルMOSトランジスタが完成
することになる。
From this point on, as in the normal process, the interlayer insulation is completed as shown in Figure 3(d). Deposition of 119, formation of contact 1~hole, ARii! By depositing and patterning the lit layer 20, an N-channel MOS transistor is completed.

かくして形成されたMOSトランジスタは、前述したよ
うにインパクトイオン化による悪影響がなく、しきい1
IiIi!圧の変動も極めて少なく、信頼性の高いもの
であった。また、素子の直列抵抗は僅かに高くなるもの
のMOSトランジスタとして十分な特性を示した。
The MOS transistor thus formed is free from the adverse effects of impact ionization and has a threshold of 1.
IiIi! The pressure fluctuation was extremely small and the reliability was high. Further, although the series resistance of the device was slightly higher, it exhibited sufficient characteristics as a MOS transistor.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記トランジスタは必ずしもMO8構造に
限るものではなく、ゲート酸化膜の代りにゲート絶縁膜
を用いたMrS構造であってもよく、ざらにMES構造
であってもよい。また、ソース側の第1導電型の高!1
1度不純物領域は、イオン注入をセルファラインで行っ
たために形成されたものであり、イオン注入のやり方に
よってはこれをなくすこともできる。例えば、集束イオ
ンビーム等を用いてドレイン側のみに第1導電型不純物
をイオン注入するようにすればよい。また、ゲー1− 
I極のドレイン側境界は、ドレイン領域に重ならなけれ
ばいくら短くても構わない。また、基板としてN型Si
基板を用いたPチャネルのMOSトランジスタに適用で
きるのは勿論のことである。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the transistor is not necessarily limited to the MO8 structure, but may be a MrS structure using a gate insulating film instead of a gate oxide film, or may be roughly an MES structure. Also, the first conductivity type on the source side is high! 1
The one-time impurity region is formed because ion implantation is performed in a self-aligned manner, and it can be eliminated depending on the method of ion implantation. For example, the first conductivity type impurity may be ion-implanted only into the drain side using a focused ion beam or the like. Also, game 1-
The drain side boundary of the I pole may be as short as it is provided that it does not overlap the drain region. In addition, N-type Si is used as the substrate.
Of course, the present invention can be applied to a P-channel MOS transistor using a substrate. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係わるMOSトランジスタ
の概略構造を示す断面図、第2図は上記MOSトランジ
スタの動作時の電位分布を示す特性図、第3図は上記M
OSトランジスタの製造工程を示す断面図、第4図及び
第5図はそれぞれ従来のMOSトランジスタの動作時の
電位分布を示す特性図である。 11・・・P型SiM板 (第1導電型の半導体基板)
、12・・・フィールド酸化膜、13・・・グー1−酸
化膜、14 ・=・ゲート電極、16 a、 16 b
・P”層(第1導電型の高濃度不純物1jti31)、
18a。 18b・・・ソース・ドレイン領域(第2導電型の高濃
度不純物領域)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 1A
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the schematic structure of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the potential distribution during operation of the MOS transistor, and FIG.
4 and 5, which are cross-sectional views showing the manufacturing process of the OS transistor, are characteristic diagrams showing the potential distribution during operation of a conventional MOS transistor, respectively. 11...P-type SiM board (first conductivity type semiconductor substrate)
, 12...Field oxide film, 13...Goo 1-oxide film, 14...=gate electrode, 16a, 16b
・P” layer (first conductivity type high concentration impurity 1jti31),
18a. 18b... Source/drain region (second conductivity type high concentration impurity region). Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 1A

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1導電型の半導体基板中に離間して形成された
第2導電型のソース・ドレイン領域と、これらのソース
・ドレイン領域間のチャネル領域上に形成されたゲート
電極と、前記ドレイン領域とチャネル領域との間に形成
された前記基板よりも不純物濃度が高く、且つキャリア
の平均自由工程よりも短い幅の第1導電型の高濃度不純
物領域とを具備してなることを特徴とする半導体装置。
(1) A source/drain region of a second conductivity type formed separately in a semiconductor substrate of a first conductivity type, a gate electrode formed on a channel region between these source/drain regions, and the drain region. A first conductivity type high concentration impurity region having a higher impurity concentration than the substrate and having a width shorter than the mean free path of carriers is formed between the region and the channel region. semiconductor devices.
(2)前記ゲート電極のドレイン側の境界は、前記ドレ
イン領域と第1導電型の高濃度不純物領域との境界より
もソース側に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。
(2) The boundary on the drain side of the gate electrode is located closer to the source than the boundary between the drain region and the first conductivity type high concentration impurity region.
1. Semiconductor device described in Section 1.
JP25528885A 1985-11-14 1985-11-14 Semiconductor device Pending JPS62114272A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07161825A (en) * 1993-12-13 1995-06-23 Nec Corp Semiconductor device and its manufacture

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