JPH02280342A - M0s型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

M0s型半導体装置及びその製造方法

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JPH02280342A JP1102232A JP10223289A JPH02280342A JP H02280342 A JPH02280342 A JP H02280342A JP 1102232 A JP1102232 A JP 1102232A JP 10223289 A JP10223289 A JP 10223289A JP H02280342 A JPH02280342 A JP H02280342A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はMoSトランジスタの構造及びその製造方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、短チヤンネルトランジスタのドレイン部の電界を
緩和する構造として第3図に示すようなドレイン・ソー
ス構造を有するLightly Doped Drai
n (LDD ) トランジスタがTIIIIANG等
により発表されている。、 (I K EFr  Tr
ahsaction Electron Devlce
s VOL、ED−291982) 、第3図はNチャ
ネルMO8のLDDトランジスタを示しており、ソース
(γ)及びドレイン(8)は高濃度のN型不純物拡散層
(テ) 、 (8)及び〜10/mから10/d17)
低濃度のN−型不純物層(5)から成りポリシリコン電
極(8)の側壁は酸化膜(4)からなるサイドウオール
が有りN型不純物拡散層(5)の一部はポリシリコンか
らなるゲート電極(8)下にゲート電極(8)の端から
数百A内側にあり、残部はサイドウオール(4)の下部
にある。
次にこのNチャネルDDMO8トランジスタの製造方法
について第4図を用いて説明する。p型半導体基板(1
)上にゲート酸化膜(2)とポリシリコンから成るゲー
ト電極(8)を形成しく図4−1)、 リン又はヒン等
のN型不純物をゲート電極(8)をマスクとして、半導
体基板(1)に〜1o13/cIのドーズ量をイオン注
入しく図4−2)、続いてCVD (Chemical
 Vapo Deposition )法により酸化膜
(梢を形成しく図4−3)、異方性エツチングにより酸
化膜(4)をゲート電極(8)の側壁にのみ残しく図4
−4)、ゲート電極(8)及びゲート電極(8)の側壁
に残った酸化膜(4)をマスクとして高濃度のN型不純
物を注入する。この後熱処理を加えて注入された不純物
[51、(γ) 、 +8)を活性化及び拡散きせて最
終的に図4−5に示すような不純物プロファイルが得ら
れる。
次に従来のLDD構造の原理を第3図を用いて説明する
。トランジスタのソース(8)及び基板(1)は例えば
○Vの電位に接地されておυ、ドレイン(7)は電源電
圧(例えば5v)が与えられる。このためN型のドレイ
ン部(γ) 、 (5)とP型半導体基板(1)とのP
/N接合には逆バイアスが与えられ高電界が発生する。
このビレ1ン電界を緩和するのには空乏層の幅を大きく
すればする程電界は緩和するわけである。1P/N接合
の空乏層の幅Wは ここでNAはアクセプタ濃度、NDはドナー濃度であり
、εBは半導体の誘電率、?は電荷量である1、N型の
不純物濃度がP型半導体の不純物濃度よりも著しく高い
場合、即ちNo≧NAの時空乏層の幅はW半導体基板の
濃度に等しくなると、即ちN人= NoのP基板のPN
接合の方が電界が下がる、第3図に示す従来のLDD 
トランジスタは基板(1)と高濃度のN型不純物拡散層
(6)とのP/N接合部の間に低濃度のN型不純物領域
(4)を設ける事によシミ界を緩和しているわけである
次にLDD)ランジスタの動作状態について説明する。
トランジスタの動作はドレイン電圧Voがゲート電圧V
aより大きい(vo ) Vo )の三極間領域図5−
1とゲート電圧Vaがドレイン電圧よりはるかに大きい
(Vo≧VD )三極開領域図5−2の二つに分けられ
る。図5−1に示す三極間領域では反転層(9)とN/
Nからなるドレイン(51、(γ)の間に高抵抗の空乏
化された領域が形成される。
反転層から成るチャネルの抵抗以外に寄生抵抗としてソ
ース側の低濃度のN(5’)の抵抗、ドレイン側空乏層
(至)の抵抗及びドレイン側N(6)の抵抗がドレイン
電流の低下を招く、3極管領域に於ては図5−2に示す
ように寄生抵抗としてソース側N(5つの抵抗とドレイ
ン側N(5)の抵抗がトランジスタの駆動能力を下げる
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のLDDMO8トランジスタは以上のように構成さ
れているので低濃度のN型不純物層(5)が設けられて
いるのでM OS )ランジスタの寄生抵抗が大きくな
り電流駆動能力が落ちるという問題点が有った。
また従来のL D D M OS l−ランジスタのド
レイン構造では低濃度のN型不純物拡散層(5)の表面
で熱平衡状態よりも大きいエネルギーを有するホットキ
ャリアを生成し、その発生したホットキャリアがMOS
)ランジスタのゲート電極(8)の横の酸化膜に注入さ
れ、その結果ドレイン側のNの表面が空乏化され、N部
の抵抗が上がり、MOSトランジスタのドレイン特性が
劣化する等の問題点が有った。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たものでMOSトランジスタのドレイン部の電界を緩和
できるとともに、IJOSトランジスタの3極管・5極
管の駆動能力を落とざずに、素子の寿命を大幅に改善で
きる500MO8)ランジスタ及びその製造方法を得る
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る500MO8)ランジスタは低濃度のN
領域をゲート電極と重なるように回転斜めイオン注入を
使用し、ゲート電極の側壁に残した酸化膜をマスクとし
、リンイオンとひ素イオンを同時に注入し熱処理を行な
うことによりN層の長嘔を制御よく形成したものである
〔作用〕
この発明におけるLDDMO8トランジスタは低濃度の
Nの領域をゲート電極と重なるように形成したので三極
管領域の動作特性が、電荷蓄積層の形成による寄生抵抗
の低下で向上し、且つN″″層がゲート電極下にありホ
ットキャリアによる特性劣化が抑えられる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を第1図及び第2図を用いて
説明する。第1図は本発明のLDDMOSトランジスタ
の断面図を示したものでP型半導体基板(1)上にゲー
ト酸化膜(2)とゲート電極(8)とゲート電極機の酸
化膜(4)が設けられ、低濃度の不純物活性層N(5)
(5つの全体がゲート電極(8)に覆われるように中濃
度の不純物活性層(6)(6りと隣接して形成され、さ
らに、中濃度の不純物活性層+61(6つと隣接してN
型高濃度不純物活性層(ア)(8)が形成されている。
従来の第3図のものの低濃度の領域(5)の位置に、中
濃度の領域(6)が設けられている。
第2図を用いて本発明であるL D D M O8)ラ
ンジスタの製造方法について説明する。
半導体基板(1)に素子分離領域及びしきい値電圧を制
御するためのチャネル注入を行なった後(図示せず)、
ゲート酸化膜(2)、ゲート電極(8)を形成する(図
2−1)、、次にゲート電極(8)をマスクとして、基
板に対して斜め方向から基板を回転しながら〜10/d
のN型不純物リンをイオン注入し、低濃度のN不純物層
を形成する(図2−2)。
次にOVD法により酸化膜(4つを形成しく図2−3)
、異方性エツチングによシ酸化展(4)をゲート電極(
8)の側壁にのみ残す(図2−4)。次にゲート電極(
8)とゲート電極機の酸化膜(4)をマスクとして基板
(1)に垂直な方向から〜10  /cdのリンイオン
と〜10/dの砒素イオンのN型不純物を同時にイオン
注入し中濃度のN領域(6)および高濃度の+ Nソース・ドレイン不純物層(7) (s)を形成する
(図2−5)、この後熱処理を加えると、リンイオンは
砒素イオンより拡散しやすいのでサイドウオールの下に
リンイオンが拡散し、中濃度の不純物活性層が形成され
最終的に図2−6のような不純物プロファイルを形成す
る。
以下本発明による製造方法によって作られた500MO
8)ランジスタの特性について説明する1゜本発明のし
DDMOSトランジスタでは第1図に示すように高抵抗
のN部(51(5つの横に高抵抗のN部(51(5つよ
りも低抵抗なN部16)(6つを設けているため、高抵
抗のN部のみを設けた従来のLDD構造に比べ三極管領
域及び三極管領域ともに電流駆動能力は上がる。更にN
部(5)(5つが第1図に示すようにゲート電極(8)
下に有るために、三極管領域、即ちゲート電圧Veがド
レイン電圧Voより大きい時はゲート電極から基板への
電界によりN部の表面のキャリア濃度は電荷蓄積によシ
増加しN部の寄生抵抗は減少する。
また本発明による500MO8トランジスタでは高電界
のかかるドレイン部での衝突電離によるキャ゛リアの生
成がゲート電極(8)下で起こるが、通常のLDD構造
ではサイドウオールの酸化膜(4)の下で生成が起こる
。このため従来の構造ではサイドウオール酸化膜(4)
に捕獲でれた電子によりN一部(6)の表面が空乏化石
れて寄生抵抗が上がりMOSトランジスタの駆動能力が
低下する等の劣化を起こしやすいが、本発明のLDD 
トランジスタではN部(6)の上部のゲート酸化膜(2
)に電子が捕獲されてもゲート電極(8)からの電界に
よりNa(δ)が空乏化しにくく寄生抵抗は増大せず、
劣化を起こしにくい。
また、本発明によるLDDMO!9トランジスタではリ
ンイオンは砒素イオンに比べ拡散しやすいので、中濃度
のN領域(6)が形成され、その濃度はN+i抵抗領域
(γ) 、 (8)から高抵抗のN−領域(5)に至る
まで段階的に減少するのでその結果十分に電界緩和でき
るN長を得ることができる。更にLDDMOSトランジ
スタのチャネル方向の長さ、深さをイオン注入の加速電
圧、角度を変える事により制御できる。
この発明は次の(1)〜(4)項の実施態様により実施
できる。
(1)半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、この
ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、このゲート
電極の側壁に形成されたサイドウオール酸化膜と、この
ゲート電極の両側に形成されたMOS)ランジスタのソ
ース・ドレインとなる前記基板と反対の導電型を有する
高濃度の不純物活性層と、このソース・ドレインとなる
高濃度の不純物活性層に隣接し、前記サイドウオールに
覆わるように形成された前記基板と反対の導電型を有す
る中濃度の不純物活性層と、この中濃度の不純物活性層
に隣接し、前記ゲート電極に覆わるように形成された前
記基板と反対の導電型を有する低濃度の不純物活性層か
らなるLAOSトランジスタ1゜ (2〉前記中濃度の不純物活性ノーの濃度が5xlO/
dから5X10/(Ml!の範囲の濃度を有し、前記低
濃度の不純物活性層の濃度が5xlO/cIlから5X
10/cnの範囲の濃度を有し、高濃度の不純物活性層
の濃度が5X10/c+dから5 X 102゜/dの
範囲である事を特徴とする第1項記載のMOS )ラン
ジスタ。
(8)半導体基板にゲート絶縁膜とゲート電極を形成す
る工程と前記半導体基板と反対の導電型の不純物をイオ
ン注入によって斜め方向から前記基板にイオン注入を行
なう工程と、ゲート電極の測面にサイドウオールを形成
する工程と、前記半導体基板と反対の導電型の2種類の
不純物を前記基板に垂直に注入する工程と、熱処理を加
え前記イオン注入した不純物を活性化する事から成るM
 OS )ランジスタの製造方法6゜(4)前記半導体
基板と反対の導電型の不純物が1度目のイオン注入はリ
ンであり、lXl0/d〜1xlO/dの注入量を前記
基板の面に対して斜め方向から注入し、2度目のイオン
注入はリンとヒソであり、それぞれ1×10/d〜1×
10 /cd、 1xlO/cd〜lXl0/dの注入
量を前記基板の面に対して垂直に注入する事を特徴とす
る第1項記載の1,408トランジスタの製造方法。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、低濃度の不純物活性層
と中濃度の不純物活性層を形成したので、寄生抵抗を小
さくでき、大きい駆動能力を有するトランジスタを製造
でき、また低濃度の不純物活性層をゲート電極が覆うよ
うに形成したのでホットキャリアによる素子の劣化を大
幅に軽減できる。また、この発明による製造方法では、
セルファラインにゲート電極が覆うように低濃度の不純
物層を形成できるだけでなく、拡散の速度の違いにより
、中濃度および高濃度の不純物層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるMOS)ランジスタを
示す断面図、第2図は本発明の一実施例によるM OS
 )ランジスタの製造方法を示す図、第3図は従来のL
DDMOSトランジスタの構造を示す断面図、第4図は
従来のLDDMO8)ランジスタの製造工程を示す図、
第5図は従来のしDDMOSトランジスタの動作時の状
態を示した断面図である。 (1)は半導体基板、(2)はゲート酸化膜、(8)は
ゲート電極、(4)はサイドウオール酸化膜、(4つは
OvD法により形成した酸化膜、(6)は低濃度のN型
不純物活性領域、(6)は中濃度のN型子鈍物活性領域
% (7)(8)は高濃度のN型不純物を含むドレイン
・ソースである。 なお、図中、同一符号は同一 又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、この
    ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、このゲート
    電極の側壁に形成されたサイドウオールと、このゲート
    電極の両側に形成されたMOSトランジスタのソース・
    ドレインとなる前記基板と反対の導電型を有する高濃度
    の不純物活性層と、このソース・ドレインとなる高濃度
    の不純物層に隣接し、前記サイドウオールに覆わるよう
    に形成された前記基板と反対の導電型を有する中濃度の
    不純物活性層と、前記中濃度の不純物活性層に隣接し、
    前記ゲート電極に覆わるように形成された前記基板と反
    対の導電型を有する低濃度の不純物活性層からなるMO
    S型半導体装置。
  2. (2)半導体基板にゲート絶縁膜とゲート電極を形成す
    る工程と、前記半導体基板と反対の導電型の不純物をイ
    オン注入により斜め方向から前記基板にイオン注入を行
    なう工程と、前記ゲート電極の側壁にサイドウオール酸
    化膜を形成する工程と、前記半導体基板と反対の導電型
    の二種類の不純物を前記基板に垂直にイオン注入する工
    程と、熱処理を加えて前記イオン注入した不純物を活性
    化する事から成るMOS型半導体装置の製造方法。
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