JP2000507390A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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彰 広木
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Abstract

(57)【要約】 本発明の半導体装置は、ソース拡散層(2)の下の半導体基板(1)の不純物濃度がp型不純物拡散層(6)のソース側における不純物濃度よりも低くなるように形成される。従って、本発明の半導体装置では、ソースと基板との間のpn接合の接合容量が、従来のLDC構造に比べて小さい。概して、装置の速度は、負荷容量と装置の電流値の逆数とを一緒に掛け合わせて得られる積に比例する。従って、本発明を、電圧がソースと基板との間の領域に印加されるNAND型CMOS回路のような回路に適用する場合には、装置の速度は低減されない。一方、装置の電力消費は、負荷容量と印加電圧の2乗とを一緒に掛け合わせて得られる積に比例する。従って、本発明によれば、低消費電力で動作可能な半導体装置が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称 半導体装置及びその製造方法技術分野 本発明は、微細な金属−酸化物−半導体(MOS)型半導体装置を実現するた めに、低消費電力で動作可能な高信頼性の高速な半導体集積回路に関する。背景技術 近年、さらに高集積化されたVLSIを実現するために、そのようなVLSI に使用可能なMOS型半導体装置のサイズは、ますます減少されている。その結 果、現時点で利用可能な装置は、ハーフミクロン領域或いはサブハーフミクロン 領域の最小サイズで形成されている。しかし、このような微細サイズの装置が形 成されると、そのような装置の電気特性が短チャネル効果やホットキャリア効果 によって劣化し易くなり、それによって装置の信頼性に深刻な影響を与えている 。 一方、拡大するマルチメディア社会に十分に適用可能なVLSI技術を開発す るためには、半導体装置が高速動作だけではなく、低消費電力化を実現しなけれ ばならない。 ホットキャリア劣化や短チャネル効果により生じる劣化に対する装置の耐性を 改善し、且つその駆動能力を改善するために、非対称な不純物プロファイルをチ ャネルに有するMOS型半導体装置が提案されている。例えば、1991 Symposium on VLSI Technology,pp.113-114に、T.Matsui等によって、横方向ドープチャネ ル(LDC)構造が提案されている。 図14は、LDC構造を有するMOS型半導体装置の断面図である。 この半導体装置は、半導体基板1に形成されたn型高濃度ソース拡散層2及び n型高濃度ドレイン拡散層3と、半導体基板1の上に形成されたゲート酸化膜4 と、ゲート酸化膜4の上に形成されたゲート電極5と、ソース拡散層2とドレイ ン拡散層3との間のチャネル領域及びソース拡散層2の下部における半導体基板 1の内部に設けられたp型高濃度拡散層6’と、を有している。p型拡散層6’ は、その不純物濃度がソース側からドレイン側へ単調に減少することを特徴とし ている。この構造において、ソース側のp型拡散層6’の不純物濃度を高濃度に することで、短チャネル効果に対する装置の耐性を向上させることが可能である 。さらに、ドレイン側のp型拡散層6’の不純物濃度を低濃度にすることで、ド レイン近傍に発生する高電界を低減し、それによってホットキャリアの発生を抑 制することが可能である。このため、従来構造の低ドープドレイン(LDD)構 造がこの装置には必要なく、それによって高駆動能力を達成している。 しかし、この構造は、クォータミクロン或いはそれ以下のオーダのサイズを有 する領域に形成されるMOS型半導体装置には、適していない。これは、図14 に示したLDC構造を有するMOS型半導体装置は、以下の問題点を有している からである。 (1)ソース拡散層の下部にp型高濃度拡散層が形成され、且つ、短チャネル 効果を抑制するために該p型拡散層の不純物濃度は1×1018cm-3以上である 。その結果、ソースと基板との間のpn接合の寄生容量が、従来構造に比べて好 ましくなく増大する。一般に、MOS型半導体装置の速度は、飽和電流値の逆数 と負荷容量とを一緒に掛け合わせて得られる積に比例する。従って、LDC構造 を有する半導体装置の場合のように、ソースと基板との間のpn接合に大きな寄 生容量を有するそのような半導体装置が、NAND型CMOS回路のようなソー スと基板との間の領域に電圧が印加される回路に適用されると、装置の速度が好 ましくなく低減される。一方、MOS型半導体装置の消費電力は、負荷容量と印 加電圧の2乗とを一緒に掛け合わせて得られる積に比例する。従って、回路の消 費電力は好ましくなく増加する。 (2)閾値電圧の制御及び短チャネル効果の抑制のためのp型拡散層は基板の 表面に達し、チャネル領域のソース側の基板表面の不純物濃度は、基板表面の近 傍で1×1018cm-3である。この結果、キャリアの移動度が、不純物散乱によ りソース側で顕著に劣化する。MOS型半導体装置の電流値はソース側における キャリアの挙動で決定されるので、飽和電流値が低下する。 (3)クォータミクロン或いはそれ以下のオーダのサイズを有する装置が形成 されると、閾値電圧が低下し、装置は短チャネル効果によって深刻な影響を受け るようになる。短チャネル効果は、実効チャネル長、及びソース拡散層とドレイ ン拡散層との間の接合深さに、依存する。LDC構造では、ソース拡散層とドレ イン拡散層との間に深い接合深さを有するので、クォータミクロン或いはそれ以 下のオーダのサイズを有する領域では、閾値電圧の低下が抑制されない。 (4)LDC構造を有する半導体装置の製造において、ソース側にp型拡散層 が形成されるときに、ドレイン電極をマスクするいう付加的なプロセスステップ が必要である。 以上の理由から、従来のMOS型半導体装置の製造技術では、クォータミクロ ン或いはそれ以下のオーダのサイズを有する領域には、高信頼性の高速半導体装 置をできない。発明の開示 本発明のMOS型半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、該半導体基板の 主面領域に形成された第2導電型の第1のソース拡散層と、該半導体基板の該主 面領域に形成され、該第1のソース拡散層から離れている第2導電型の第1のド レイン拡散層と、該半導体基板内に形成され、該第1のソース拡散層と該第1の ドレイン拡散層との間に位置するチャネル領域と、該チャネル領域の上に設けら れたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、該チャネ ル領域内に形成され、且つチャネル長方向に沿って不均一な不純物濃度プロファ イルを持つ、第1導電型の不純物拡散層であって、該第1のソース拡散層に隣接 する領域の不純物濃度が該第1のドレイン拡散層に近い領域の不純物濃度よりも 高い、第1導電型の不純物拡散層と、を備えている。この半導体装置において、 該第1のソース拡散層の直下における該半導体基板の不純物濃度が、該第1導電 型の不純物拡散層のソース側の不純物濃度よりも低い。 ある実施形態では、前記第1導電型の不純物拡散層は、前記チャネル領域の表 面領域に設けられた第1導電型の表面拡散層を含む。 他の実施形態では、MOS型半導体装置は、前記チャネル領域の両端部に形成 された1対の第2導電型の第2のソース/ドレイン拡散層をさらに含む。この半 導体装置において、該一対の第2導電型の第2のソース/ドレイン拡散層は、1 ×1019cm-3以上の不純物濃度を持ち、該第1のソース/ドレイン拡散層の接 合深さよりも浅い接合深さを持つ。 さらに他の実施形態では、MOS型半導体装置は、前記チャネル領域の両端部 に形成された1対の第2導電型の第2のソース/ドレイン拡散層をさらに含む。 この半導体装置において、該一対の第2導電型の第2のソース/ドレイン拡散層 は、1×1019cm-3以上の不純物濃度を持ち、該第1のソース/ドレイン拡散 層の接合深さよりも浅い接合深さを持つ。 さらに他の実施形態では、前記第1のソース/ドレイン拡散層は、それぞれ前 記ゲート電極の両端部の下の領域まで延びている。 さらに他の実施形態では、MOS型半導体装置は、前記第2のソース/ドレイ ン拡散層の下に形成され、前記第1のソース拡散層の側部及び前記ドレイン拡散 層の側部にそれぞれ接する1対の第1導電型の不純物拡散層をさらに含む。 本発明の他の局面によれば、MOS型半導体装置の製造方法が提供される。こ の方法は、第1導電型の半導体基板の上に第1の絶縁膜、及びゲート電極として 使用される導電性膜を順次堆積し、それによって多層膜を形成する工程と、該多 層膜の所定部分を、該第1の絶縁膜が露出するまで選択的にエッチングし、それ によって該ゲート電極を形成する工程と、第1導電型のイオン種を該ゲート電極 をマスクとして使用してイオン注入し、それによって閾値ポテンシャルを制御す る拡散層を形成する工程と、を含む。 ある実施形態では、前記イオン種は、前記イオン注入工程において、前記半導 体基板の主面に垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを含む平面に平行で 、且つ、該半導体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いた方向で、 該半導体基板に注入される。 他の実施形態では、前記イオン種は、前記イオン注入工程において、前記半導 体基板の主面に垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを含む平面に平行で 、且つ、該半導体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いた方向で、 該半導体基板に注入され、それによって、閾値ポテンシャルを制御するための前 記拡散層の不純物濃度を該チャネル長方向に沿って不均一にする。 さらに他の実施形態では、MOS型半導体装置の製造方法は、前記ゲート電極 をマスクとして使用して第2導電型のイオン種を注入し、それによって第2導電 型の第2のソース/ドレイン拡散層を形成する工程と、前記半導体基板及び該ゲ ート電極の上に第2の絶縁膜を堆積させる工程と、該ゲート電極の側面に該第2 の絶縁膜が残るように該第2の絶縁膜を異方性エッチングする工程と、該ゲート 電極及び該第2の絶縁膜をマスクとして使用して第2導電型のイオン種を注入し 、それによって第2導電型の第1のソース/ドレイン拡散層を形成する工程と、 を含む。 さらに他の実施形態では、MOS型半導体装置の製造方法は、前記ゲート電極 をマスクとして使用し、前記半導体基板の主面に垂直でチャネル長方向に平行で あって且つ該半導体基板の該主面に垂直な直線に対して7度以上傾いた方向で、 第1導電型のイオン種を該半導体基板に注入して、それによって、閾値ポテンシ ャルを制御するための第1導電型の非対称拡散層を形成する工程と、該半導体基 板の該主面に垂直で該チャネル長方向に平行であって且つ該半導体基板の該主面 に垂直な直線に対して7度以上傾いた方向で、第2導電型のイオン種を該半導体 基板に注入して、それによって、第2導電型の第2のソース/ドレイン拡散層を 形成する工程と、該半導体基板及び該ゲート電極の上に第2の絶縁膜を堆積する 工程と、該ゲート電極の側面に該第2の絶縁膜が残るように該第2の絶縁膜を異 方性エッチングする工程と、該ゲート電極及び該第2の絶縁膜をマスクとして使 用して第2導電型のイオン種を注入し、それによって、該第2のソース/ドレイ ン拡散層の接合深さよりも深い接合深さを有する第2導電型の第1のソース/ド レイン拡散層を形成する工程と、を含む。この方法では、該第2のソース/ドレ イン拡散層を形成する該イオン注入工程は、ソース側からの注入ドーズ量がドレ イン側からの注入ドーズ量よりも多くなって、該第2のソース/ドレイン拡散層 が非対称な濃度プロファイルを有するように、実施される。 本発明のさらに他の局面によるMOS型半導体装置は、第1導電型の半導体基 板と、該半導体基板の主面領域に形成された第2導電型の第1のソース拡散層と 、該半導体基板の該主面領域に形成され、該第1のソース拡散層から離れている 第2導電型の第1のドレイン拡散層と、該半導体基板内に形成され、該第1のソ ー ス拡散層と該第1のドレイン拡散層との間に位置するチャネル領域と、該チャネ ル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に設けられたゲー ト電極と、該第1のソース拡散層と該第1のドレイン拡散層との間に形成され、 該第1のソース拡散層及び該半導体基板の該主面に接し、且つ該第1のソース拡 散層の接合深さよりも浅い接合深さを有する、第2導電型の第2のソース拡散層 と、該第1のソース拡散層と該第1のドレイン拡散層との間に形成され、該第1 のドレイン拡散層及び該半導体基板の該主面に接し、且つ該第1のドレイン拡散 層の接合深さよりも浅い接合深さを有する、第2導電型の第2のドレイン拡散層 と、を含む。この半導体装置では、該第2導電型の第2のソース拡散層のチャネ ル長方向に沿った長さは、該第2導電型の第2のドレイン拡散層のチャネル長方 向に沿った長さよりも短い。 ある実施形態では、第2導電型の前記第2のソース拡散層及び前記第2のドレ イン拡散層の不純物濃度は、1×1019cm-3以上である。 他の実施形態では、MOS型半導体装置は、前記チャネル領域内に形成され、 チャネル長方向に沿って不均一な不純物濃度プロファイルを持つ第1導電型の不 純物拡散層であって、前記第1のソース拡散層に隣接する部分の不純物濃度が前 記第1のドレイン拡散層により近い部分の不純物濃度よりも高い、第1導電型の 不純物拡散層をさらに含む。この半導体装置では、該第1のソース拡散層の直下 における該半導体基板の不純物濃度が、該第1導電型の拡散層のソース側の不純 物濃度よりも低い。 本発明のさらに他の局面によれば、MOS型半導体装置の製造方法が提供され る。この方法は、第1導電型の半導体基板の上に第1の絶縁膜、及びゲート電極 として使用される導電性膜を順次堆積し、それによって多層膜を形成する工程と 、該多層膜の所定部分を、該第1の絶縁膜が露出するまで選択的にエッチングし 、それによって該ゲート電極を形成する工程と、第2導電型のイオン種を該ゲー ト電極をマスクとして使用してイオン注入し、それによって第2導電型の第1の ソース/ドレイン拡散層を形成する工程と、該ゲート電極の側面にサイドウォー ルスペーサを形成する工程と、該ゲート電極と該サイドウォールスペーサとをマ スクとして使用して、該半導体基板の主面に垂直な直線とチャネル長方向に延び る 直線とを含み且つ該半導体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いて いる平面内において、該半導体基板にソース側から第2導電型のイオン種をイオ ン注入し、それによって該第1のソース/ドレイン拡散層の接合深さよりも深い 接合深さを有する第2導電型の第2のソース/ドレイン拡散層を形成し、該第2 導電型の第2のソース拡散層の該チャネル長方向の長さを該第2導電型の第2の ドレイン拡散層の該チャネル長方向の長さよりも短くする、工程と、を含む。 ある実施形態では、MOS型半導体装置の製造方法は、前記ゲート電極と前記 サイドウォールスペーサとをマスクとして使用して、前記半導体基板の前記主面 に垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを含み且つ該半導体基板の該主面 に垂直な該直線に対して7度以上傾いている平面内において、該半導体基板にド レイン側から第2導電型のイオン種をイオン注入する工程をさらに含む。この方 法では、前記ソース側からのイオン注入ドーズ量が、該ドレイン側からのイオン 注入ドーズ量よりも多い。 他の実施形態では、前記ゲート電極を形成する工程の実行後であって前記サイ ドウォールスペーサを形成する工程の実行前において、該ゲート電極をマスクと して使用して、前記半導体基板の前記主面に垂直な直線とチャネル長方向に延び る直線とを含み且つ該半導体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾い ている平面内において、該半導体基板にソース側から第1導電型のイオン種をイ オン注入することにより、不純物濃度が該チャネル長方向に沿って不均一である 拡散層が形成される。 さらに他の実施形態では、前記ゲート電極を形成する工程の実行後であって前 記サイドウォールスペーサを形成する工程の実行前において、前記ゲート電極を マスクとして使用して第1導電型のイオン種をイオン注入し、それによって浅い 接合深さを有する前記第1のソース/ドレイン拡散層の下部に第1導電型の拡散 層を形成する。 さらに他の実施形態では、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングにより前 記第1の絶縁膜が露出するまでエッチングして前記ゲート電極を形成する工程の 実行後に、該ゲート電極をマスクとして使用して、前記半導体基板の前記主面に 垂直で前記チャネル長方向に平行で且つ該半導体基板の該主面に垂直な直線に対 して7度以上傾いている平面内において、該半導体基板にソース側から第1導電 型のイオン種をイオン注入する工程を実行し、不純物濃度が該チャネル長方向に 非対称である閾値ポテンシャルを制御する拡散層と浅い接合深さを有する前記第 1のソース/ドレイン拡散層の下の第2導電型の拡散層とを同時に形成する。 本発明のさらに他の局面によるMOS型半導体装置は、第1導電型の半導体層 と、該半導体層を支持する基板と、該半導体層の主面領域に形成された第2導電 型のソース拡散層と、該半導体層の該主面領域に形成され、該ソース拡散層から 離れている第2導電型のドレイン拡散層と、該半導体層内に形成され、該ソース 拡散層と該ドレイン拡散層との間に位置するチャネル領域と、該チャネル領域の 上に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と 、該チャネル領域内に形成され、チャネル長方向に沿って不均一な不純物濃度プ ロファイルを持つ第1導電型の不純物拡散層であって、該ソース拡散層に隣接す る部分の不純物濃度が該ドレイン拡散層に隣接する部分の不純物濃度よりも高い 、第1導電型の不純物拡散層と、を含む。この半導体装置では、該ソース拡散層 の直下における該半導体層の不純物濃度が、該第1導電型の拡散層のソース側の 不純物濃度よりも低い。 ある実施形態では、前記基板が絶縁性表面を有する基板である。 他の実施形態では、前記基板は、その表面に絶縁膜を半導体基板であり、前記 半導体層は、該半導体基板の該表面の該絶縁膜の上に形成されたエピタキシャル 層から形成されている。 これより、ここに記載される本発明は、短チャネル効果に対する大きな耐性を 有する高信頼性で高速の半導体装置、及びその製造方法を提供するという効果を 可能にする。図面の簡単な説明 以下のような添付の図面を参照すれば、本発明は、より容易に理解され、且つ 、その様々な目的及び効果が当業者に明らかになるであろう。 図1は、本発明の第1の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図2は、本発明の第2の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図3は、本発明の第3の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図4は、本発明の第4の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図5は、本発明の第5の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図6は、本発明の第6の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図7は、本発明の第7の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図8は、本発明の第8の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図9Aから9Cは、本発明の第9の実施例における半導体装置を製造するため の各プロセスステップを示す断面図である。 図10A及び10Bは、本発明の第10の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図11Aから11Cは、本発明の第11の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図12Aから12Cは、本発明の第12の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図13Aから13Cは、本発明の第13の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図14は、従来の半導体装置を示す断面図である。 図15は、本発明の第3の実施例による不純物プロファイルのシミュレーショ ン結果を示す2次元断面図である。 図16は、本発明の第3の実施例による不純物プロファイルのシミュレーショ ン結果を1次元的に示すグラフである。 図17は、本発明の第3の実施例による半導体装置の実測I−V特性を示すグ ラフである。 図18は、本発明の第3の実施例による半導体装置のチャネルの表面領域にお けるポテンシャル分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図19は、本発明の第3の実施例による半導体装置のチャネルの表面領域にお ける電界分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図20は、本発明の第3の実施例による半導体装置のチャネルの表面領域にお ける電子の速度のシミュレーション結果を示すグラフである。 図21は、本発明の第3の実施例による半導体装置のチャネルの表面領域にお ける電子の密度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図22は、本発明の第3の実施例による半導体装置の相互コンダクタンスの実 測結果を示すグラフである。 図23は、本発明の第14の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図24は、本発明の第15の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図25は、本発明の第16の実施例における半導体装置を示す断面図である。 図26A及び26Bは、本発明の第17の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図27Aから27Cは、本発明の第18の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図28Aから28Cは、本発明の第19の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図29Aから29Cは、本発明の第20の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図30Aから30Cは、本発明の第21の実施例における半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 図31は、本発明の第22の実施例における半導体装置を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態 本明細書では、半導体装置のチャネル領域のうち、ソース拡散層に隣接する位 置からチャネル領域の中央までの部分を、「チャネル領域のソース側部分」と呼 ぶ。一方、チャネル領域のうち、ドレイン拡散層に隣接する位置からチャネル領 域の中央までの部分を、「チャネル領域のドレイン側部分」と呼ぶ。 本発明の半導体装置においては、チャネル領域に形成され不純物拡散層の存在 のために、チャネル領域の不純物濃度が、チャネル長方向に沿って変化している 。より詳細には、チャネル領域の不純物は、ソース拡散層からドレイン拡散層に 向かってその濃度が低下するように分布している。このため、ソース拡散層とド レイン拡散層との間の領域に電圧が印加されると、チャネル領域のソース側部分 に 形成される電界は、チャネル領域の不純物濃度がチャネル長方向に沿って均一な 場合に比較して高くなる。この点については、後に図19を参照しながら詳細に 説明する。 チャネル領域のソース側部分の電界をこのように高くすることによって、チャ ネル領域のソース側部分で、キャリアが速度オーバーシュートを起こす。「速度 オーバーシュート」とは、キャリアが電界から非平衡な高いエネルギーを得て、 不純物散乱等によってキャリアの速度にいくらかの損失が生じる前に飽和速度( 或いは平衡状態の速度)よりも高い速度で輸送されるキャリアの状態を言う。飽 和電流値は、チャネル領域のソース側部分でのキャリア速度とキャリア密度とを 一緒に掛け合わせて得られる積で決まる。本発明では、チャネル領域のソース側 部分において速度オーバーシュートを引き起こすことにより、飽和電流値が、従 来の半導体装置で得られるものよりも高く設定され得る。従来の半導体装置では 、そのような速度オーバーシュートがチャネル領域のドレイン側部分でのみ生じ ていたために、速度オーバーシュートは、飽和電流の増加に寄与していなかった 。 以下に、添付の図面を参照しながら、本発明の半導体装置及びその製造方法の 好適な実施形態を説明する。実施例1 図1は、本発明の第1の実施例の半導体装置を示す断面図である。本半導体装 置は、図1に示されるように、p型半導体基板1と、半導体基板1の主面領域に 形成されたn型高濃度ソース拡散層2及びn型の高濃度ドレイン拡散層3と、半 導体基板1内に形成され、ソース拡散層2とドレイン拡散層3との間に位置する チャネル領域と、を備えている。チャネル領域の上にはゲート絶縁膜4が設けら れ、ゲート絶縁膜4の上にはゲート電極5が設けられている。 また、チャネル領域内には、p型不純物拡散層6が形成されている。p型不純 物拡散層6において、不純物濃度プロファイルはチャネル長方向に沿って不均一 である。本実施例では、ソース拡散層2に隣接する部分の不純物濃度(約4×1 017cm-3)がドレイン拡散層3に近い部分の不純物濃度(約1×1016cm-3 )よりも高くなるように、チャネル領域の不純物濃度が設定されている。この 構造では、ソース拡散層2とドレイン拡散層3とは、半導体基板1の主面に垂直 な平面に関して対称になるように位置しているが、チャネル領域内の不純物プロ ファイルは、その平面に関して非対称になっている。この非対称なプロファイル は、p型不純物拡散層6によって形成されている。 本実施例では、ソース拡散層2の直下における半導体基板1の不純物濃度は約 1×1017cm-3であり、p型不純物拡散層6のソース側の不純物濃度よりも低 く維持されている。ソース拡散層2の直下の半導体基板1の不純物濃度は、従来 のLDC構造におけるソース拡散層の直下の半導体基板の不純物濃度(1×1018 cm-3以上)よりも低い。このため、図1に示される半導体装置のソースと基 板との間のpn接合の容量は、LDC構造を持つ従来の半導体装置よりも小さい 。一般に、半導体装置の速度は負荷容量と電流の逆数とを一緒に掛け合わせて得 られる積に比例する。従って、本実施例の半導体装置がソースと基板との間の領 域に電圧が印加されるNAND型CMOS回路に適用される場合でも、装置の速 度は低下されない。また、半導体装置の消費電力は負荷容量と印加電圧の2乗と を一緒に掛け合わせて得られる積に比例する。従って、本実施例の半導体装置は 、低消費電力で動作する。 さらに、チャネル領域のソース側の不純物濃度は、ドレイン側の不純物濃度よ りも高く形成されている。その結果、不純物がチャネル領域に均一に分布してい る場合に比べて、チャネル領域内でチャネル長方向に生成される電界成分は、ソ ース側では増加するがドレイン側では減少する。MOS型半導体装置の飽和電流 は、ソース側の電界に支配されるので、本発明によれば、飽和電流を増加させて 、高速の半導体装置を実現することができる。また、ホットキャリアの発生レー トはドレイン側の電界に支配されるので、本発明によれば、ホットキャリアの発 生レートを低減して、高信頼性の半導体装置を実現することができる。実施例2 図2は、本発明の第2の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である。図 2において、参照番号は以下のものを示す。1はp型(第1導電型)半導体基板 であり、2はn型ソース拡散層であり、3はn型ドレイン拡散層であり、4はゲ ート酸化膜であり、5はゲート電極であり、6はp型不純物拡散層であり、7は p型低濃度拡散層である。ここで、以下の実施例2〜22を通じて、図1に示さ れる半導体装置の各要素に対応する同様の要素は、同一の参照符号で示される。 本実施例において、p型不純物拡散層6は、第1の実施例と同様に、ソース側 の不純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高くなるようにチャネル長方向に 沿って不均一な不純物濃度プロファイルを有している。第2の実施例の半導体装 置は、基板の表面近傍のチャネル領域に不均一な不純物プロファイルを有したp 型低濃度(1×1016cm-3)拡散層7が形成されている点で、図1の半導体装 置と異なっている。p型低濃度拡散層7の不純物濃度は、好ましくは、基板表面 の近傍において、おおよそ1×1015から1×1016cm-3の範囲内にある。 従来のLDC構造では、短チャネル効果を抑制するため、閾値電圧を制御する ためのp型不純物拡散層の不純物濃度は、基板表面の近傍で1×1018cm-3に まで達する。このため、キャリアの移動度が、不純物散乱によりソース側で極端 に劣化する。MOS型半導体装置の電流値はソース側におけるキャリアの挙動に よって決定されるので、従来のLDC構造においては、電流値が低下し、高い駆 動能力を有する高速半導体装置を実現することが困難である。しかし、本実施例 の半導体装置では、基板表面近傍のチャネル領域のソース側部分の不純物濃度は 、比較的低く(約1×1016cm-3以下)に設定されていて、キャリアの移動度 は劣化せず、高い駆動能力を有する高速半導体装置の実現が可能である。 さらに、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向に沿って不均一な不純物濃度 プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高 い。従って、本実施例の半導体装置では、第1の実施例と同様に、ホットキャリ アの発生が抑制され得る。実施例3 図3は、本発明の第3の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である。図 3において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型)半導 体基板であり、2は第1のn型ソース拡散層であり、3は第1のn型ドレイン拡 散層、4はゲート酸化膜であり、5はゲート電極であり、6はp型不純物拡散層 であり、8は第2のn型ソース/ドレイン拡散層である。 図3に示されるように、p型不純物拡散層6はチャネル長方向に沿って不均一 な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純物 濃度よりも高い。また、ソース拡散層2の下部の半導体基板1の不純物濃度が、 p型不純物拡散層6のソース側の不純物濃度よりも低く形成されている。 図3の装置で特徴的なことは、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不純物 濃度が1×1019cm-3以上で、且つこれらの拡散層8の厚さ(接合深さD2) が、第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3の厚さ(接合深 さD1)よりも小さいことである。このため、ソース/ドレイン拡散層からチャ ネル長方向へのポテンシャル曲線の広がりが効果的に抑制され、クォータミクロ ン以下のオーダのサイズを有する領域で問題となる初期特性の閾値ポテンシャル の劣化が抑制される。さらに、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8は1×1019 cm-3以上の不純物濃度を有するので、高い駆動能力を有し、寄生抵抗による 駆動能力の低下を招くことなく短チャネル効果に対する高い耐性を有する半導体 装置が実現され得る。また、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向にそって不 均一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不 純物濃度よりも高い。従って、第1の実施例の半導体装置のちょうど同じように 、第3の実施例の半導体装置もまた高信頼性である。さらに、ソース拡散層2の 下の半導体基板1の不純物濃度は、p型不純物拡散層6のソース側の不純物濃度 よりも低く設定されている。従って、本実施例の半導体装置はまた、低い消費電 力で動作できる。 図15は、本実施例の半導体装置の不純物濃度プロファイルをプロセスシミュ レータで解析して得られた結果を示す2次元断面図である。このシミュレーショ ンでは、サンプル半導体装置として、ゲート電極の長さが0.15μmでゲート 酸化膜の膜厚が4nmであるnチャネル型MOSFETを用いている。シュミレ ーションに用いた各製造条件は、次の通りである。 ゲート電極をマスクとして使用し、加速エネルギー80keVを印加し且つ注 入ドーズ量を1.0×1013cm-2に設定して、半導体基板に7度の角度でB F2イオンを注入することによって、閾値ポテンシャル制御用の拡散層が形成さ れる。加速エネルギー10keVを印加し且つ注入ドーズ量を1.0×1014c m-2に設定しながら砒素イオンを半導体基板に注入することによって、浅いソー ス/ドレイン拡散層が形成される。その後に、ゲート側壁を80nmに形成する 。それから、ゲート電極とゲート側壁とをマスクとして使用し、加速エネルギー 40keVを印加し且つ注入ドーズ量を6.0×1015cm-2に設定して、半導 体基板に砒素イオンを注入することによって、ソース/ドレイン拡散層が形成さ れ、それから、温度1050℃で10秒間の熱処理が行われる。 この断面図から、以下の特徴が分かる。第1の特徴は、ソース/ドレイン拡散 層の下のp型不純物拡散層の不純物濃度が3.0×1017cm-3以下であること にある。第2の特徴は、チャネルの表面領域のp型不純物拡散層の不純物濃度が チャネル長方向に不均一なプロファイルを有し、且つソース側の不純物濃度がド レイン側の不純物濃度よりも高く形成されていることにある。さらに、第3の特 徴は、浅いソース/ドレイン拡散層の下に3.0×1017cm-3以上の高濃度の p型不純物拡散層が形成されていることにある。 まず、ソース/ドレイン拡散層の下のp型不純物拡散層の不純物濃度が3.0 ×1017cm-3以下であるという第1の特徴からもたらされる効果を、説明する 。従来例のLDC構造では、ソース拡散層の下のp型不純物拡散層の不純物濃度 は比較的高く、すなわち2.0×1018cm-3以上である。pn接合の接合容量 は、不純物濃度の平方根に比例する。従って、本実施例では、のソースと基板と の間のpn接合の寄生容量は、従来のLDC構造における値の40%以下である 。一般に、MOS型半導体装置の速度は、電流の逆数と負荷容量とを一緒に掛け 合わせて得られる積に比例する。従って、本実施例の半導体装置が、ソースと基 板との間の領域に電圧が印加されるNAND型CMOS回路に適用される場合、 LDC構造を有する装置とは異なって、装置の速度は低減されない。 次に、チャネルの表面領域のp型不純物拡散層の不純物濃度がチャネル長方向 に不均一なプロファイルを有し、且つソース側の不純物濃度がドレイン側の不純 物濃度よりも高く形成されているという第2の特徴からもたらされる効果を、説 明する。チャネルの表面領域のp型不純物拡散層の不純物濃度を詳細に分析する ために、チャネルの表面領域の不純物プロファイルのシミュレーション結果を1 次元的に図16に示す。チャネルの表面領域のp型不純物拡散層の不純物(ボロ ン)濃度は、ソース側で3.0×1017cm-3である。しかし、ドレイン側では 、濃度は1.0×1016cm-3のオーダまで低下する。従って、チャネルの表面 領域でのp型不純物拡散層の不純物濃度プロファイルが、横方向で非対称になっ ている。実効チャネル長は、0.09μmである。 図17は、第3の実施例の半導体装置の実測された電気的特性を示す。図17 で、ドレイン電流のドレイン電圧依存性を、ゲート電圧をパラメータとしてプロ ットしてある。チャネルの表面領域のp型不純物拡散層のそのような非対象な不 純物濃度プロファイルからもたらされる効果を分析するために、p型不純物拡散 層がチャネルの表面近傍でチャネル長方向にそって対称な不純物濃度プロファイ ルを有するMOSFETも、サンプルとして製作されている。図17で、本発明 の非対称MOSFETの電流値が実線で示され、対称MOSFETの電流値が破 線で示されている。両方のMOSFETは約0.2Vの等しい閾値電圧を有して いる。本発明の非対称MOSFETの電流値が、通常の対称MOSFETの電流 値よりも大きいことが明らかである。ドレイン電圧が1.5Vでゲート電圧が1 .0Vであると、本発明の非対称MOSFETの飽和電流値は、対称MOSFE Tの飽和電流値より34%増加している。 本発明のMOSFETの電流値が対称MOSFETの電流値から増加する弧と を示す測定結果が、モンテカルロ・デバイスシミュレーション法によって解析さ れる。 図18は、デバイスシミュレーション法によって得られるチャネルの表面領域 のでのポテンシャル分布を示すグラフである。ドレイン電圧が1.5Vで、ゲー ト電圧が1.0Vである。図18で、本発明のMOSFETのポテンシャル分布 は実線で示され、対称MOSFETのポテンシャル分布が破線で示されている。 ソース電極とドレイン電極とが入れ換えられてソース電極に1.5Vの電圧が印 加されている場合の本発明のMOSFETでのポテンシャル分布もまた、「逆」 と示された実線によってプロットされている。本発明のMOSFETでは、ポテ ンシャルは、対称MOSFETのポテンシャル分布に比べて、ソース側で増加し ている。これは、本発明のMOSFETではチャネルの表面領域でのp型不純物 拡散層の不純物濃度が非対称、すなわち、対称MOSFETのチャネルの表面近 傍のp型不純物拡散層の不純物濃度に比べてソース側で高くドレイン側で低く、 そのために本発明のMOSFETではソース側のポテンシャル変化が、対称MO SFETに比べて大きいからである。このことは、ソース電極に1.5Vの電圧 が印加されている逆モードでは、本発明のMOSFETのポテンシャル分布が対 称MOSFETのポテンシャル分布よりも低くなっていることからも、裏付けら れる。 図19は、チャネルの表面領域での電界分布のシミュレーション結果を示す。 本発明のMOSFETでは、電界は、対称MOSFETの電界に比べて、ソース 側で高くドレイン側で低い。これは、図18に示されるように、本発明のMOS FETではポテンシャル分布の変化がソース側でより大きいからである。ソース 側での電界レベルは6.0×104V/cmに達する。電界分布におけるこの相 違は、チャネル内の電子の速度に影響する。 図20は、チャネル内の電子の平均速度のシミュレーション結果を示す。本発 明のMOSFETのチャネル内の電子の平均速度は、対称MOSFETの電子の 平均速度に比べて、ソース側で高くなっている。ゲート電極の端から64nm離 れた位置で、平均速度は1.0×107cm/sに達している。ドレイン側の平 均速度は、両方のMOSFETで実質的に等しく、すなわち1.2×107cm /sよりも高くなっている。 一方、チャネルの表面領域での電子密度は、図21に示すように、本発明のM OSFET及び対称MOSFETの両方で実質的に同じである。MOSFETの 電流値は、チャネル内の電子の平均速度と電荷とを一緒に掛け合わせて得られる の積として表現されるので、以上の解析結果を考慮すれば、本発明のMOSFE Tの電流値が対称MOSFETの電流値に比べて大きいことを示す測定結果が良 く理解できる。 さらに、本発明の半導体装置の駆動能力を調べるために、長さ0.1μmのゲ ート電極を有するMOSFETの相互コンダクタンスが測定されている。図22 は、ドレイン電圧1.5Vが印加される場合における相互コンダクタンスの実測 値を示す。本発明の非対称MOSFETの相互コンダクタンスは、ゲートポテン シャルが0.85Vのときに最大値423mS/mmに達している。同じ値のゲ ート電圧が印加されると、対称MOSFETの相互コンダクタンスは345mS /mmである。 これらの測定びシミュレーション結果から、チャネルの表面領域でのp型不純 物拡散層の不純物濃度がチャネル長方向に不均一なプロファイルを有し、ソース 側の不純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高くなっているMOSFETで は、ドレイン電流値が大きく、本発明のMOSFETは高駆動能力を含む優れた 特性を有している。 図19の電界分布に示されるように、本発明の非対称MOSFETのドレイン 側での電界は、対称MOSFETの電界に比べて小さく、ホットキャリアの発生 が抑制されて、本発明のMOSFETはホットキャリア効果に対して高い耐性を 有している。実施例4 図4は、本発明の第4の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である。図 4において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型)半導 体基板であり、2は第1のn型ソース拡散層であり、3は第1のn型ドレイン拡 散層であり、4はゲート酸化膜であり、5はゲート電極であり、6はp型不純物 拡散層であり、7はp型低濃度不純物拡散層であり、8は第2のn型ソース/ド レイン拡散層である。 図4に示されるように、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向にそって不均 一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純 物濃度よりも高くなっている。また、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不 純物濃度が1.0×1019cm-3以上に設定され、且つこれら拡散層8の厚さ( 接合深さD2)は第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3の 厚さ(接合深さD1)よりも小さい。 図4に示される装置は、基板表面の近傍におけるチャネル領域に不均一な不純 物プロファイルを有したp型低濃度不純物拡散層7が形成されていることで特徴 付けられる。従来のLDC構造では、短チャネル効果を抑制するため、閾値電圧 を制御するためのp型不純物拡散層のソース側での不純物濃度は、基板表面の近 傍で高い値、すなわち1.0×1018cm-3以上に設定される。このため、キャ リアの移動度が、不純物散乱によりソース側で極端に劣化する。MOS型半導体 装置の電流値はソース側におけるキャリアの挙動によって決定されるので、従来 のLDC構造においては、電流値が低下し、高い駆動能力を有する高速半導体装 置を得ることができない。しかし、本発明によれば、基板表面近傍の領域の不純 物濃度は、より低く、例えば約1.0×1017cm-3に設定されていて、キャリ アの移動度は劣化せず、従って高い駆動能力を有する高速半導体装置が得られる 。加えて、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の厚さ(接合深さD2)が、第 1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3の厚さ(接合深さD1 )よりも小さく設定されている。このため、ソース/ドレイン拡散層からチャネ ル長方向へのポテンシャル曲線の広がりが効果的に抑制され、クォータミクロン 以下のオーダのサイズを有する領域で問題となる初期特性の閾値ポテンシャルの 劣化が抑制される。さらに、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8は1.0×1 018cm-3以上の不純物濃度を有するので、高い駆動能力を有し、寄生抵抗によ る駆動能力の低下を招くことなく短チャネル効果に対する高い耐性を有する半導 体装置が実現され得る。加えてp型不純物拡散層6は、チャネル長方向に沿って 不均一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の 不純物濃度よりも高い。従って、本実施例の半導体装置は、第1の実施例の半導 体装置とちょうど同様に、高信頼性である。実施例5 図5は、本発明の第5の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である。図 5において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型)半導 体基板であり、2は第1のn型ソース拡散層であり、3は第1のn型ドレイン拡 散層であり、4はゲート酸化膜であり、5はゲート電極であり、6はp型不純物 拡散層であり、8は第2のn型ソース/ドレイン拡散層である。 図5に示されるように、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向に沿って不均 一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純 物濃度よりも高くなっている。また、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不 純物濃度が1.0×1019cm-3以上に設定され、且つこれら拡散層8の厚さ( 接合深さD2)は、第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3 の厚さ(接合深さD1)よりも小さく設定されている。さらに、ソース拡散層2 の下の半導体基板1の不純物濃度が、p型不純物拡散層6のソース側の不純物濃 度よりも低く設定されている。 図5に示されている半導体装置は、第1のn型ソース拡散層2と第1のn型ド レイン拡散層3とがゲート電極5の両端部の真下の領域に達するように形成され ていることを特徴としている。従って、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8に はゲート電極が完全にオーバーラップしている。その結果、第2のn型ソース/ ドレイン拡散層では寄生抵抗は生じない。 さらに、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不純物濃度が1.0×1019 cm-3以上に設定され、且つ第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の厚さ(接合 深さD2)は第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3の厚さ (接合深さD1)よりも小さく(浅く)設定されている。このため、ソース/ド レイン拡散層からチャネル長方向へのポテンシャル曲線の広がりが効果的に抑制 され、クォータミクロン以下のオーダのサイズを有する領域で問題となる初期特 性の閾値ポテンシャルの劣化が抑制される。さらに、第2のn型ソース/ドレイ ン拡散層8は1.0×1019cm-3以上の不純物濃度を有するので、高い駆動能 力を有し、寄生抵抗による駆動能力の低下を招くことなく短チャネル効果に対す る高い耐性を有する半導体装置が実現され得る。また、p型不純物拡散層6は、 チャネル長方向にそって不均一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不 純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高い。従って、第1の実施例の半導体 装置とちょうど同じように、本実施例の半導体装置もまた高信頼性である。さら に、ソース拡散層2の下の半導体基板1の不純物濃度は、p型不純物拡散層6の ソース側の不純物濃度よりも低く設定されている。従って、本実施例の半導体装 置は、低い消費電力で高速動作できる。実施例6 図6は、本発明の第6の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である。図 6において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型)半導 体基板であり、2は第1のn型ソース拡散層であり、3は第1のn型ドレイン拡 散層であり、4はゲート酸化膜であり、5はゲート電極であり、6はp型不純物 拡散層であり、7はp型低濃度不純物拡散層であり、8は第2のn型ソース/ド レイン拡散層である。 図6に示されるように、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向に沿って不均 一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純 物濃度よりも高くなっている。また、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不 純物濃度が1.0×1019cm-3以上に設定され、且つこれら拡散層8の厚さ( 接合深さD2)は、第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3 の厚さ(接合深さD1)よりも小さく(浅く)設定されている。 図6に示されている半導体装置は、第1のn型ソース拡散層2と第1のn型ド レイン拡散層3とがゲート電極5の両端部の真下の領域まで延びるように形成さ れていることを特徴としている。従って、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8 にはゲート電極が完全にオーバーラップしている。その結果、第2のn型ソース /ドレイン拡散層8では寄生抵抗は生じない。図6に示されている半導体装置は また、不均一な不純物プロファイルを有するp型不純物拡散層7が基板表面の近 傍のチャネル領域に形成されていることを特徴としている。従来のLDC構造に おいて、短チャネル効果を抑制するために、閾値電圧制御用のp型不純物拡散層 のソース側の不純物濃度は、高い値、すなわち1.0×1018cm-3以上に設定 されている。従って、キャリアの移動度が、不純物散乱によりソース側で極端に 劣化する。MOS型半導体装置の電流値はソース側におけるキャリアの挙動によ って決定されるから、従来構造において電流値は低下し、ゆえに高駆動能力を有 する高速な半導体装置は得られない。しかしながら、本発明においては、基板表 面近傍の領域における不純物濃度は低く設定されているため、キャリアの移動度 は劣化せず、ゆえに高駆動能力を有する高速な半導体装置が得られる。さらに、 第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の厚さ(接合深さD2)は、第1のn型ソ ース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3の厚さ(接合深さD1)よりも小 さく設定されている。従って、ソース/ドレイン拡散層からチャネル長方向への ポテンシャル曲線の広がりが効果的に抑制され、クォータミクロン以下のオーダ のサイズを有する領域で問題となる初期特性の閾値ポテンシャルの劣化が、抑制 される。さらに、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8は、1.0×1019cm-3 以上の不純物濃度を有するので、高い駆動能力を有し、寄生抵抗による駆動能 力の低下を招くことなく短チャネル効果に対する高い耐性を有する半導体装置が 、実現され得る。また、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向にそって不均一 な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純物 濃度よりも高い。従って、第1の実施例の半導体装置とちょうど同じように、本 実施例の半導体装置は高信頼性である。実施例7 図7は、本発明の第7の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である。図 7において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型)半導 体基板であり、2は第1のn型ソース拡散層であり、3は第1のn型ドレイン拡 散層であり、4はゲート酸化膜であり、5はゲート電極であり、6はp型不純物 拡散層であり、8は第2のn型ソース/ドレイン拡散層であり、9は第2のp型 高濃度不純物拡散層である。 図7に示されるように、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向に沿って不均 一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純 物濃度よりも高くなっている。また、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不 純物濃度が1×1019cm-3以上に設定され、且つこれら拡散層8の厚さ(接合 深さD2)は、第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3の厚 さ(接合深さD1)よりも小さく設定されている。さらに、ソース拡散層2の下 の半導体基板1の不純物濃度は、p型不純物拡散層6のソース側の不純物濃度よ りも低く設定されている。 図7に示されている半導体装置は、第2のp型高濃度不純物拡散層9が第1の n型ソース拡散層2の側部と第1のn型ドレイン拡散層3の側部とに接触するよ うに、第2のソース/ドレイン拡散層8の下部に形成されていることを特徴とし ている。このため、ソース/ドレイン拡散層からチャネル長方向へのポテンシャ ル曲線の広がりが効果的に抑制され、クォータミクロン以下のオーダのサイズを 有する領域で問題となる初期特性の閾値ポテンシャルの劣化が、抑制される。さ らに、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8は1.0×1019cm-3以上の不純 物濃度を有するので、高い駆動能力を有し、寄生抵抗による駆動能力の低下を招 くことなく短チャネル効果に対する高い耐性を有する半導体装置が、実現され得 る。また、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向にそって不均一な不純物濃度 プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高 い。従って、本実施例の半導体装置は、第1の実施例の半導体装置とちょうど同 じように高信頼性である。さらに、ソース拡散層2の下の半導体基板1の不純物 濃度はp型不純物拡散層6のソース側の不純物濃度よりも低く設定されている。 従って、本実施例の装置の高速動作は、低消費電力で実現される。実施例8 図8は、本発明の第8の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である。図 8において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型)半導 体基板であり、2は第1のn型ソース拡散層であり、3は第1のn型ドレイン拡 散層であり、4はゲート酸化膜であり、5はゲート電極であり、6はp型不純物 拡散層であり、7はp型低濃度不純物層であり、8は第2のn型ソース/ドレイ ン拡散層であり、9はp型高濃度不純物拡散層である。 図8に示されるように、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向に沿って不均 一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純 物濃度よりも高くなっている。また、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不 純物濃度が1.0×1019cm-3以上に設定され、且つこれら拡散層8の厚さ( 接合深さD2)は、第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3 の厚さ(接合深さD1)よりも小さく設定されている。 図8に示されている半導体装置は、第2のp型高濃度不純物拡散層9が、第1 のn型ソース拡散層2の側部と第1のn型ドレイン拡散層3の側部とに接触する ように、第2のソース/ドレイン拡散層8の下部に形成されていることを特徴と している。このため、ソース/ドレイン拡散層からチャネル長方向へのポテンシ ャル曲線の広がりが効果的に抑制され、クォータミクロン以下のオーダのサイズ を有する領域で問題となる初期特性の閾値ポテンシャルの劣化が、抑制される。 図8に示されている半導体装置はまた、均一な不純物プロファイルを有するp 型不純物拡散層7が、基板表面の近傍のチャネル領域に形成されていることを特 徴としている。従来のLDC構造において、短チャネル効果を抑制するために、 閾値電圧制御用のp型不純物拡散層のソース側の不純物濃度は、高い値、すなわ ち1.0×1018cm-3以上に設定されている。従って、キャリアの移動度が、 不純物散乱によりソース側で極端に劣化する。MOS型半導体装置の電流値はソ ース側におけるキャリアの挙動によって決定されるから、従来構造において電流 値は低下し、ゆえに高駆動能力を有する高速な半導体装置は得られない。しかし ながら、本発明においては、基板表面近傍の領域における不純物濃度は低く設定 されているため、キャリアの移動度は劣化せず、ゆえに高駆動能力を有する高速 な半導体装置が得られる。また、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の厚さ( 接合深さD2)は、第1のn型ソース拡散層2及び第1のn型ドレイン拡散層3 の厚さ(接合深さD1)よりも小さく設定されている。従って、ソース/ドレイ ン拡散層からチャネル長方向へのポテンシャル曲線の広がりが、効果的に抑制さ れ、クォータミクロン以下のオーダのサイズを有する領域で問題となる初期特性 の閾値ポテンシャルの劣化が、抑制される。さらに、第2のn型ソース/ドレイ ン拡散層8は1.0×1019cm-3以上の不純物濃度を有するので、高い駆動能 力を有し、寄生抵抗による駆動能力の低下を招くことなく短チャネル効果に対す る高い耐性を有する半導体装置が実現され得る。また、p型不純物拡散層6は、 チャネル長方向にそって不均一な不純物濃度プロファイルを有し、ソース側の不 純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高い。従って、本発明の半導体装置は 、第1の実施例の半導体装置とちょうど同じように高信頼性である。実施例9 図9Aから図9Cは、本発明の第9の実施例による半導体装置を製造するため の各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図9Aに示すように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸化膜4 を形成し、その上にゲート電極5として用いられる導電性膜を堆積し、多層膜を 形成する。この多層膜の所定の部分を、フォトリソグラフィ及び異方性エッチン グによりゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート電極5( ゲート長:0.25μm)を形成する。その後、第1導電型(p型)の不純物イ オン、例えば、BF2イオンが、ゲート電極5をマスクとして用い、80KeV の注入エネルギーを印加しながら、約1.5×1013cm-2の注入ドーズ量で注 入される。それにより、閾値ポテンシャルを制御するためのp型不純物拡散層1 1を形成する。この場合、p型不純物拡散層11の接合深さは、最終的には約1 00nmになり、p型不純物拡散層11の不純物濃度は、約3×1017〜1×1 018cm-3の範囲になる(不純物濃度は、約1×1017〜3×1018cm-3の範 囲にあることが好ましい)。 次に、図9Bに示されるように、酸化膜を約80nmの厚さに堆積した後、異 方性ドライエッチングによって、酸化膜がゲート電極5の側部にのみ残るように 部分的に酸化膜を除去し、それによりゲート側壁(サイドウォールスペーサ)1 2を形成する。堆積する酸化膜の厚さを調整することによって、サイドウォール スペーサ12の厚さを制御することができる。 次に、図9Cに示されるように、ゲート電極5及びサイドウォールスペーサ1 2をマスクとして、40KeVの注入エネルギーを印加しながら、注入ドーズ量 を約6×1015cm-2に設定して、第2導電型(n型)の不純物イオン、例えば 、ヒ素イオンを注入し、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3を形成する。この 場合、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3の接合深さは、最終的には約150 nmになり、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3の不純物濃度は、約1×1020 〜3×1020cm-3の範囲になる(不純物濃度は、約1×1020〜5×1020 cm-3の範囲にあることが好ましい)。しかし、ソース拡散層2及びドレイン拡 散層3の不純物濃度並びに接合深さは、形成すべき半導体装置の用途及びサイズ に応じて、適宜、選択され得る。 本実施例の製造方法は、ゲート電極5をマスクとして用いて第1導電型(p 型)のイオン種を注入することにより、閾値ポテンシャルを制御するp型不純物 拡散層11を形成することを特徴としている。その結果、不均一な不純物濃度プ ロファイルを有する拡散層を、チャネル内に容易に形成することができる。さら に、p型不純物拡散層11を形成するためのイオン注入はゲート電極を形成した 後に行われるので、チャネル中央部にはp型不純物拡散層11を形成するための 不純物が注入されず、チャネル中央部の不純物濃度はソース側の不純物濃度に比 べて低くなる。従って、均一に不純物が拡散された拡散層を有する従来の半導体 装置に比べて、ゲートと基板との間の容量が小さくなり、それゆえに高駆動能力 を有する半導体装置を容易に製造することができる。 本願明細書においては、ソース拡散層2の端部からp型不純物拡散層11の端 部までの距離(基板表面近傍においてチャネル長方向に沿って計測された長さ) を、「p型不純物拡散層11の長さ」と呼ぶことにする。本実施例において、各 p型不純物拡散層11の長さは、約100nmである。各p型不純物拡散層11 の長さは、サイドウォールスペーサの厚さを調整することによって、ある程度ま で制御され得るが、p型及びn型不純物の横方向の拡散距離によっても変化する 。各p型不純物拡散層11の長さは、電界効果移動度を減少させないためには、 ゲート長の約5〜10%の範囲内にあることが好ましい。実施例10 図10A及び10Bは、本発明の第10の実施例による半導体装置を製造する ための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図10Aに示すように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸化膜 4を形成し、その上にゲート電極5として用いられる導電性膜を堆積し、多層膜 を形成する。この多層膜の所定の部分をフォトリソグラフィ及び異方性エッチン グにより、ゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート電極5 (ゲート長:0.20μm)を形成する。その後、ゲート電極5をマスクとして 用い、80KeVの注入エネルギーを印加しながら、注入ドーズ量を約1.5× 1013cm-2に設定し、注入角度を7度以上、例えば7度に設定して、第1導電 型(p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを注入して、p型不純物拡 散層11を形成する。この場合、p型不純物拡散層11の接合深さ及び不純物濃 度は、第9の実施例で述べた範囲内にあるのが好ましい。本願明細書では、「注 入角度」とは、半導体基板1の主面に垂直な線とイオンビームの方向との間に形 成される角度を指すものとする。 次に、図10Bに示すように、40KeVの注入エネルギーを印加し、注入ド ーズ量を約6×1015cm-2に設定して、第2導電型(n型)の不純物イオン、 例えばヒ素イオンを注入し、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3を形成する。 この場合、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3の接合深さは、最終的には約1 50nmになり、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3の不純物濃度は、約1× 1020〜3×1020cm-3になる。 本実施例の半導体装置の製造方法は、ゲート電極5をマスクとして用い、注入 角度を7度以上に設定して第1導電型(p型)のイオン種を注入することによっ て、p型不純物拡散層11を形成することを特徴としている。7度以上の角度で 不純物イオンを注入することにより、不均一な不純物濃度プロファイルを有する 拡散層を、チャネル領域のより内部に形成することができる。また、ヒ素イオン を注入する前にサイドウォールスペーサを形成する必要がなくなる。さらに、p 型不純物拡散層11を形成するためのイオン注入がゲート電極を形成した後に行 われるので、チャネル中央部にはp型不純物拡散層11を形成するための不純物 イオンは注入されず、チャネル中央部の不純物濃度はソース側の不純物濃度に比 べて低くなる。従って、均一に不純物が拡散された拡散層を有する従来の半導体 装置に比べて、ゲートと基板との間の容量が小さくなり、それゆえに高駆動能力 を有する半導体装置を容易に製造することができる。実施例11 図11Aから図11Cは、本発明の第11の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図11Aに示すように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸化膜 4を形成し、その上にゲート電極5として用いられる導電性膜を堆積し、多層膜 を形成する。この多層膜の所定の部分を、フォトリソグラフィ及び異方性エッチ ングによりゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート電極5 (ゲート長:0.15μm)を形成する。 その後、ゲート電極5をマスクとして用い、80KeVの注入エネルギーを印 加しながら、注入ドーズ量を約1.5×1013cm-2に設定し、注入角度を7度 以上、例えば7度に設定して、第1導電型(p型)の不純物イオン、例えば、B F2イオンを注入して、ソース側のみにp型不純物拡散層11を形成する。本実 施例では、p型不純物拡散層11の接合深さは約100nmであり、その不純物 濃度は約1×1018cm-3となる。 次に、図11Bに示されるように、酸化膜を約80nmの厚さに堆積した後、 異方性ドライエッチングにより、酸化膜がゲート電極5の側部のみに残るように 酸化膜を部分的に除去し、ゲート側壁(サイドウォールスペーサ)12を形成す る。 次に、図11Cに示されるように、40KeVの注入エネルギーを印加しなが ら、注入ドーズ量を約4×1015cm-2に設定して、第2導電型(n型)の不純 物イオン、例えば、ヒ素イオンを注入し、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3 を形成する。この場合、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3の接合深さは、最 終的には約120nmになり、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3の不純物濃 度は、約1×1020〜3×1020cm-3の範囲になる。 本実施例の半導体装置の製造方法は、ゲート電極5をマスクとして用いて注入 角度を7度以上に設定して第1導電型(p型)のイオン種をソース側から注入す ることによって、p型不純物拡散層11をソース側のみに形成することである。 その結果、チャネル内で不均一な不純物プロファイルを有しており、ソース側の 不純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高い非対称な拡散層を、余分なマス ク工程を行うことなく容易に形成することができる。 さらに、7度以上の角度で第1導電型のイオン種を注入することによって、拡 散層11の厚さ(接合深さ)を、ソース拡散層2の厚さ(接合深さ)よりも小さ く設定することができる。その結果、ソース拡散層2の直下部の半導体基板1の 領域の不純物濃度が、非対称な濃度プロファイルを有する拡散層11のソース側 の不純物濃度よりも低くなる。本実施例では、ソース拡散層2の直下部の半導体 基板1の領域における不純物濃度は、約1×1017〜2×1017cm-3の範囲内 にある。 この製造方法によれば、図1の半導体装置を簡単に形成することができる。実施例12 図12Aから図12Cは、本発明の第12の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図12Aに示すように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸化膜 4を形成し、その上にゲート電極5として用いられる導電性膜を堆積し、多層膜 を形成する。この多層膜の所定の部分を、フォトリソグラフィ及び異方性エッチ ングによりゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート電極5 (ゲート長:0.15μm)を形成する。本実施例では、ゲート酸化膜4の厚さ は4nmであり、ゲート電極5として用いられる導電膜は多結晶シリコンから形 成している。 その後、ゲート電極5をマスクとして用い、10KeVの注入エネルギーを印 加しながら、注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定して、第2導電型(n型 )の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを注入して、第2導電型(n型)の第2 のソース/ドレイン拡散層8を形成する。 次に、図12Bに示されるように、80KeVの注入エネルギーを印加しなが ら、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定し、注入角度を7度以上、例えば 7度に設定して、第1導電型(p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを 注入し、p型不純物拡散層6をソース側のみに形成する。 次に、図12Cに示されるように、酸化膜を約80nmの厚さに堆積した後、 異方性ドライエッチングにより、酸化膜がゲート電極5の側部にのみ残るように 酸化膜を部分的に除去し、それによりゲート側壁(サイドウォールスペーサ)1 2を形成する。 その後、40KeVの注入エネルギーを印加しながら、注入ドーズ量を約6× 1015cm-2に設定して第2導電型(n型)の不純物イオン、例えば、ヒ素イオ ンを注入してソース拡散層2及びドレイン拡散層3を形成する。 本実施例の半導体装置の製造方法は、ゲート電極5をマスクとして用い、10 KeVの注入エネルギーを印加しながら、約1×1014cm-2に注入ドーズ量を 設定して、第2導電型(n型)のイオン種、例えば、ヒ素イオンを注入すること によって第2導電型(n型)の第2のソース/ドレイン拡散層8を形成する工程 と、ゲート電極5をマスクとして用い、80KeVの注入エネルギーを印加しな がら、約1×1013cm-2に注入ドーズ量を設定し、注入角度を7度以上に設定 して、ソース側から、第1導電型(p型)の不純物イオン、例えばBF2イオン を注入することによってp型不純物拡散層6を形成する工程と、を含んでいるこ とを特徴とする。 図15は、シミュレーションが行われた本実施例による半導体装置の製造工程 中の不純物濃度プロファイルを解析することによって得られたプロセスシミュレ ーション結果を示す2次元断面図である。 この結果から明らかなように、まず第1に、n型ソース/ドレイン拡散層8を 、ゲート電極5をマスクとして用い、10KeVの注入エネルギーを印加しなが ら、注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定してヒ素イオンを注入することに よって形成すると、拡散層8の接合深さは約40nmになる。 第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3の接合深さは約100nmである から、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8からのチャネル方向への静電ポテン シャル曲線の広がりを、従来の装置と比べて十分に抑えることができ、短チャネ ル効果による閾値ポテンシャルの劣化に対して高い耐性を有するMOS型半導体 装置を製造することができる。 さらに、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8の不純物濃度は1×1019cm- 3 以上になる。不純物濃度がこのような値であると、寄生抵抗の低下を招くこと なく、十分に低抵抗を有する第2のn型ソース/ドレイン拡散層8を形成するこ とができる。 図15からさらに分かるように、ゲート電極5をマスクとして用い、80Ke Vの注入エネルギーを印加しながら、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定 し、注入角度を7度以上に設定して、p型の不純物イオン、例えばBF2イオン をソース側から注入することによって、閾値ポテンシャルを制御するためのp 型不純物拡散層6を形成すると、p型不純物拡散層6は、チャネル長方向に不均 一な不純物濃度プロファイルを有するようになり、ソース側の不純物濃度がドレ イン側の不純物濃度より高くなる。この結果をよりはっきりさせるために、図1 6に、チャネルの表面領域における不純物プロファイルのシミュレーション結果 を1次元的に示す。図16に示すように、チャネルの表而領域において、第1導 電型(p型)のボロンイオンの濃度は、ソース側からドレイン側にかけて徐々に 減少している。より具体的には、ソース側の不純物濃度は約4×1017cm-2で あるのに対して、ドレインの端部の不純物濃度は約1×1016cm-3程度の低濃 度である。第3の実施例で述べたように、非対称な濃度プロファイルを有してい るこのような閾値ポテンシャル制御用のp型不純物拡散層は、ソース側での電界 を増大し、電子の速度を増加させる。本実施例で形成される領域のようにクォー タミクロン以下のオーダのサイズを有する領域では、電子の速度にオーバーシュ ートが起こり、ドレイン電流値や相互コンダクタンスを極端に増加させる。 さらに、ゲート電極5をマスクとして用い、80KeVの注入エネルギーを印 加しながら、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定し、注入角度を7度以上 に設定して、ソース側からp型の不純物イオン、例えばBF2イオンを注入する イオン注入工程を行うことによって、閾値ポテンシャルを制御するためのp型不 純物拡散層6が形成され得るだけではなく、第2のn型ソース/ドレイン拡散層 8の下部に、一対のp型高濃度拡散層もまた形成され得る。そのp型高濃度拡散 層の不純物濃度は、ソース側で1×1018cm-3以上で、ドレイン側で3×1017 cm-3以上である。これらのp型高濃度拡散層を形成することによって、第1 のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3からのチャネル方向への静電ポテンシャ ル曲線の広がりが効果的に抑制され、クォータミクロン以下のサイズを有する領 域での短チャネル効果に対して高い耐性を有する半導体装置が実現される。 さらに、第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3の下部のp型不純物イオ ンの濃度は約1×1017cm-3程度で、ソースと基板との間の寄生接合容量は増 大しない。 本実施例の製造方法によると、従来のLDC構造を製造する方法で必要である 付加的なマスク工程を行う必要はない。現時点で利用可能な半導体装置の製造方 法において付加的なマスク工程が要求されれば、VLSIの製造期間を長期化し 、その製造コストを増大させる。しかしながら、本発明の製造方法によると、短 期間に、より低いコストで、請求項3に記載の半導体装置を容易に製造すること ができる。 本実施例では、ゲート電極5をマスクとして用いてn型不純物イオンを注入す ることによって第2のn型ソース/ドレイン拡散層8を形成した後に、p型不純 物イオンを注入することによってp型不純物拡散層6を形成する。しかしながら 、本発明はこれに限定されるものではない。或いは、ゲート電極5をマスクとし て用いてp型不純物イオンを注入することによってp型不純物拡散層6を形成し た後に、n型不純物イオンを注入することによって第2のn型ソース/ドレイン 拡散層8を形成してもよい。実施例13 図13Aから図13Cは、本発明の第13の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図13Aに示すように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸化膜 4を形成し、その上にゲート電極5として用いられる導電性膜を堆積し、多層膜 を形成する。この多層膜の所定の部分を、フォトリソグラフィ及び異方性エッチ ングによりゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート電極5 を形成する。その後、ゲート電極5をマスクとして用い、80KeVの注入エネ ルギーを印加しながら、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定し、注入角度 を7度以上、例えば7度に設定して、第1導電型(p型)の不純物イオン、例え ば、BF2イオンを注入して、p型不純物拡散層11を形成する。 次に、図13Bに示されるように、10KeVの注入エネルギーを印加しなが ら、注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定し、注入角度を7度以上、例えば 7度に設定して、第2導電型(n型)の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンをソ ース側から注入する。その後、10KeVの注入エネルギーを印加しながら、注 入ドーズ量を約2×1013cm-2に設定し、注入角度を7度以上、例えば7度に 設定して、ドレイン側から、第2導電型(n型)の不純物イオン、例えば、 ヒ素イオンを注入する。これらのイオン注入工程を行うことによって、第2導電 型(n型)の第2のソース/ドレイン拡散層8を形成する。 次に、図13Cに示されるように、酸化膜を約80nmの厚さに堆積した後、 異方性ドライエッチングによって、酸化膜がゲート電極5の側部のみに残るよう に酸化膜を部分的に除去し、それによりゲート側壁12を形成する。その後、4 0KeVの注入エネルギーを印加しながら、注入ドーズ量を約6×1015cm-2 に設定して、第2導電型(n型)の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを注入し て、ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成する。 本実施例の製造方法は、ゲート電極5をマスクとして用い、且つ注入角度を7 度以上に設定して第2導電型のイオン種を注入することによって第2導電型の第 2のソース/ドレイン拡散層8を形成する際に、ソース側からの不純物イオンの 注入ドーズ量がドレイン側からの不純物イオンの注入ドーズ量よりも多く設定さ れていることを特徴としている。従って、第2導電型の第2のソース拡散層8の キャリア濃度が、第1導電型の非対称な拡散層11の不純物濃度によって相殺さ れることなく、実効的に高濃度のソース拡散層8を形成することができる。従っ て、浅い接合深さを有する第2のソース拡散層においても、寄生抵抗が劣化しな い。実施例14 図23は、本発明の第14の実施例のMOS型半導体装置を示す断面図である 。図23において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型 )半導体基板であり、2は第1のn型(第2導電型)高濃度ソース拡散層であり 、3は第1のn型高濃度ドレイン拡散層、4はゲート酸化膜であり、5はゲート 電極であり、8aは第2のn型高濃度ソース拡散層であり、8bは第2のn型高 濃度ドレイン拡散層である。 本実施例の半導体装置は、第2のn型ソース拡散層8a及び第2のドレイン拡 散層8bの接合深さ(約40〜50nmの範囲にある)が、第1のn型ソース/ ドレイン拡散層2及び3の接合深さ(約120〜150nmの範囲にある)より も浅く形成されていることと、第2のn型ソース拡散層8aのチャネル長方向の 長さlsが、第2のn型ドレイン拡散層8bのチャネル方向の長さldよりも短 いことと、を特徴としている。本実施例では、長さlsは約0.03μmで、長 さldは約0.05μmである。 第2のn型ソース拡散層8a及び第2のn型ドレイン拡散層8bの接合深さは 第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3の接合深さよりも浅いので、ソース /ドレイン拡散層からチャネル方向へのポテンシャル曲線の広がりが、効果的に 抑制される。従って、従来のLDC又はLDD構造においてクォータミクロン以 下のオーダのディメンジョンを有する領域で問題となる閾値ポテンシャルの劣化 が、抑制される。 一方、一般にMOS型半導体装置では、チャネル長を短くすると、チャネルの 相互コンダクタンスはチャネル長に反比例して小さくなる。しかし、ソース/ド レイン拡散層の寄生抵抗はスケールダウンされず、小さくならない。従って、ク ォータミクロン以下のオーダの微細なサイズを有するMOS型半導体装置の電気 特性及び駆動能力を向上させるためには、ソース/ドレイン拡散層の寄生抵抗を 低減することが必要不可欠な課題である。 ソース/ドレイン拡散層の寄生抵抗を決めるパラメータには、ソース/ドレイ ン拡散層の不純物濃度、ソース/ドレイン拡散層の接合深さ、ソース/ドレイン 拡散層の長さ、並びにソース/ドレイン拡散層の幅が含まれる。本発明の実施例 においては、ソース/ドレイン拡散層の長さが短くなるほど、ソース/ドレイン 拡散層の寄生抵抗は小さくなる。 一方、ソース拡散層の長さとドレイン拡散層の長さとの和は、短チャネル効果 を抑制するためのファクターでもある。すなわち、クォータミクロン以下のオー ダのサイズを有する領域で短チャネル効果を抑制するためには、ソース拡散層の 長さlsとドレイン拡散層の長さldとの和が、ある距離以上であることが必要 である。 ls+ld>2・lmin 回路特性を決定する飽和領域においては、従来の装置では、ドレインコンダク タンスが相互コンダクタンスよりも小さい。このため、飽和電流値及び相互コン ダクタンスは、ソース拡散層の寄生抵抗だけに影響される。従って、ソース拡散 層の長さを零にして且つドレイン拡散層の長さを2・lminにすることで、最 適解が得られる。 ところが、クォータミクロン以下のオーダのサイズを有する領域に形成された 装置では、ドレインコンダクタンスが、相互コンダクタンスに比べて無視できな い。このため、ドレイン拡散層の寄生抵抗が、半導体装置の駆動能力にわずかに 影響する。従って、クォータミクロン以下のオーダの微細なサイズを有するMO S型半導体装置において、ソース拡散層の長さlsとドレイン拡散層の長さld との和を一定に保ちながら、ソース拡散層の長さlsをできるだけ短くすること により、短チャネル効果を抑制しながら、駆動能力を効果的に向上させることが できる。 本実施例では、第2のn型ソース拡散層8aの長さlsが、第2のn型ドレイ ン拡散層8bの長さldよりも短いため、第2のn型ソース拡散層8aの寄生抵 抗が、第2のn型ドレイン拡散層8bの寄生抵抗のレベルよりも低いレベルにな る。従って、駆動能力を低下させることなく、短チャネル効果による閾値ポテン シャルの低下に対して高耐性を有するMOS型半導体装置を、クォータミクロン 以下のオーダのサイズを有する領域で実現することができる。実施例15 図24は、本発明の第15の実施例によるMOS型半導体装置を示す断面図で ある。図24において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導 電型)半導体基板であり、2は第1のn型(第2導電型)の高濃度ソース拡散層 であり、3は第1のn型の高濃度ドレイン拡散層であり、4はゲート酸化膜であ り、5はゲート電極であり、6はp型不純物拡散層であり、8aは第2のn型の 高濃度ソース拡散層であり、8bは第2のn型の高濃度ドレイン拡散層である。 本実施例の半導体装置が、図23の(第14の実施例の)半導体装置と異なる 点は、p型不純物拡散層6がチャネル長方向に不均一な濃度プロファイルを有し 、且つ、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純物濃度よりも高い点である。 図24に示されているp型不純物拡散層6は、図1の半導体装置のp型不純物拡 散層6と同じ機能を持つ。従って、本実施例の半導体装置は、図23の半導体装 置 よりも高い駆動能力を示し、且つ、より高い信頼性で高速にて動作する。実施例16 図25は、本発明の第16の実施例による半導体装置を示す断面図である。図 25において、参照番号は以下のものを指している。1はp型(第1導電型)半 導体基板であり、2は第1のn型(第2導電型)高濃度ソース拡散層であり、3 は第1のn型高濃度ドレイン拡散層であり、4はゲート酸化膜であり、5はゲー ト電極であり、6はp型不純物拡散層であり、8aは第2のn型高濃度ソース拡 散層であり、8bは第2のn型高濃度ドレイン拡散層であり、9はp型高濃度拡 散層である。 本実施例の半導体装置が、図24の半導体装置と異なる点は、p型高濃度不純 物拡散層9が第2のn型高濃度ソース/ドレイン拡散層8aと8bとの下部に形 成されていることである。従って、第7の実施例で説明したように、ソース/ド レイン拡散層からのポテンシャル曲線がチャネル方向へ広がるのを効果的に抑え 、クォータミクロン以下のオーダのディメンジョンを有する領域にて問題となる 閾値ポテンシャルの低下を、より一層抑制することができる。実施例17 図26A及び図26Bは、本発明の第17の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図26Aに示されるように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸 化膜4を形成し、ゲート電極5として使用される導電性膜をその上に堆積して、 多層膜を形成する。多層膜の所定部分を、フォトリソグラフィ及び異方性エッチ ングによりゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート電極5 を形成する。その後、ゲート電極5をマスクとして使用して、第2導電型(n型 )の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、10KeVの注入エネルギーを印加 し且つ注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定して注入し、第2のn型ソース /ドレイン拡散層8a及び8bを形成する。 次に、図26Bに示されるように、酸化膜を約80nmに堆積し、異方性ドラ イエッチングにより、酸化膜がゲート電極5の側部のみに残るように酸化膜の一 部を除去し、ゲート側壁12を形成する。その後、ゲート電極5とゲート側壁1 2とをマスクとして使用して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオン を、40KeVの注入エネルギーを印加し、注入ドーズ量を約6×1015cm- 2 に設定し、且つ注入角度θを7度以上に設定して、ソース側からイオン注入し、 これによって第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成する。 本実施例の製造方法は、ゲート電極5とゲート側壁12とをマスクとして使用 して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注入エ ネルギーを印加し、注入ドーズ量を約6×1015cm-2に設定し且つ注入角度を 7度以上に設定して、ソース側からイオン注入し、第1のn型ソース/ドレイン 拡散層2及び3を形成することを特徴とする。このプロセスステップ中で、不純 物イオンをソース側から7度以上の角度で注入することによって、第1のn型ソ ース/ドレイン拡散層2及び3が形成されるだけではなく、第2のn型ソース/ ドレイン拡散層8a及び8bが、図26Bに示されるように、第2のn型ソース 拡散層8aの長さlsが第2のn型ドレイン拡散層8bの長さldよりも短くな るように形成される。この場合、第2のn型ソース拡散層8aの長さlsは、ゲ ート側壁12の膜厚Lsによって制御され、第2のn型ドレイン拡散層8bの長 さldは、ゲート側壁12の膜厚Lsとゲート電極5の高さと注入角度とで制御 される。本実施例においては、第2のn型ソース拡散層8aの長さlsは、ゲー ト側壁12の膜厚Lsに実質的に等しく約80nmであり、第2のn型ドレイン 拡散層8bの長さldは、ゲート側壁12の膜厚Lsとゲート電極5の高さ(2 50nm)のtan(7°)との和、すなわち80+30=110nmと等しく なる。 すなわち、このプロセスステップを行うことによって、長さls及びldは、 高さLs及び注入角度でそれぞれ独立に制御することができ、その結果、半導体 装置は、より高い短チャネル効果耐性及びより高い駆動能力を示し得る。実施例18 図27Aから図27Cは、本発明の第18の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図27Aに示されるように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸 化膜4を形成し、ゲート電極5として使用される導電性膜をその上に堆積し、多 層膜を形成する。次いで、多層膜の所定部分を、フォトリソグラフィ及び異方性 エッチングによりゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート 電極5を形成する。その後、ゲート電極5をマスクとして使用して、第2導電型 (n型)の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、10KeVの注入エネルギー を印加し且つ注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定して注入し、第2のn型 ソース/ドレイン拡散層8a及び8bを形成する。次に、図27Bに示されるよ うに、側壁酸化膜を約80nmに堆積した後に、異方性ドライエッチングにより 、酸化膜がゲート電極5の側部のみに残るように酸化膜の一部を除去し、ゲート 側壁12を形成する。その後、ゲート電極5とゲート側壁12とをマスクとして 使用して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注 入エネルギーを印加し、注入ドーズ量を約4×1015cm-2に設定し且つ注入角 度を7度以上に設定して、ソース側からイオン注入する。続いて、図27Cに示 されるように、ゲート電極5とゲート側壁12とをマスクとして使用して、第2 導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注入エネルギーを 印加し、注入ドーズ量を約2×1015cm-2に設定し且つ注入角度θを7度以上 に設定して、ドレイン側からイオン注入する。このイオン注入工程を実施するこ とによって、第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成する。 本実施例の製造方法は、ゲート電極5とゲート側壁12とをマスクとして使用 して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注入エ ネルギーを印加し、注入ドーズ量を約4×1015cm-2に設定し且つ注入角度を 7度以上に設定して、ソース側からイオン注入し、さらに、ゲート電極5とゲー ト側壁12とをマスクとして使用して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ 素イオンを、40KeVの注入エネルギーを印加し、注入ドーズ量をソース側か らの注入ドーズ量よりも少ない約2×1015cm-2に設定し、且つ注入角度を7 度以上に設定して、ドレイン側からイオン注入し、第1のn型ソース/ドレイン 拡散層2及び3を形成することを特徴とする。ソース側からのイオン注入の ドーズ量がドレイン側からのイオン注入のドーズ量よりも多いので、第1のn型 ソース拡散層2とゲート側壁12との間のオーバラップ長は、第1のn型ドレイ ン拡散層3とゲート側壁12のオーバラップ長よりも長くなる。その結果、第2 のn型ソース拡散層8aの長さlsが、第2のn型ドレイン拡散層8bの長さ1 dよりも短く形成される。この場合、長さls及びldは、ソース側からの注入 ドーズ量とドレイン側からの注入ドーズ量とを別々の値に設定することで、それ ぞれを独立に制御され得る。現時点で利用可能な半導体製造技術によれば、イオ ン注入プロセスの間に注入ドーズ量を別々に設定することは、容易である。従っ て、注入ドーズ量を異なる値に設定しても、製造プロセスは複雑化されず、半導 体の製造コストや時間は増大されない。 なお、第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成するイオン注入工程 は、逆の順番で行なっても良い。つまり、ソース側からのイオン注入を、ドレイ ン側からのイオン注入の後に行ってもよい。 また、第2のn型ソース拡散層8aの長さlsが第2のn型ドレイン拡散層8 bの長さldよりも短く形成される限りは、異なる注入角度を使用し得る。実施例19 図28Aから図28Cは、本発明の第19の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図28Aに示されるように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸 化膜4を形成し、ゲート電極5となる導電性膜をその上に堆積し、多層膜を形成 する。次いで、前記多層膜の所定の位置を、フォトリソグラフィ及び異方性エッ チングによりゲート酸化膜4が露出するまでエッチングし、ゲート電極5を形成 する。本実施例において、ゲート酸化膜4の厚さは4nmであり、ゲート電極5 のゲート長は0.15μmである。その後、ゲート電極5をマスクとして使用し て、第2導電型(n型)の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、10KeVの 注入エネルギーを印加し且つ注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定してイオ ン注入し、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bを形成する。次に、 図28Bに示されるように、ゲート電極5をマスクとして使用して、第1導電型 (p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを、80KeVの注入エネルギ ーを印加し、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定し且つ注入角度θを7度 以上に設定して、ソース側からイオン注入して、p型不純物拡散層6を形成する 。その後に、図28Cに示されるように、側壁酸化膜を約80nmに堆積し、異 方性ドライエッチングにより、酸化膜がゲート電極5の側部のみに残るように酸 化膜の一部を除去して、ゲート側壁12を形成する。次いで、ゲート電極5とゲ ート側壁12とをマスクとして使用して、第2導電型の不純物イオン、例えば、 ヒ素イオンを、40KeVの注入エネルギーを印加し、注入ドーズ量を約6×1 015cm-2に設定し且つ注入角度θを7度以上に設定して、ソース側からイオン 注入する。このイオン注入工程を実施することによって、第1のn型ソース/ド レイン拡散層2及び3が形成される。 本実施例の製造方法では、ゲート電極5の形成後に、ゲート電極5をマスクと して使用して、第1導電型(p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを、 80KeVの注入エネルギーを印加し、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設 定し且つ注入角度を7度以上に設定して、ソース側からイオン注入し、p型不純 物拡散層6を形成することを特徴とする。ゲート電極5をマスクとして使用して 7度以上の角度でソース側からイオン注入することで、チャネル内のp型不純物 拡散層6の不純物濃度プロファイルが、チャネル長方向に不均一になり、濃度が ソース側でより高く且つドレイン側でより低くなる。本実施例の製造条件では、 チャネル内のp型不純物拡散層6の不純物濃度プロファイルは、図16に示した 濃度プロファイルに、実質的に等しい。すなわち、ソース側の濃度はおよそ3× 1017cm-3であり、ドレイン側の濃度はおよそ1×1016cm-3である。この ような不純物プロファイルを有するMOS型半導体装置では、第3の実施例で述 べたように、ソース側の静電ポテンシャルが上昇して電界が増加し、電子の速度 が上昇する。特に、クオータミクロン以下のオーダの大きさを有する領域に形成 されるMOS型半導体装置では、電子の速度が1×107cm/sを越えて、速 度オーバーシュートを起こす。その結果、従来のMOS型半導体装置に比べて、 電流値や駆動能力が大幅に改善される。 本実施例の製造方法は、ゲート電極5とゲート側壁12とをマスクとして使用 して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注入エ ネルギーを印加して、注入ドーズ量を約6×1015cm-2に設定し且つ注入角度 を7度以上に設定して、ソース側からイオン注入し、第1のn型ソース/ドレイ ン拡散層2及び3を形成することを、さらに特徴とする。この工程を行うことに よって、第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成すると同時に、図2 8Cに示されるように第2のn型ソース拡散層8aの長さlsが第2のn型ドレ イン拡散層8bの長さldよりも短くなるように、第2のn型ソース/ドレイン 拡散層8a及び8bが形成される。この場合、第2のn型ソース拡散層8aの長 さlsは、ゲート側壁12の膜厚Lsと注入角度とで制御され、第2のn型ドレ イン拡散層8bの長さldは、ゲート側壁12の膜厚Ls、ゲート電極5の高さ 、及び注入角度で制御される。本実施例においては、第2のn型ソース拡散層8 aの長さlsは、ゲート側壁12の膜厚Lsより短い約50nmであり、第2の n型ドレイン拡散層8bの長さldは、ゲート側壁12の膜厚Lsとゲート電極 5の高さ(250nm)のtan(7°)との和、すなわち80+30=110 nmと等しくなる。一方、垂直にイオン注入することで第1のn型ソース/ドレ イン拡散層2及び3を形成した場合は、第2のn型ソース拡散層8aの長さls はゲート側壁12の膜厚Lsとほぼ等しく、80nmになる。従って、本実施例 の第2のn型ソース拡散層8aの寄生抵抗は、垂直イオン注入によって形成され る第2のn型ソース拡散層の寄生抵抗の5/8に低減される。クオータミクロン 以下のオーダの大きさを有する領域に形成されるMOS型半導体装置では、ソー ス拡散層の寄生抵抗は、電流値や駆動能力の劣化を引き起こす。特に本実施例の ようにソース側にp型高濃度不純物拡散層6が形成される場合、ソース拡散層の 寄生抵抗が増加する。従って、本実施例では第2のn型ソース拡散層8aの寄生 抵抗が低減するので、クオータミクロン以下の大きさを有する領域に形成される MOS型半導体装置の電流値や駆動能力が、大幅に改善され得る。 なお、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bを形成するイオン注入 工程とp型不純物拡散層6を形成するイオン注入工程とは、逆の順番で実施され 得る。実施例20 図29Aから図29Cは、本発明の第20の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図29Aに示されるように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸 化膜4を形成し、ゲート電極5となる導電性膜をその上に堆積し、多層膜を形成 する。多層膜の所定部分を、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングによりゲ ート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート電極5を形成する。 本実施例において、ゲート酸化膜4の厚さは4nmであり、ゲート電極5のゲー ト長は0.15μmである。その後、ゲート電極5をマスクとして使用して、第 2導電型(n型)の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、10KeVの注入エ ネルギーを印加し且つ注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定してイオン注入 し、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bを形成する。 次に、図29Bに示されるように、ゲート電極5をマスクとして使用して、第 1導電型(p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを、80KeVの注入 エネルギーを印加し且つ注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定してイオン注 入し、第2導電型のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bの下部に、p型高 濃度拡散層9を形成する。 次に、図29Cに示されるように、酸化膜を約80nmに堆積し、異方性ドラ イエッチングにより、酸化膜がゲート電極5の側部のみに残るように、酸化膜の 一部を除去して、ゲート側壁12を形成する。その後、ゲート電極5とゲート側 壁12とをマスクとして使用して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イ オンを、40KeVの注入エネルギーを印加し、注入ドーズ量を約6×1015c m-2に設定し且つ注入角度θを7度以上に設定して、ソース側から注入する。こ のイオン注入工程を行うことによって、第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及 び3を形成する。 本実施例の製造方法は、ゲート電極5の形成後に、ゲート電極5をマスクとし て使用して、第1導電型(p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを、8 0KeVの注入エネルギーを印加し且つ注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設 定してイオン注入し、第2導電型のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8b の下部に、p型高濃度拡散層9を形成することを特徴とする。本実施例のプロセ ス条件下でp型高濃度拡散層9を製造した場合、p型高濃度拡散層9のピーク濃 度は1×1018cm-3以上になる。クオータミクロン以下の大きさを有する領域 に形成されたMOS型半導体装置では、短チャネル効果による閾値ポテンシャル の低下が大きな課題である。ところが、本実施例においては、1×1018cm-3 以上の濃度を有するp型高濃度拡散層9が第2のn型ソース/ドレイン拡散層8 a及び8bの下部に形成されるため、ソース/ドレイン拡散層2及び3からの静 電ポテンシャル曲線のチャネル方向への広がりを抑制し、短チャネル効果による 閾値ポテンシャルの低下を、効果的に防ぐことができる。さらに、第2のn型ソ ース/ドレイン拡散層8aと8bとの間のチャネル領域へは、p型イオンを拡散 させないため、半導体装置の駆動能力を劣化させることはない。 本実施例の製造方法はまた、ゲート電極5とゲート側壁12とをマスクとして 使用して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注 入エネルギーを印加し、注入ドーズ量を約6×1015cm-2に設定し且つ注入角 度を7度以上に設定して、ソース側からイオン注入し、第1のn型ソース/ドレ イン拡散層2及び3を形成することも、特徴とする。この工程を実施することに よって、第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3が形成されるだけではなく 、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bが、図29Cに示されるよう に第2のn型ソース拡散層8aの長さlsが第2のn型ドレイン拡散層8bの長 さldよりも短くなるように、形成される。この時、第2のn型ソース拡散層8 aの長さlsは、ゲート側壁12の膜厚Lsと注入角度とによって制御され、第 2のn型ドレイン拡散層8bの長さldは、ゲート側壁12の膜厚Ls、ゲート 電極5の高さ、及び注入角度で制御される。本実施例においては、第2のn型ソ ース拡散層8aの長さlsは、ゲート側壁12の膜厚Lsより短い、すなわち5 0nmであって、第2のn型ドレイン拡散層8bの長さldは、ゲート側壁12 の膜厚Lsとゲート電極5の高さ(250nm)のtan(7°)との和、すな わち80+30=110nmと等しくなる。一方、垂直にイオン注入することで 第1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成した場合は、第2のn型ソー ス拡散層8aの長さlsは、ゲート側壁12の膜厚Lsとほぼ等しく80nm になる。従って、本実施例の第2のn型ソース拡散層8aの寄生抵抗は、垂直イ オン注入の第2のn型ソース拡散層の寄生抵抗の5/8に低減される。クオータ ミクロン以下のオーダの大きさを有する領域に形成されるMOS型半導体装置で は、ソース拡散層の寄生抵抗は、電流値や駆動能力の劣化を引き起こす。特に本 実施例のように、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bの下部にp型 高濃度不純物拡散層9が形成される場合、ソース/ドレイン拡散層の寄生抵抗が 増加する。従って、本実施例の第2のn型ソース拡散層8aの寄生抵抗の低減効 果は、クオータミクロン以下の大きさを有する領域に形成されるMOS型半導体 装置の電流値や駆動能力を、大幅に改善する。 なお、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bを形成するイオン注入 工程とp型高濃度拡散層9を形成するイオン注入工程とは、逆の順番で実施され 得る。実施例21 図30Aから図30Cは、本発明の第21の実施例による半導体装置を製造す るための各プロセスステップを示す断面図である。 まず、図30Aに示されるように、(p型)半導体基板1の一主面にゲート酸 化膜4を形成し、ゲート電極5として用いられる導電性膜をその上に堆積し、多 層膜を形成する。次いで、多層膜の所定部分を、フォトリソグラフィ及び異方性 エッチングによりゲート酸化膜4が露出するまで選択的にエッチングし、ゲート 電極5を形成する。本実施例において、ゲート酸化膜4の厚さは、4nmである 。ゲート電極5として用いられる導電性膜は多結晶シリコンからなり、ゲート電 極5のゲート長は0.15μmである。その後、ゲート電極5をマスクとして使 用して、第2導電型(n型)の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、10Ke Vの注入エネルギーを印加し且つ注入ドーズ量を約1×1014cm-2に設定して で注入し、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bを形成する。次に、 図30Bに示されるように、ゲート電極5をマスクとして使用して、第1導電型 (p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを、80KeVの注入エネルギ ーを印加して、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定し且つ注入角度θを 7度以上に設定して、ソース側から注入し、p型不純物拡散層6を形成すると同 時に、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bの下部に、p型高濃度拡 散層9を形成する。次いで、図30Cに示されるように、側壁酸化膜を約80n mに堆積し、異方性ドライエッチングにより、酸化膜がゲート電極5の側部のみ に残るように酸化膜の一部を除去し、それによってゲート側壁12を形成する。 その後、ゲート電極5とゲート側壁12をマスクとして使用して、第2導電型の 不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注入エネルギーを印加して 、注入ドーズ量を約6×1015cm-2に設定し且つ注入角度を7度以上に設定し て、ソース側からイオン注入する。このイオン注入工程を行うことによって、第 1のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成する。 本実施例の製造方法は、ゲート電極5の形成後に、ゲート電極5をマスクとし て使用して、第1導電型(p型)の不純物イオン、例えば、BF2イオンを、8 0KeVの注入エネルギーを印加し、注入ドーズ量を約1×1013cm-2に設定 し且つ注入角度を7度以上に設定して、ソース側からイオン注入し、p型不純物 拡散層6を形成することを特徴とする。ゲート電極5をマスクとして使用して、 7度以上の角度でソース側から不純物イオンを注入することで、チャネル内のp 型不純物拡散層6の不純物濃度のプロファイルはチャネル長方向に不均一になり 、ソース側の濃度が高くドレイン側の濃度が低くなる。本実施例の製造条件では 、チャネル内のp型不純物拡散層6の不純物濃度のプロファイルは、図16に示 した濃度プロファイルとほぼ等しい。すなわち、ソース側の濃度は約3×1017 cm-3であり、ドレイン側の濃度は約1×1016cm-3である。このような不純 物プロファイルを有するMOS型半導体装置では、第3の実施例で述べたように 、ソース側の静電ポテンシャルが上昇して電界が増加し、電子の速度が上昇する 。特に、クオータミクロン以下のオーダのサイズを有する領域に形成されたMO S型半導体装置では、電子の速度が1×107cm/sを越えて、速度オーバー シュートを起こす。その結果、従来のMOS型半導体装置に比べて、電流値や駆 動能力が大幅に改善される。 さらに、このイオン注入工程を行うことによって、p型不純物拡散層6を形成 すると同時に、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bの下部に、p型 高濃度拡散層9を形成する。図15の不純物濃度プロファイルの2次元断面図が 示すように、本実施例のプロセス条件でp型高濃度拡散層9を製造した場合、p 型高濃度拡散層9のピーク濃度は1×1018cm-3以上になる。クオータミクロ ン以下の大きさを有する領域に形成されるMOS型半導体装置では、短チャネル 効果による閾値ポテンシャルの低下が大きな課題である。ところが、本実施例に おいては、1×1018cm-3以上の濃度を有するp型高濃度拡散層9が第2のn 型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bの下部に形成されるため、ソース/ドレ イン拡散層2及び3からの静電ポテンシャル曲線のチャネル方向への広がりが抑 制され、短チャネル効果による閾値ポテンシャルの低下を効果的に防ぐことがで きる。 本実施例の製造方法はまた、ゲート電極5とゲート側壁12をマスクとして使 用して、第2導電型の不純物イオン、例えば、ヒ素イオンを、40KeVの注入 エネルギーを印加して、注入ドーズ量を約6×1015cm-2に設定し且つ注入角 度を7度以上に設定してソース側から注入し、第1のn型ソース/ドレイン拡散 層2及び3を形成することも、特徴とする。この工程を行うことによって、第1 のn型ソース/ドレイン拡散層2及び3のみならず、第2のn型ソース拡散層8 aの長さlsが第2のn型ドレイン拡散層8bの長さldよりも短くなるように 、第2のn型ソース拡散層8a及び8bが形成される。この場合、第2のn型ソ ース拡散層8aの長さlsはゲート側壁12の膜厚Lsと注入角度とで制御され 、第2のn型ドレイン拡散層8bの長さldは、ゲート側壁12の膜厚Lsとゲ ート電極5の高さ、及び注入角度で制御される。本実施例においては、第2のn 型ソース拡散層8aの長さlsは、ゲート側壁12の膜厚Lsより短い約50n mであり、第2のn型ドレイン拡散層8bの長さldは、ゲート側壁12の膜厚 Lsとゲート電極5の高さ(250nm)のtan(7°)との和、すなわち、 80+30=110nmである。一方、垂直にイオン注入することで第1のn型 ソース/ドレイン拡散層2及び3を形成した場合は、第2のn型ソース拡散層8 aの長さlsは、ゲート側壁12の膜厚Lsとほぼ等しく約80nmになる。従 って、本実施例の第2のn型ソース拡散層8aの寄生抵抗は、垂直イオン注入に よって形成される第2のn型ソース拡散層の寄生抵抗の5/8に低減される。ク オータミクロン以下のオーダの大きさを有する領域に形成されるMOS型半導体 装置では、ソース拡散層の寄生抵抗は、電流値や駆動能力の劣化を引き起こす。 特に本実施例のように、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bの下部 にp型高濃度不純物拡散層9が形成される場合、ソース/ドレイン拡散層の寄生 抵抗が増加する。従って、本実施例の第2のn型ソース拡散層8aの寄生抵抗が 低減されるので、クオータミクロン以下の大きさを有する領域に形成されるMO S型半導体装置の電流値や駆動能力が、大幅に改善される。 なお、第2のn型ソース/ドレイン拡散層8a及び8bを形成するイオン注入工 程とp型高濃度拡散層9を形成するイオン注入工程とは、逆の順序で行れ得る。実施例22 図31は、本発明の第22の実施例による半導体装置を示す断面図である。こ の半導体装置は、第1導電型半導体基板1の一主面に形成された絶縁膜10と、 絶縁膜10の上に形成された第1導電型エピタキシャル半導体層と、エピタキシ ャル半導体層の一主面に形成された第2導電型の高濃度ソース拡散層2と、ソー ス拡散層から所定距離だけ離れて、エピ基板1の一主面に形成された第2導電型 の高濃度ドレイン拡散層3と、ソース拡散層2とドレイン拡散層3との間の一主 面にゲート酸化膜を介して設けられたゲート電極と、エピタキシャル半導体層内 に形成されて、ソース拡散層2及びドレイン拡散層3との間に位置するチャネル 領域と、チャネル領域内に形成されて、チャネル長方向に不均一な不純物濃度プ ロファイルを有し、ソース側の不純物濃度がドレイン側の不純物濃度より高い第 1導電型の拡散層6と、を備えている。この半導体装置は、ソース拡散層2の下 部とドレイン拡散層3の下部とが絶縁膜10に達していることを特徴とする。そ のため、ソース拡散層と基板との間の接合容量、及びドレイン拡散層と基板との 間の接合容量が、小さい。従って、高速な半導体装置が得られ得る。 上記の第1〜第22の実施例では、n型チャネルのMOS型半導体装置に適用 されるものとして、本発明が説明されている。しかし、本発明はこれに限定され るものではなく、p型チャネルのMOS型半導体装置にも適用可能である。また 、 ゲート酸化膜を有するMOS型半導体装置に適用されるものとして、本発明が説 明されてきている。しかし、ゲート酸化膜をゲート絶縁膜と置き換えてもよい。 従って、記載における「MOS型」半導体装置は、金属−酸化物−半導体トラン ジスタだけではなく、金属−絶縁体−半導体トランジスタも含み得る。産業上の利用可能性 本発明によると、クォータミクロン以下のオーダの大きさを有する領域に装置 を形成するためのVLSI技術における様々な要望を満たすように、低消費電力 で高速動作し得て、短チャネル効果を抑制し得て、且つホットキャリア効果によ って生じる劣化に対する耐性が高い、高信頼性の高性能半導体装置が提供される 。さらに、本発明による半導体装置の製造方法は、上記のタイプの半導体装置の 効果的で高精度な製造を可能にする方法であり、その工業的価値は極めて高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),CN,JP,KR,US 【要約の続き】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.第1導電型の半導体基板と、 該半導体基板の主面領域に形成された第2導電型の第1のソース拡散層と、 該半導体基板の該主面領域に形成され、該第1のソース拡散層から離れている 第2導電型の第1のドレイン拡散層と、 該半導体基板内に形成され、該第1のソース拡散層と該第1のドレイン拡散層 との間に位置するチャネル領域と、 該チャネル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、 該ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、 該チャネル領域内に形成され、且つチャネル長方向に沿って不均一な不純物濃 度プロファイルを持つ、第1導電型の単一の不純物拡散層であって、該第1のソ ース拡散層に隣接する領域の不純物濃度が該第1のドレイン拡散層に近い領域の 不純物濃度よりも高い、第1導電型の単一の不純物拡散層と、 を備えており、 該第1のソース拡散層の直下における該半導体基板の不純物濃度が、該第1導 電型の不純物拡散層のソース側の不純物濃度よりも低い、MOS型半導体装置。 2.前記第1導電型の不純物拡散層は、前記チャネル領域の表面領域に設けられ た第1導電型の表面拡散層を備える、請求項1に記載のMOS型半導体装置。 3.前記チャネル領域の両端部に形成された1対の第2導電型の第2のソース/ ドレイン拡散層をさらに備えており、該一対の第2導電型の第2のソース/ドレ イン拡散層は、1×1019cm-3以上の不純物濃度を持ち、該第1のソース/ド レイン拡散層の接合深さよりも浅い接合深さを持つ、請求項1に記載のMOS型 半導体装置。 4.前記チャネル領域の両端部に形成された1対の第2導電型の第2のソース/ ドレイン拡散層をさらに備えており、該一対の第2導電型の第2のソース/ドレ イン拡散層は、1×1019cm-3以上の不純物濃度を持ち、該第1のソース/ド レイン拡散層の接合深さよりも浅い接合深さを持つ、請求項2に記載のMOS型 半導体装置。 5.前記第1のソース/ドレイン拡散層は、それぞれ、前記ゲート電極の両端部 の下の領域まで延びている、請求項3に記載のMOS型半導体装置。 6.前記第1のソース/ドレイン拡散層は、それぞれ、前記ゲート電極の両端部 の下の領域まで延びている、請求項4に記載のMOS型半導体装置。 7.前記第2のソース/ドレイン拡散層の下に形成され、前記第1のソース拡散 層の側部及び前記第1のドレイン拡散層の側部にそれぞれ接する1対の第1導電 型の不純物拡散層をさらに備える、請求項3に記載のMOS型半導体装置。 8.前記第2のソース/ドレイン拡散層の下に形成され、前記第1のソース拡散 層の側部及び前記第1のドレイン拡散層の側部にそれぞれ接する1対の第1導電 型の不純物拡散層をさらに備える、請求項4に記載のMOS型半導体装置。 9.第1導電型の半導体基板の上に第1の絶縁膜、及びゲート電極として使用さ れる導電性膜を順次堆積し、それによって多層膜を形成する工程と、 該多層膜の所定部分を、該第1の絶縁膜が露出するまで選択的にエッチングし 、それによって該ゲート電極を形成する工程と、 第1導電型のイオン種を該ゲート電極をマスクとして使用してイオン注入し、 それによって閾値ポテンシャルを制御する単一の拡散層を形成する工程と、 を包含する、MOS型半導体装置の製造方法。 10.前記イオン種は、前記イオン注入工程において、前記半導体基板の主面に 垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを含む平面に平行で、且つ、該半導 体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いた方向で、該半導体基板に 注入される、請求項9に記載のMOS型半導体装置の製造方法。 11.前記イオン種は、前記イオン注入工程において、前記半導体基板の主面に 垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを含む平面に平行で、且つ、該半導 体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いた方向で、該半導体基板に 注入され、それによって、閾値ポテンシャルを制御するための前記拡散層の不純 物濃度を該チャネル長方向に沿って不均一にする、請求項9に記載のMOS型半 導体装置の製造方法。 12.前記ゲート電極をマスクとして使用して第2導電型のイオン種を注入し、 それによって第2導電型の第2のソース/ドレイン拡散層を形成する工程と、 前記半導体基板及び該ゲート電極の上に第2の絶縁膜を堆積させる工程と、 該ゲート電極の側面に該第2の絶縁膜が残るように該第2の絶縁膜を異方性エ ッチングする工程と、 該ゲート電極及び該第2の絶縁膜をマスクとして使用して第2導電型のイオン 種を注入し、それによって第2導電型の第1のソース/ドレイン拡散層を形成す る工程と、 を包含する、請求項11に記載のMOS型半導体装置の製造方法。 13.前記ゲート電極をマスクとして使用し、前記半導体基板の主面に垂直でチ ャネル長方向に平行であって且つ該半導体基板の該主面に垂直な直線に対して7 度以上傾いた方向で、第1導電型のイオン種を該半導体基板に注入して、それに よって、閾値ポテンシャルを制御するための第1導電型の非対称拡散層を形成す る工程と、 該半導体基板の該主面に垂直で該チャネル長方向に平行であって且つ該半導体 基板の該主面に垂直な直線に対して7度以上傾いた方向で、第2導電型のイオン 種を該半導体基板に注入して、それによって、第2導電型の第2のソース/ドレ イン拡散層を形成する工程と、 該半導体基板及び該ゲート電極の上に第2の絶縁膜を堆積する工程と、 該ゲート電極の側面に該第2の絶縁膜が残るように該第2の絶縁膜を異方性エ ッチングする工程と、 該ゲート電極及び該第2の絶縁膜をマスクとして使用して第2導電型のイオン 種を注入し、それによって、該第2のソース/ドレイン拡散層の接合深さよりも 深い接合深さを有する第2導電型の第1のソース/ドレイン拡散層を形成する工 程と、 を包含しており、 該第2のソース/ドレイン拡散層を形成する該イオン注入工程は、ソース側か らの注入ドーズ量がドレイン側からの注入ドーズ量よりも多くなって、該第2の ソース/ドレイン拡散層が非対称な濃度プロファイルを有するように、実施され る、請求項11に記載のMOS型半導体装置の製造方法。 14.第1導電型の半導体基板と、 該半導体基板の主面領域に形成された第2導電型の第1のソース拡散層と、 該半導体基板の該主面領域に形成され、該第1のソース拡散層から離れている 第2導電型の第1のドレイン拡散層と、 該半導体基板内に形成され、該第1のソース拡散層と該第1のドレイン拡散層 との間に位置するチャネル領域と、 該チャネル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、 該ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、 該第1のソース拡散層と該第1のドレイン拡散層との間に形成され、該第1の ソース拡散層及び該半導体基板の該主面に接し、且つ該第1のソース拡散層の接 合深さよりも浅い接合深さを有する、第2導電型の第2のソース拡散層と、 該第1のソース拡散層と該第1のドレイン拡散層との間に形成され、該第1の ドレイン拡散層及び該半導体基板の該主面に接し、且つ該第1のドレイン拡散層 の接合深さよりも浅い接合深さを有する、第2導電型の第2のドレイン拡散層と 、を備えており、 該第2導電型の第2のソース拡散層のチャネル長方向に沿った長さは、該第2 導電型の第2のドレイン拡散層のチャネル長方向に沿った長さよりも短い、MO S型半導体装置。 15.第2導電型の前記第2のソース拡散層及び前記第2のドレイン拡散層の不 純物濃度は、1×1019cm-3以上である、請求項14に記載のMOS型半導体 装置。 16.前記チャネル領域内に形成され、チャネル長方向に沿って不均一な不純物 濃度プロファイルを持つ第1導電型の不純物拡散層であって、前記第1のソース 拡散層に隣接する部分の不純物濃度が前記第1のドレイン拡散層により近い部分 の不純物濃度よりも高い、第1導電型の不純物拡散層をさらに備えており、 該第1のソース拡散層の直下における該半導体基板の不純物濃度が、該第1導 電型の拡散層のソース側の不純物濃度よりも低い、請求項14に記載のMOS型 半導体装置。 17.前記第2のソース/ドレイン拡散層の下に形成され、前記第1のソース拡 散層の側部及び前記ドレイン拡散層の側部にそれぞれ接する1対の第1導電型の 不純物拡散層をさらに備える、請求項14に記載のMOS型半導体装置。 18.第1導電型の半導体基板の上に第1の絶縁膜、及びゲート電極として使用 される導電性膜を順次堆積し、それによって多層膜を形成する工程と、 該多層膜の所定部分を、該第1の絶縁膜が露出するまで選択的にエッチングし 、それによって該ゲート電極を形成する工程と、 第2導電型のイオン種を該ゲート電極をマスクとして使用してイオン注入し、 それによって第2導電型の第1のソース/ドレイン拡散層を形成する工程と、 該ゲート電極の側面にサイドウォールスペーサを形成する工程と、 該ゲート電極と該サイドウォールスペーサとをマスクとして使用して、該半導 体基板の主面に垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを含み且つ該半導体 基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いている平面内において、該半 導体基板にソース側から第2導電型のイオン種をイオン注入し、それによって該 第1のソース/ドレイン拡散層の接合深さよりも深い接合深さを有する第2導電 型の第2のソース/ドレイン拡散層を形成し、該第2導電型の第2のソース拡散 層の該チャネル長方向の長さを該第2導電型の第2のドレイン拡散層の該チャネ ル長方向の長さよりも短くする、工程と、 を包含する、MOS型半導体装置の製造方法。 19. 前記ゲート電極と前記サイドウォールスペーサとをマスクとして使用し て、前記半導体基板の前記主面に垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを 含み且つ該半導体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いている平面 内において、該半導体基板にドレイン側から第2導電型のイオン種をイオン注入 する工程をさらに包含しており、 前記ソース側からのイオン注入ドーズ量が、該ドレイン側からのイオン注入ド ーズ量よりも多い、請求項18に記載のMOS型半導体装置の製造方法。 20.前記ゲート電極を形成する工程の実行後であって前記サイドウォールペー サを形成する工程の実行前において、該ゲート電極をマスクとして使用して、前 記半導体基板の前記主面に垂直な直線とチャネル長方向に延びる直線とを含み且 つ該半導体基板の該主面に垂直な該直線に対して7度以上傾いている平面内にお いて、該半導体基板にソース側から第1導電型のイオン種をイオン注入すること により、不純物濃度が該チャネル長方向に沿って不均一である拡散層を形成する 、請求項18に記載のMOS型半導体装置の製造方法。 21.前記ゲート電極を形成する工程の実行後であって前記サイドウォールスペ ーサを形成する工程の実行前において、前記ゲート電極をマスクとして使用して 第1導電型のイオン種をイオン注入し、それによって浅い接合深さを有する前記 第1のソース/ドレイン拡散層の下部に第1導電型の拡散層を形成する、請求項 18に記載のMOS型半導体装置の製造方法。 22.フォトリソグラフィ及び異方性エッチングにより前記第1の絶縁膜が露出 するまでエッチングして前記ゲート電極を形成する工程の実行後に、該ゲート電 極をマスクとして使用して、前記半導体基板の前記主面に垂直で前記チャネル長 方向に平行で且つ該半導体基板の該主面に垂直な直線に対して7度以上傾いてい る平面内において、該半導体基板にソース側から第1導電型のイオン種をイオン 注入する工程を実行し、不純物濃度が該チャネル長方向に非対称である閾値ポテ ンシャルを制御する拡散層と浅い接合深さを有する前記第1のソース/ドレイン 拡散層の下の第2導電型の拡散層とを同時に形成する、請求項18に記載のMO S型半導体装置の製造方法。 23. 第1導電型の半導体層と、 該半導体層を支持する基板と、 該半導体層の主面領域に形成された第2導電型のソース拡散層と、 該半導体層の該主面領域に形成され、該ソース拡散層から離れている第2導電 型のドレイン拡散層と、 該半導体層内に形成され、該ソース拡散層と該ドレイン拡散層との間に位置す るチャネル領域と、 該チャネル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、 該ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、 該チャネル領域内に形成され、チャネル長方向に沿って不均一な不純物濃度プ ロファイルを持つ第1導電型の単一の不純物拡散層であって、該ソース拡散層に 隣接する部分の不純物濃度が該ドレイン拡散層に隣接する部分の不純物濃度より も高い、第1導電型の単一の不純物拡散層と、 を備えており、 該ソース拡散層の直下における該半導体層の不純物濃度が、該第1導電型の拡 散層のソース側の不純物濃度よりも低い、MOS型半導体装置。 24. 前記基板が絶縁性表面を有する基板である、請求項23に記載のMOS 型半導体装置。 25. 前記基板は、その表面に絶縁膜を半導体基板であり、 前記半導体層は、該半導体基板の該表面の該絶縁膜の上に形成されたエピタキ シャル層から形成されている、請求項24に記載のMOS型半導体装置。
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