JPS6366967A - 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Info
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- JPS6366967A JPS6366967A JP61209448A JP20944886A JPS6366967A JP S6366967 A JPS6366967 A JP S6366967A JP 61209448 A JP61209448 A JP 61209448A JP 20944886 A JP20944886 A JP 20944886A JP S6366967 A JPS6366967 A JP S6366967A
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装
置およびその製造方法に係り、特にトランジスタの信頼
度を向上させ得る半導体装置およびその製造方法に関す
る。
置およびその製造方法に係り、特にトランジスタの信頼
度を向上させ得る半導体装置およびその製造方法に関す
る。
従来の信頼度向上を目的とした。26縁ゲート型トラン
ジスタ、例えばMOSトランジスタとしては、プロスイ
ーディンゲス・オブ・ジ・アイ・イー・イー・イー・イ
ンターナシ目ナル・エレクトロン・デバイスイズ・ミー
ティング(Proceedings ofthe IE
EE International Electron
DevicesMeeting) 1984年12月
9日〜12日、第774〜777頁に示すLDD (ラ
イトリ−・ドープト・ドレイン(Lightly Do
ped Drain))構造が主流である。このLDD
構造は1周知のように、第1導電型の不純物を含む半導
体基板表面領域に設けた第1導電型と反対導電型の第2
導電型のソース・ドレイン不純物ドープ領域を、それぞ
れ高濃度不純物ドープ領域と、ゲート電極に隣接する低
濃度不純物ドープ領域とで構成するものである。このよ
うに。
ジスタ、例えばMOSトランジスタとしては、プロスイ
ーディンゲス・オブ・ジ・アイ・イー・イー・イー・イ
ンターナシ目ナル・エレクトロン・デバイスイズ・ミー
ティング(Proceedings ofthe IE
EE International Electron
DevicesMeeting) 1984年12月
9日〜12日、第774〜777頁に示すLDD (ラ
イトリ−・ドープト・ドレイン(Lightly Do
ped Drain))構造が主流である。このLDD
構造は1周知のように、第1導電型の不純物を含む半導
体基板表面領域に設けた第1導電型と反対導電型の第2
導電型のソース・ドレイン不純物ドープ領域を、それぞ
れ高濃度不純物ドープ領域と、ゲート電極に隣接する低
濃度不純物ドープ領域とで構成するものである。このよ
うに。
ゲート電極に隣接するドレイン端部に低濃度不純物ドー
プ領域を設け、ドレイン端部における不純物濃度分布を
緩やかにすることにより、ドレイン端部で高電界が集中
するのを抑制し、ソース、ドレイン間耐圧およびホット
キャリア耐性を向上させようとするものである。
プ領域を設け、ドレイン端部における不純物濃度分布を
緩やかにすることにより、ドレイン端部で高電界が集中
するのを抑制し、ソース、ドレイン間耐圧およびホット
キャリア耐性を向上させようとするものである。
しかし、このLDD構造の場合、半導体基板内部のドレ
イン端で発生したホットキャリアが、ゲート電極側壁に
形成されたSio、膜から成るサイドウオールスペーサ
に注入され、該SiO□膜中の捕獲中心に捕獲され、こ
の捕獲された電荷が低濃度ドレイン領域の抵抗を変化さ
せ、トランジスタの電流−電圧特性の変動、すなわち、
しきい電圧の変化、トランスコンダクタンスの減少を引
き起こす問題がある。この特性変動を防止するには。
イン端で発生したホットキャリアが、ゲート電極側壁に
形成されたSio、膜から成るサイドウオールスペーサ
に注入され、該SiO□膜中の捕獲中心に捕獲され、こ
の捕獲された電荷が低濃度ドレイン領域の抵抗を変化さ
せ、トランジスタの電流−電圧特性の変動、すなわち、
しきい電圧の変化、トランスコンダクタンスの減少を引
き起こす問題がある。この特性変動を防止するには。
低濃度ドレイン領域の不純物濃度を増加する方法が有効
と考えられる。しかし、この場合は、低濃度ドレイン領
域の抵抗が減り、電界緩和効果が著しく減少するため、
結果としてホットキャリア発生量が増大し、トランジス
タの電流−電圧特性変動量が増大する問題がある。
と考えられる。しかし、この場合は、低濃度ドレイン領
域の抵抗が減り、電界緩和効果が著しく減少するため、
結果としてホットキャリア発生量が増大し、トランジス
タの電流−電圧特性変動量が増大する問題がある。
一方、特性変動を低減させるもう1つの方法として、低
濃度ドレイン領域の不純物濃度を減少させる方法も考え
られる。しかし、この場合は、電界緩和効果は向上する
ものの、上記ホットキャリアがサイドウオールスペーサ
中に注入されて捕獲された電荷によって低濃度ドレイン
領域の抵抗変調効果が著しく増大するため、結果として
トランジスタの電流−電圧特性変動量が増大する。
濃度ドレイン領域の不純物濃度を減少させる方法も考え
られる。しかし、この場合は、電界緩和効果は向上する
ものの、上記ホットキャリアがサイドウオールスペーサ
中に注入されて捕獲された電荷によって低濃度ドレイン
領域の抵抗変調効果が著しく増大するため、結果として
トランジスタの電流−電圧特性変動量が増大する。
すなわち、従来のLDD構造トランジスタの低濃度ドレ
イン領域の不純物濃度には最適濃度があり、この濃度か
らずれるとホットキャリアに起因する特性変動が増大す
る。このため、従来のLDD構造トランジスタでは低濃
度ドレイン領域の不純物濃度を変えるだけではより高い
信頼性を得ることはできなかった。
イン領域の不純物濃度には最適濃度があり、この濃度か
らずれるとホットキャリアに起因する特性変動が増大す
る。このため、従来のLDD構造トランジスタでは低濃
度ドレイン領域の不純物濃度を変えるだけではより高い
信頼性を得ることはできなかった。
(発明が解決しようとする問題点〕
上記従来のLDD構造では、単に低濃度ドレイン領域の
不純物濃度を変える以外に、LDD固有の電流−電圧特
性変動を減少させる手段がなかった。このため、トラン
ジスタが微細化し、LDD固有の特性変動が顕著になる
に及んでも、従来の技術では、抜本的に変′ljJ量を
低減させることができなかった。
不純物濃度を変える以外に、LDD固有の電流−電圧特
性変動を減少させる手段がなかった。このため、トラン
ジスタが微細化し、LDD固有の特性変動が顕著になる
に及んでも、従来の技術では、抜本的に変′ljJ量を
低減させることができなかった。
本発明の目的は、LDD構造固有の特性変動要因である
■ホットキャリアの発生と、■サイドウオールスペーサ
中に蓄積されたホットキャリアの電荷による低濃度領域
の抵抗変調を独立に制御する新しいLDD型の不純物ド
ープ構造を用いることによって、LDD構造固有の特性
変動を低減させることにある。
■ホットキャリアの発生と、■サイドウオールスペーサ
中に蓄積されたホットキャリアの電荷による低濃度領域
の抵抗変調を独立に制御する新しいLDD型の不純物ド
ープ構造を用いることによって、LDD構造固有の特性
変動を低減させることにある。
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
第1導電型の半導体基体の上に絶縁膜を介して設けたゲ
ート電極と、該ゲート電極の両側の上記半導体基体表面
領域に設けた上記第1導電型とは反対導電型の第2導電
型のソース、ドレイン領域を少なくとも有する半導体装
置において、上記ソース・ドレイン領域のうち少なくと
もドレイン領域が、上記ゲート電極から離れる方向に中
、低、高の順に変化する不純物濃度分布を有することを
特徴とする。
第1導電型の半導体基体の上に絶縁膜を介して設けたゲ
ート電極と、該ゲート電極の両側の上記半導体基体表面
領域に設けた上記第1導電型とは反対導電型の第2導電
型のソース、ドレイン領域を少なくとも有する半導体装
置において、上記ソース・ドレイン領域のうち少なくと
もドレイン領域が、上記ゲート電極から離れる方向に中
、低、高の順に変化する不純物濃度分布を有することを
特徴とする。
また1本発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型の
半導体基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲー
ト絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、上記ゲート
電極をマスクとして上記半導体基体に上記第1導電型と
反対導電型の第2導電型の不純物をドープして、上記ゲ
ート電極直下を除く上記半導体基体表面領域に第2導電
型の中濃度ソース、ドレイン領域のうち少なくとも中濃
度ドレイン領域を形成する工程と、上記ゲート電極とそ
の側壁に形成したサイドウオールスペーサとをマスクと
して上記半導体基体に第1導電型の不純物をドープして
、上記第2導電型の不純物がドープされた上記半導体基
体表面の不純物濃度を濃度補償によって実質的に低減さ
せて低濃度ソース、ドレイン領域のうち少なくとも低濃
度ドレイン領域を形成する工程と、上記ゲート電極およ
び上記サイドウオールスペーサ、もしくは上記ゲート電
極、上記サイドウオールスペーサおよび該サイドウオー
ルスペーサの側壁に形成した第2のサイドウオールスペ
ーサとをマスクとして上記半導体基体に第2導電型の不
純物をドープすることにより高濃度ソース、ドレイン領
域を形成する工程とを具備することを特徴とする。
半導体基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲー
ト絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、上記ゲート
電極をマスクとして上記半導体基体に上記第1導電型と
反対導電型の第2導電型の不純物をドープして、上記ゲ
ート電極直下を除く上記半導体基体表面領域に第2導電
型の中濃度ソース、ドレイン領域のうち少なくとも中濃
度ドレイン領域を形成する工程と、上記ゲート電極とそ
の側壁に形成したサイドウオールスペーサとをマスクと
して上記半導体基体に第1導電型の不純物をドープして
、上記第2導電型の不純物がドープされた上記半導体基
体表面の不純物濃度を濃度補償によって実質的に低減さ
せて低濃度ソース、ドレイン領域のうち少なくとも低濃
度ドレイン領域を形成する工程と、上記ゲート電極およ
び上記サイドウオールスペーサ、もしくは上記ゲート電
極、上記サイドウオールスペーサおよび該サイドウオー
ルスペーサの側壁に形成した第2のサイドウオールスペ
ーサとをマスクとして上記半導体基体に第2導電型の不
純物をドープすることにより高濃度ソース、ドレイン領
域を形成する工程とを具備することを特徴とする。
ゲート電極に隣接した比較的高濃度の低濃度ドレイン領
域(以下、中濃度ドレイン領域と称す。)は、サイドウ
オールスペーサに注入・捕獲されたホットキャリア電荷
による抵抗変調効果を低減する効果を有する。
域(以下、中濃度ドレイン領域と称す。)は、サイドウ
オールスペーサに注入・捕獲されたホットキャリア電荷
による抵抗変調効果を低減する効果を有する。
一方、この中濃度ドレイン領域の外側に隣接し、該中濃
度ドレイン領域よりも低不純物濃度の低濃度ドレイン領
域を、従来のLDD構造の低濃度領域に比べてより低濃
度化することにより、LDD構造の電界緩和効果を増大
させ、ホットキャリアの発生を低減することができる。
度ドレイン領域よりも低不純物濃度の低濃度ドレイン領
域を、従来のLDD構造の低濃度領域に比べてより低濃
度化することにより、LDD構造の電界緩和効果を増大
させ、ホットキャリアの発生を低減することができる。
従って、このように従来のLDD構造の低濃度領域を、
ゲート電極から離れる方向に中濃度領域および低濃度領
域によって構成される本発明を用いることによって、ド
レイン領域の抵抗変調を減少させ、かつホットキャリア
の発生を低減することができるため、従来のLDD構造
に比べて、LDD固有の特性劣化現象を著しく低減させ
ることができる。
ゲート電極から離れる方向に中濃度領域および低濃度領
域によって構成される本発明を用いることによって、ド
レイン領域の抵抗変調を減少させ、かつホットキャリア
の発生を低減することができるため、従来のLDD構造
に比べて、LDD固有の特性劣化現象を著しく低減させ
ることができる。
実施例 1
第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例のLDD
型MoSトランジスタを示す製造工程断面図である。
型MoSトランジスタを示す製造工程断面図である。
まず、同図(a)に示すように、p型Si基板1上にゲ
ート酸化膜2を形成し、多結晶Siを用いてゲート電極
3を形成した後、低濃度ソース、ドレイン形成用のn型
不純物、例えばリン(P)のイオン打ち込み4を、打ち
込みエネルギー40keV、ドーズ量lXl0”■−2
の条件で行い、リンドープ層5を形成する。
ート酸化膜2を形成し、多結晶Siを用いてゲート電極
3を形成した後、低濃度ソース、ドレイン形成用のn型
不純物、例えばリン(P)のイオン打ち込み4を、打ち
込みエネルギー40keV、ドーズ量lXl0”■−2
の条件で行い、リンドープ層5を形成する。
次に、同図(b)に示すように、950℃、10分、窒
素雰囲気の条件でアニールを行い、中濃度ソース、ドレ
イン領域6を形成した後、低圧化学気相成長法によって
SiO,膜をSi基板上に被着し、異方性ドライエツチ
ングによってゲート電極3の側壁のみに5in2からな
る第1のサイドウオールスペーサ7を形成した後、例え
ば打ち込みエネルギー25ke V、ドーズ量5X10
”Ql−”の条件で、p型不純物のボロン(B)のイオ
ン打ち込み8を行い、ボロンドープ層9を形成する。
素雰囲気の条件でアニールを行い、中濃度ソース、ドレ
イン領域6を形成した後、低圧化学気相成長法によって
SiO,膜をSi基板上に被着し、異方性ドライエツチ
ングによってゲート電極3の側壁のみに5in2からな
る第1のサイドウオールスペーサ7を形成した後、例え
ば打ち込みエネルギー25ke V、ドーズ量5X10
”Ql−”の条件で、p型不純物のボロン(B)のイオ
ン打ち込み8を行い、ボロンドープ層9を形成する。
次に、上記アニールと同様の条件でアニールを行って、
同図(c)に示すように、低濃度ソース、ドレイン領域
10を形成した後、第1のサイドウオールスペーサ7の
形成(同図(b))と同様の方法で、SiO□からなる
第2のサイドウオールスペーサ11を形成し、さらに、
n型高濃度不純物ドープ領域を形成するために、例えば
打ち込みエネルギー80ke V、ドーズ量5X10”
C!11−”の条件で、n型不純物のヒ素(As)のイ
オン打ち込み12を行いヒ素ドープ層13を形成する。
同図(c)に示すように、低濃度ソース、ドレイン領域
10を形成した後、第1のサイドウオールスペーサ7の
形成(同図(b))と同様の方法で、SiO□からなる
第2のサイドウオールスペーサ11を形成し、さらに、
n型高濃度不純物ドープ領域を形成するために、例えば
打ち込みエネルギー80ke V、ドーズ量5X10”
C!11−”の条件で、n型不純物のヒ素(As)のイ
オン打ち込み12を行いヒ素ドープ層13を形成する。
最後に、上記アニールと同様の条件でアニールを行って
、同図(d)に示すように、高濃度ソース、ドレイン領
域14を形成してlMOSトランジスタを作製する。す
なわち、本実施例では、図示のように、ドレイン領域が
、ゲート電極3から離れるに従って不純物濃度2XIO
”■″3の中濃度領域6、同5X1017Q11−’の
低濃度領域10、および同2〜3X10”Qll−’の
高濃度領域14から構成されている。従って、本実施例
では、中濃度ドレイン領域6によって、サイドウオール
スペーサ7および11に注入・捕獲されたホットキャリ
ア電荷による抵抗変調効果を低減し、低濃度ドレイン領
域10による電界緩和効果によってホットキャリアの発
生を低減することができ、従来のLDD構造に比べて、
LDD固有の特性劣化現象を著しく低減させることがで
きる。
、同図(d)に示すように、高濃度ソース、ドレイン領
域14を形成してlMOSトランジスタを作製する。す
なわち、本実施例では、図示のように、ドレイン領域が
、ゲート電極3から離れるに従って不純物濃度2XIO
”■″3の中濃度領域6、同5X1017Q11−’の
低濃度領域10、および同2〜3X10”Qll−’の
高濃度領域14から構成されている。従って、本実施例
では、中濃度ドレイン領域6によって、サイドウオール
スペーサ7および11に注入・捕獲されたホットキャリ
ア電荷による抵抗変調効果を低減し、低濃度ドレイン領
域10による電界緩和効果によってホットキャリアの発
生を低減することができ、従来のLDD構造に比べて、
LDD固有の特性劣化現象を著しく低減させることがで
きる。
第2図は、第1図(d)に示した本発明によるLDD型
の新構造トランジスタと、従来の4種類のLDD型トラ
ンジスタの電圧ストレスによるトランスコンダクタンス
g、劣化の時間依存性を示す図である。横軸は時間(秒
)、縦軸はgllI劣化量(3g @ / g 1m。
の新構造トランジスタと、従来の4種類のLDD型トラ
ンジスタの電圧ストレスによるトランスコンダクタンス
g、劣化の時間依存性を示す図である。横軸は時間(秒
)、縦軸はgllI劣化量(3g @ / g 1m。
)を示す。
図において、111〜115はそれぞれn型LDD構造
MOSトランジスタの特性を示す、それぞれの高濃度ド
レイン領域の不純物濃度は、同じであり、2〜3 XI
O”am−”である、111は従来の標準のLDD構造
(低濃度ドレイン領域の不純物濃度は、I XIO”a
m−3) 、112は低濃度ドレイン領域の不純物濃度
を比較的高濃度(I XIO”an−’)にした場合、
113は低濃度ドレイン領域の不純物濃度を比較的低濃
度(5XIO”a++−3)にした場合の特性を示す、
低濃度ドレイン領域の不純物濃度の異なるこれら3種類
の従来のLDD構造の中では、標準のLDD構造111
が最もg、の変動が小さい。一方、この標準LDD構造
111に対して、第1図(d)に示した本発明による新
LDD構造の特性114は、g+++の劣化量が著しく
小さく、あるg、llの劣化量になるまでの時間、すな
わちトランジスタの寿命が1〜2桁長く、従来構造と比
較して優れていることがわかる。なお1本発明と似た構
造の従来のLDD型トランジスタとして、第3図に示す
2重サイドウオールスペーサを用いたトランジスタの特
性も、本図の115に示しである。特性115は、従来
のLDD構造の特性111に比較しても悪い、この原因
は、ドレイン領域の不純物濃度分布にある。
MOSトランジスタの特性を示す、それぞれの高濃度ド
レイン領域の不純物濃度は、同じであり、2〜3 XI
O”am−”である、111は従来の標準のLDD構造
(低濃度ドレイン領域の不純物濃度は、I XIO”a
m−3) 、112は低濃度ドレイン領域の不純物濃度
を比較的高濃度(I XIO”an−’)にした場合、
113は低濃度ドレイン領域の不純物濃度を比較的低濃
度(5XIO”a++−3)にした場合の特性を示す、
低濃度ドレイン領域の不純物濃度の異なるこれら3種類
の従来のLDD構造の中では、標準のLDD構造111
が最もg、の変動が小さい。一方、この標準LDD構造
111に対して、第1図(d)に示した本発明による新
LDD構造の特性114は、g+++の劣化量が著しく
小さく、あるg、llの劣化量になるまでの時間、すな
わちトランジスタの寿命が1〜2桁長く、従来構造と比
較して優れていることがわかる。なお1本発明と似た構
造の従来のLDD型トランジスタとして、第3図に示す
2重サイドウオールスペーサを用いたトランジスタの特
性も、本図の115に示しである。特性115は、従来
のLDD構造の特性111に比較しても悪い、この原因
は、ドレイン領域の不純物濃度分布にある。
すなわち、第3図に示すように、この従来のトランジス
タの場合、ゲート電極120に最も近い側に低濃度ドレ
イン領域123.その外側に中濃度ドレイン領域124
およびその外側に高濃度ドレイン領域125を持つ構造
に原因がある。つまり、LDD構造固有のgm変調効果
(サイドウオールスペーサに注入されたホットキャリア
電荷による低濃度ドレイン領域の抵抗増大効果)を押え
るために、低濃度ドレイン領域123の不純物濃度は従
来の標準LDD構造並み(例えばI XIO”(!1l
−3)程度に維持しなければならないこと、また、中濃
度ドレイン領域124は、低濃度ドレイン領域123に
比べて濃度が高いので、この部分の電界緩和効果は、従
来の標準LDDに比較して悪いことなどのため、ホット
キャリアの発生量が多く、従ってgmの劣化量も大きい
。このように第2図に示したごとく、各種LDD構造の
中で、本発明による新LDIgl造が最もホットキャリ
アに対する特性(g+、l)変動が小さいことがわかる
。
タの場合、ゲート電極120に最も近い側に低濃度ドレ
イン領域123.その外側に中濃度ドレイン領域124
およびその外側に高濃度ドレイン領域125を持つ構造
に原因がある。つまり、LDD構造固有のgm変調効果
(サイドウオールスペーサに注入されたホットキャリア
電荷による低濃度ドレイン領域の抵抗増大効果)を押え
るために、低濃度ドレイン領域123の不純物濃度は従
来の標準LDD構造並み(例えばI XIO”(!1l
−3)程度に維持しなければならないこと、また、中濃
度ドレイン領域124は、低濃度ドレイン領域123に
比べて濃度が高いので、この部分の電界緩和効果は、従
来の標準LDDに比較して悪いことなどのため、ホット
キャリアの発生量が多く、従ってgmの劣化量も大きい
。このように第2図に示したごとく、各種LDD構造の
中で、本発明による新LDIgl造が最もホットキャリ
アに対する特性(g+、l)変動が小さいことがわかる
。
第4図は、これらの効果を明瞭に示す例で、LDD型ト
ランジスタにストレス電圧(例えばドレイン電圧=8V
、ゲート電圧は各々のトランジスタにおいて最大基板電
流が得られる値)を1000秒間印加した後の、gl、
l劣化量(Δgm/grx。)と、低濃度ドレイン領域
136の表面不純物濃度(am−’)の関係を示してい
る。図において、132はゲート電極、135は中濃度
ドレイン領域、136は低濃度ドレイン領域、137は
高濃度ドレイン領域、131はg、劣化の不純物濃度依
存性、138は従来の標準LDD構造の特性(gw劣化
量と低濃度ドレイン領域の不純物濃度との関係)を示す
。
ランジスタにストレス電圧(例えばドレイン電圧=8V
、ゲート電圧は各々のトランジスタにおいて最大基板電
流が得られる値)を1000秒間印加した後の、gl、
l劣化量(Δgm/grx。)と、低濃度ドレイン領域
136の表面不純物濃度(am−’)の関係を示してい
る。図において、132はゲート電極、135は中濃度
ドレイン領域、136は低濃度ドレイン領域、137は
高濃度ドレイン領域、131はg、劣化の不純物濃度依
存性、138は従来の標準LDD構造の特性(gw劣化
量と低濃度ドレイン領域の不純物濃度との関係)を示す
。
この図から明らかなように、g1劣化量は、低濃度ドレ
イン領域136の表面不純物濃度が1017〜10”(
1m−”の間で最小値を示す、さらに不純物濃度が高く
なると、g、劣化量は単調に増大する傾向を示す、ここ
で、中濃度ドレイン領域135の表面不純物濃度がおよ
そ10”ell−’であることを考慮すると、低濃度ド
レイン領域部136の表面不純物濃度は中濃度ドレイン
領域135の表面不純物濃度よす低い方が、gm劣化量
が小さいことがわかる。
イン領域136の表面不純物濃度が1017〜10”(
1m−”の間で最小値を示す、さらに不純物濃度が高く
なると、g、劣化量は単調に増大する傾向を示す、ここ
で、中濃度ドレイン領域135の表面不純物濃度がおよ
そ10”ell−’であることを考慮すると、低濃度ド
レイン領域部136の表面不純物濃度は中濃度ドレイン
領域135の表面不純物濃度よす低い方が、gm劣化量
が小さいことがわかる。
第5図は、ドレイン耐圧(ドレインに印加可能な最大電
圧(V))と、低濃度ドレイン領域136の表面不純物
真皮(―−勺との関係を示す図である。図において、1
32はゲート電極、135は中濃度ドレイン領域、13
6は低濃度ドレイン領域、137は高濃度ドレイン領域
、138は従来の標i1!LDD構造の特性(ドレイン
耐圧と低濃度ドレイン領域の不純物濃度との関係) 、
151はトランジスタが動作困難な領域、152はトラ
ンジスタが動作する領域を示す、なお、この場合の実効
チャネル長は、0.6−である。この図から明らかなよ
うに、ドレイン耐圧は、低濃度ドレイン領域136の表
面不純物濃度が1017〜10”C111−’の間で高
い。不純物濃度力1017an−3より低い領域151
では、ドレイン電流はほとんど流れない。
圧(V))と、低濃度ドレイン領域136の表面不純物
真皮(―−勺との関係を示す図である。図において、1
32はゲート電極、135は中濃度ドレイン領域、13
6は低濃度ドレイン領域、137は高濃度ドレイン領域
、138は従来の標i1!LDD構造の特性(ドレイン
耐圧と低濃度ドレイン領域の不純物濃度との関係) 、
151はトランジスタが動作困難な領域、152はトラ
ンジスタが動作する領域を示す、なお、この場合の実効
チャネル長は、0.6−である。この図から明らかなよ
うに、ドレイン耐圧は、低濃度ドレイン領域136の表
面不純物濃度が1017〜10”C111−’の間で高
い。不純物濃度力1017an−3より低い領域151
では、ドレイン電流はほとんど流れない。
すなわち、低濃度ドレイン領域の濃度の最適範囲は、第
4図および第5図の結果から、はぼ1017〜10”a
m−’であることがわかる。
4図および第5図の結果から、はぼ1017〜10”a
m−’であることがわかる。
実施例 2
第6図(a) 〜(d)は、第1図(a)〜(d)とは
異なる方法で、第1図(d)と実質的に同等の構造のL
DD型MoSトランジスタを実現する方法を示している
。まず、第6図(a)に示すように、p型Si基板21
上にゲート酸化膜22、多結晶Siゲート電極23を形
成した後、例えば打ち込みエネルギー40keV、 ド
ーズ量IXIO13cm−”の条件でリンのイオン打ち
込み24を行い、リンドープ層25を形成する。
異なる方法で、第1図(d)と実質的に同等の構造のL
DD型MoSトランジスタを実現する方法を示している
。まず、第6図(a)に示すように、p型Si基板21
上にゲート酸化膜22、多結晶Siゲート電極23を形
成した後、例えば打ち込みエネルギー40keV、 ド
ーズ量IXIO13cm−”の条件でリンのイオン打ち
込み24を行い、リンドープ層25を形成する。
次に、950℃、10分、窒素雰囲気の条件でアニール
を行って、同図(b)に示すように、中濃度ソース、ド
レイン領域26を形成した後、第1の実施例と同様にし
てS io2からなるサイドウオールスペーサ27を形
成し、例えば打ち込みエネルギー25ke V、ドーズ
量2 X 10”(!!1−”の条件でボロンのイオン
打ち込み28を行ってボロンドープ届29を形成する。
を行って、同図(b)に示すように、中濃度ソース、ド
レイン領域26を形成した後、第1の実施例と同様にし
てS io2からなるサイドウオールスペーサ27を形
成し、例えば打ち込みエネルギー25ke V、ドーズ
量2 X 10”(!!1−”の条件でボロンのイオン
打ち込み28を行ってボロンドープ届29を形成する。
次に、上記アニールと同様の条件でアニールを行って、
同図(c)に示すように、低濃度ソース、ドレイン領域
31およびp型不純物領域30を形成した後1例えば打
ち込みエネルギー80ke V、ドーズ量5X10”a
!1−”の条件でヒ素のイオン打ち込み32を行ってヒ
素ドープ層33を形成する。
同図(c)に示すように、低濃度ソース、ドレイン領域
31およびp型不純物領域30を形成した後1例えば打
ち込みエネルギー80ke V、ドーズ量5X10”a
!1−”の条件でヒ素のイオン打ち込み32を行ってヒ
素ドープ層33を形成する。
最後に、上記アニールと同様の条件でアニールを行って
、同図(d)に示すように、高濃度ソース、ドレイン領
域34を形成して、MOSトランジスタを作製する。す
なわち、本実施例でも、ゲート電極23から離れるに従
って中濃度ドレイン領域26、低濃度ドレイン領域31
、高濃度ドレイン領域34を有するので、従来のLDD
構造に比べて、LDD固有の特性劣化現象を著しく低減
させることができる。
、同図(d)に示すように、高濃度ソース、ドレイン領
域34を形成して、MOSトランジスタを作製する。す
なわち、本実施例でも、ゲート電極23から離れるに従
って中濃度ドレイン領域26、低濃度ドレイン領域31
、高濃度ドレイン領域34を有するので、従来のLDD
構造に比べて、LDD固有の特性劣化現象を著しく低減
させることができる。
第7図〜第13図はそれぞれ本発明の別の実施例のLD
D型MOSトランジスタの断面図である。
D型MOSトランジスタの断面図である。
いずれの図においても、41はp型Si基板、42はゲ
ート酸化膜、43は多結晶Siゲート電極、44はSi
o、サイドウオールスペーサを示す。以下それぞれの実
施例について詳細に説明する。
ート酸化膜、43は多結晶Siゲート電極、44はSi
o、サイドウオールスペーサを示す。以下それぞれの実
施例について詳細に説明する。
実施例 3
第7図では中濃度ソース、ドレイン領域45の上に比較
的濃度の高いソース、ドレイン領域46が形成され、こ
れらの不純物領域45および46と、高濃度ソース、ド
レイン領域50との間に低濃度ソース。
的濃度の高いソース、ドレイン領域46が形成され、こ
れらの不純物領域45および46と、高濃度ソース、ド
レイン領域50との間に低濃度ソース。
ドレイン領域48が形成されている。比較的高濃度あド
レイン領域46はサイドウオールスペーサ44中に注入
されたホットキャリア電荷によるドレイン抵抗変調を防
ぐ目的で形成したものである。
レイン領域46はサイドウオールスペーサ44中に注入
されたホットキャリア電荷によるドレイン抵抗変調を防
ぐ目的で形成したものである。
実施例 4
第8図は、例えば高打ち込みエネルギー100keV、
ドーズ量I Xl013C!l−”の条件でリンのイ
オン打ち込みによって形成した中濃度ソース、ドレイン
領域47と高濃度ソース、ドレイン領域50との間に低
濃度ソース、ドレイン領域48を形成した例である6本
実施例では、中濃度ドレイン領域47を図示のごとく、
深く形成することによって、深さ方向の電界を減らし、
従って基板内部の電界を緩和する効果に加えて、低濃度
ドレイン領域48を形成することによってドレイン抵抗
を増大し、いっそうの電界緩和を図っている。
ドーズ量I Xl013C!l−”の条件でリンのイ
オン打ち込みによって形成した中濃度ソース、ドレイン
領域47と高濃度ソース、ドレイン領域50との間に低
濃度ソース、ドレイン領域48を形成した例である6本
実施例では、中濃度ドレイン領域47を図示のごとく、
深く形成することによって、深さ方向の電界を減らし、
従って基板内部の電界を緩和する効果に加えて、低濃度
ドレイン領域48を形成することによってドレイン抵抗
を増大し、いっそうの電界緩和を図っている。
実施例 5
第9図は、第8図の構造に、第7図に示した比較的高濃
度のドレイン領域46を追加することによって、サイド
ウオールスペーサ44中に注入、捕獲されたホットキャ
リア電荷によるドレイン抵抗変調効果を低減し、トラン
ジスタ特性変化を減少させる効果を有する。
度のドレイン領域46を追加することによって、サイド
ウオールスペーサ44中に注入、捕獲されたホットキャ
リア電荷によるドレイン抵抗変調効果を低減し、トラン
ジスタ特性変化を減少させる効果を有する。
実施例 6
第10図において、45は中濃度ソース、ドレイン領域
、48は低濃度ソース、ドレイン領域、50は高濃度ソ
ース、ドレイン領域を構成するn型窩濃度多結晶S′i
膜、51は素子間分離用5in2膜を示す。
、48は低濃度ソース、ドレイン領域、50は高濃度ソ
ース、ドレイン領域を構成するn型窩濃度多結晶S′i
膜、51は素子間分離用5in2膜を示す。
本実施例では、高濃度ドレイン領域を基板41上に積み
上げた多結晶Si膜50によって構成することによって
、中濃度ドレイン領域45を実質的に長くし、ドレイン
抵抗を増大し、さらに、低濃度ドレイン領域48を形成
することによってドレイン抵抗をいっそう増大させ、大
きな電界緩和効果を発揮することができる。
上げた多結晶Si膜50によって構成することによって
、中濃度ドレイン領域45を実質的に長くし、ドレイン
抵抗を増大し、さらに、低濃度ドレイン領域48を形成
することによってドレイン抵抗をいっそう増大させ、大
きな電界緩和効果を発揮することができる。
実施例 7
第11図は、第10図の中濃度ドレイン領域45を深く
する(47)ことによって、深さ方向の電界を緩和し、
従って基板内部の電界を緩和することができる。この効
果により、本実施例は、第9図より大きな電界緩和効果
を有する。
する(47)ことによって、深さ方向の電界を緩和し、
従って基板内部の電界を緩和することができる。この効
果により、本実施例は、第9図より大きな電界緩和効果
を有する。
実施例 8
第12図は、第10図の構造に加えて、比較的高濃度の
ドレイン領域46を形成した例であり、サイドウオール
スペーサ44中に注入、捕獲されたホットキャリア電荷
によるドレイン抵抗変調効果を低減でき、従ってトラン
ジスタ特性変化が少ない構造である。
ドレイン領域46を形成した例であり、サイドウオール
スペーサ44中に注入、捕獲されたホットキャリア電荷
によるドレイン抵抗変調効果を低減でき、従ってトラン
ジスタ特性変化が少ない構造である。
実施例 9
第13図は、第11図の構造に比較的高濃度のドレイン
領域46を形成した例であり、第12図の実施例と同様
に、ドレイン抵抗変調効果が小さく、従ってトランジス
タ特性変化を小さくできる。
領域46を形成した例であり、第12図の実施例と同様
に、ドレイン抵抗変調効果が小さく、従ってトランジス
タ特性変化を小さくできる。
本発明によれば、従来のLDD型トランジスタのドレイ
ン抵抗を増大させ、このため、基板内部(ソース−ドレ
イン間)の電界を緩和させながら、LDD固有のg、変
調効果を低く維持できる。従って、基板内部の高電界で
発生するホットキャリアによるトランジスタ特性劣化を
低減し、高信頼度なトランジスタを実現する効果を有す
る。
ン抵抗を増大させ、このため、基板内部(ソース−ドレ
イン間)の電界を緩和させながら、LDD固有のg、変
調効果を低く維持できる。従って、基板内部の高電界で
発生するホットキャリアによるトランジスタ特性劣化を
低減し、高信頼度なトランジスタを実現する効果を有す
る。
第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例のLDD
型MOSトランジスタを示す製造工程断面図、第2図は
従来および本発明のLDD型トランジスタのストレス電
圧印加によるg、劣化量の時間依存性を比較して示す図
、第3図は従来のLDD型トランジスタの断面図、第4
図は低濃度ドレイン領域の表面不純物濃度とストレス電
圧印加によるg、劣化の関係を示す図、第5図は低濃度
ドレイン領域の表面不純物濃度とドレイン耐圧の関係を
示す図、第6図(a)〜(d)は第1図(a)〜(d)
とは異なる実施例の製造方法を示す工程断面図、第7図
〜第13図はそれぞれ本発明の別の実施例のLDD型M
OSトランジスタの断面構造図である。 1.21.41・・・p型Si基板 2.22.42・・・ゲート酸化膜 3.23.43.132・・・多結晶Siゲート電極4
.24・・・リンのイオン打ち込み 5.25・・・リンドープ層 6.26.45.123・・・中濃度ソース、ドレイン
領域7.27.11,44・・・Si○2サイドウオー
ルスペーサ8.28・・・ボロンのイオン打ち込み9.
29・・・ボロンドープ層 10.31.48・・・低濃度ソース、ドレイン領域1
2.32・・・ヒ素のイオン打ち込み13.33・・・
ヒ素ドープ層 14.34.50・・・高濃度ソース、ドレイン領域3
0.49・・・p型不純物領域 46・・・比較的高濃度の中濃度ドレイン領域47・・
・深い中濃度ソース、ドレイン領域51・・・素子間分
離用SiO2膜 111・・・従来の標準LDD構造 112・・・従来の高濃度LDD構造 113・・・従来の低濃度LDD構造 114・・・新構造LDD構造
型MOSトランジスタを示す製造工程断面図、第2図は
従来および本発明のLDD型トランジスタのストレス電
圧印加によるg、劣化量の時間依存性を比較して示す図
、第3図は従来のLDD型トランジスタの断面図、第4
図は低濃度ドレイン領域の表面不純物濃度とストレス電
圧印加によるg、劣化の関係を示す図、第5図は低濃度
ドレイン領域の表面不純物濃度とドレイン耐圧の関係を
示す図、第6図(a)〜(d)は第1図(a)〜(d)
とは異なる実施例の製造方法を示す工程断面図、第7図
〜第13図はそれぞれ本発明の別の実施例のLDD型M
OSトランジスタの断面構造図である。 1.21.41・・・p型Si基板 2.22.42・・・ゲート酸化膜 3.23.43.132・・・多結晶Siゲート電極4
.24・・・リンのイオン打ち込み 5.25・・・リンドープ層 6.26.45.123・・・中濃度ソース、ドレイン
領域7.27.11,44・・・Si○2サイドウオー
ルスペーサ8.28・・・ボロンのイオン打ち込み9.
29・・・ボロンドープ層 10.31.48・・・低濃度ソース、ドレイン領域1
2.32・・・ヒ素のイオン打ち込み13.33・・・
ヒ素ドープ層 14.34.50・・・高濃度ソース、ドレイン領域3
0.49・・・p型不純物領域 46・・・比較的高濃度の中濃度ドレイン領域47・・
・深い中濃度ソース、ドレイン領域51・・・素子間分
離用SiO2膜 111・・・従来の標準LDD構造 112・・・従来の高濃度LDD構造 113・・・従来の低濃度LDD構造 114・・・新構造LDD構造
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1導電型の半導体基体の上に絶縁膜を介して設け
たゲート電極と、該ゲート電極の両側の上記半導体基体
表面領域に設けた上記第1導電型とは反対導電型の第2
導電型のソース、ドレイン領域を少なくとも有する半導
体装置において、上記ソース、ドレイン領域のうち少な
くともドレイン領域が、上記ゲート電極から離れる方向
に中、低、高の順に変化する不純物濃度分布を有するこ
とを特徴とする半導体装置。 2、第1導電型の半導体基体上にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、該ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工
程と、上記ゲート電極をマスクとして上記半導体基体に
上記第1導電型と反対導電型の第2導電型の不純物をド
ープして、上記ゲート電極直下を除く上記半導体基体表
面領域に第2導電型の中濃度ソース、ドレイン領域のう
ち少なくとも中濃度ドレイン領域を形成する工程と、上
記ゲート電極とその側壁に形成したサイドウォールスペ
ーサとをマスクとして上記半導体基体に第1導電型の不
純物をドープして、上記第2導電型の不純物がドープさ
れた上記半導体基体表面の不純物濃度を濃度補償によっ
て実質的に低減させて低濃度ソース、ドレイン領域のう
ち少なくとも低濃度ドレイン領域を形成する工程と、上
記ゲート電極とサイドウォールスペーサとをマスクとし
て上記半導体基体に第2導電型の不純物をドープするこ
とにより高濃度ソース、ドレイン領域を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 3、上記ゲート電極とその側壁に形成した上記サイドウ
ォールスペーサとをマスクとして上記第1導電型の不純
物をドープして上記低濃度ソース、ドレイン領域のうち
少なくとも低濃度ドレイン領域を形成し、続いて上記ゲ
ート電極と上記サイドウォールスペーサとをマスクとし
て上記第2導電型の不純物をドープして上記高濃度ソー
ス、ドレイン領域を形成することを特徴とする特許請求
の範囲第2項記載の半導体装置の製造方法。 4、上記ゲート電極とその側壁に形成した上記サイドウ
ォールスペーサとをマスクとして上記第1導電型の不純
物をドープして上記低濃度ソース、ドレイン領域のうち
少なくとも低濃度ドレイン領域を形成し、次に、上記サ
イドウォールスペーサの側壁に第2のサイドウォールス
ペーサを形成し、上記ゲート電極、上記サイドウォール
スペーサおよび第2のサイドウォールスペーサとをマス
クとして上記第2導電型の不純物をドープして上記高濃
度ソース、ドレイン領域を形成することを特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61209448A JPS6366967A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61209448A JPS6366967A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6366967A true JPS6366967A (ja) | 1988-03-25 |
Family
ID=16573032
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61209448A Pending JPS6366967A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6366967A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH02280342A (ja) * | 1989-04-20 | 1990-11-16 | Mitsubishi Electric Corp | M0s型半導体装置及びその製造方法 |
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KR100304974B1 (ko) * | 1993-03-11 | 2001-11-30 | 김영환 | 모스트랜지스터제조방법 |
-
1986
- 1986-09-08 JP JP61209448A patent/JPS6366967A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100304974B1 (ko) * | 1993-03-11 | 2001-11-30 | 김영환 | 모스트랜지스터제조방법 |
US5650340A (en) * | 1994-08-18 | 1997-07-22 | Sun Microsystems, Inc. | Method of making asymmetric low power MOS devices |
US5780912A (en) * | 1994-08-18 | 1998-07-14 | Sun Microsystems, Inc. | Asymmetric low power MOS devices |
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US6300662B1 (en) * | 1996-10-01 | 2001-10-09 | Analog Devices, Inc. | Electronic programmable read-only-memory including a charge storage capacitor coupled to the gate electrode |
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