JPH03120870A - 絶縁ゲート型半導体装置 - Google Patents

絶縁ゲート型半導体装置

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JPH03120870A
JPH03120870A JP1260414A JP26041489A JPH03120870A JP H03120870 A JPH03120870 A JP H03120870A JP 1260414 A JP1260414 A JP 1260414A JP 26041489 A JP26041489 A JP 26041489A JP H03120870 A JPH03120870 A JP H03120870A
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JP
Japan
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region
impurity concentration
source
layer
conductivity type
Prior art date
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Pending
Application number
JP1260414A
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English (en)
Inventor
Hideyuki Ooka
大岡 秀幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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〕 本発明は絶縁ゲート型半導体装置に関し、特にLDD構
造あるいはDDD構造を有する絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタに関する。
〔従来の技術〕
絶縁ゲート型半導体装置、例えば、MOS)ランリスタ
は、長期信頼性を確保する目的から、従来、いわゆるL
DD楕遣やDDD構造が採用されている。
第5図は、従来のLDD構造を有するNチャンネル領域
側)ランリスタを示す断面図である。同図において、P
型シリコン基板1に、選択酸化による厚いフィールド酸
化膜2が素子分離領域上に形成されている。このフィー
ルド酸化膜2の下には、P+反転防止層6が形成されて
いる。所定の素子領域表面上には、ゲート酸化膜3を介
して、ゲート電極4aが例えば多結晶シリコンにより形
成され、ゲート電極4aの側面にはサイドウオール5a
が形成されている。
このゲート電極4aとフィールド酸化rIA2に対して
N型のソース、ドレイン領域が形成され、このソース、
ドレイン領域は、ゲート電極4aおよびフィールド酸化
膜2に対して自己整合的に形成されたN−層7と、サイ
ドウオール5aおよびフィールド酸化膜2に対して自己
整合的に形成されたN+層8とから構成されている。
上述のLDDi造では、ソース、ドレインのチャンネル
領域側がN−層7となっているため、接合における空乏
層がこの低不純物濃度領域内にも拡がり、電界が緩和さ
れる。
LDD楕遺を有していない通常のMOSトランジスタは
、ゲート電極からの電圧印加により、ソース、ドレイン
のチャンネル領域側端部で、接合のサーフェス・ブレイ
クダウン(5urface breakdown)を生
じ易い。例えばゲート酸化膜が230人の場合、接合耐
圧はζ19Vであるが、サーフェス・ブレイクダウンは
岬a5Vとなる。
一方、LDD構造を有する場合、前述の理由により接合
耐圧が向上し、例えばゲート酸化膜が230人の場合、
接合耐圧はζ23Vとなり、サーフェス・ブレイクダウ
ンは′=:12■となる。
また、LDD構造では、素子の微細化にともなって顕著
となるインパクト・イオン化に起因するホットキャリア
効果を抑制できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
高速化および高密度化を目的に素子の微細化を行なう場
合、素子の横方向の寸法縮小だけではなく、一般に、縦
方向の寸法も同時に縮小が図られる。例えば、ゲート長
が1.0μmレベルの素子では、ゲート酸化膜厚が20
0人前後とされているが、ゲート長が0.5μm以下の
超微細MOSトランジスタでは、ゲート酸化膜厚は10
0人程度量下に薄膜化される。
この際、ソース、ドレインを従来のLDD構造で形成す
ると、その接合耐圧は10〜15V程度であるのに対し
、ゲート酸化膜の絶縁破壊耐圧が10V以下となり、外
部雑音9人体等からの静電気が素子に印加された際、接
合を用いた保護回路が働く前に、ゲー■・酸化膜が破壊
されてしまうという欠点を生じる。
「課題を解決するための手段〕 本発明の絶縁ゲート型半導体装置は、第1導電型の半導
体層と、第1導電型の半導体層の素子領域を取り囲むよ
うに選択的に形成されたフィールド絶縁膜と、所定の素
子領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
と、ゲート電極およびフィールド絶縁膜に対して自己整
合的に形成されたソース、ドレイン領域を具備し、ソー
ス、ドレイン領域のうち少なくともドレイン領域は、ゲ
ート電極の側端部下部の低不純物濃度領域と、その他の
高不純物濃度領域とで構成され、かつ、ソース、ドレイ
ン領域がフィールド絶縁膜と接する領域の少なくとも一
部において、低不純物濃度領域を介さず直接高不純物濃
度領域が第1導電型の半導体層と接する領域、もしくは
、前記一部において第1導電型の半導体層の第1導電型
の不純物濃度が第1導電型の半導体層の前記一部以外の
部分の第1導電型の不純物濃度より高い領域を有してい
る。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図(a)は本発明の第1の実施例を示すNチャンネ
ルMOSトランジスタの平面図、第1図(b)は第1図
(a)のA−A’線に沿った断面図である。P型シリコ
ン基板1上にフィールド酸化膜2が形成され、その直下
にはP+反転防止層6が形成されている。ゲート酸化膜
3を介して、例えば、多結晶シリコンによるゲート電極
4aが形成され、その側面には、例えば、酸化膜による
サイドウオール5aが形成されている。ゲート電極4a
の側端部下にはN−層7が配置され、サイドウオール5
aとフィールド酸化膜2に対して自己整合的にN+層8
が形成され、このN−層7とN+層8とでソース、ドレ
イン領域が形成されている。ここで、N4層8とP+反
転防止層6とは、フィールド酸化膜2の端部の少なくと
も一部の領域で直接接合を形成している。第1図(a)
に示すように、この領域は全ソース、ドレイン領域の一
部に形成されている。
第2図(a)〜(g)を用いて、本実施例を適用した一
例の製造過程を説明する。第2図(a)〜(c)、(e
)〜(g)は工程順の断面図、第2図(d)は−途中工
程における平面配置図であり、同図におけるB−B’線
に沿った断面図が第2図(e)となる。
まず、第2図(a>に示すように、P型シリコン基板1
上に酸化膜9.窒化膜1.0を順時成長し、素子領域を
覆うフォトレジスト11を、フォトリングラフィ等によ
り形成する。
次に、第2図(b)に示すように、フォトレジスト11
をマスクに、窒化膜10をエツチングする。さらに、P
+反転防止層6を形成するため、ボロンを、例えば、注
入エネルギー30〜150keV、ドース量5X101
2〜5X10”cm−2程度イオン注入する。
その後、露呈した酸化[9のエツチング除去。
フォトレジスト11の除去を行なってから、選択酸化を
行ない、0.3〜1.0μmの膜厚のフィールド酸化膜
2を形成し、残留する窒化膜10.酸化膜9をエツチン
グ除去し、第2図(C)に示すようにゲート酸化膜3.
多結晶シリコン層4を順次形成し、ゲート電極のパター
ンを有するフォトレジストllaを、フォトリソグフィ
、電子線あるいはX線露光等により形成し、これをマス
クに多結晶シリコン層4をエツチングしてゲート電極4
aを形成する。なお、この際のゲート電極材料はシリサ
イド、ポリサイド、高融点金属等任意である。
次に、第2図(d)、(e)に示すように、ゲート酸化
膜3上のゲート電極4a並びにゲート酸化膜3とフィー
ルド酸化膜2との境界近傍のゲート電ll14aが露呈
し、かつ、ゲート電極4a近傍以外のグーl−酸化膜3
とフィールド酸化膜2との境界が覆われるフォトレジス
トllbを形成し、これとデー1〜電極4aをマスクに
、例えば、りんを30〜100keVのエネルギー、l
X1012〜I X 10”cm−2程度のドース量で
イオン注入し、N−層7を形成する。
次に、第2図(f)に示すように、フォトレジストll
bを除去した俺1例えば、気相成長法により酸化膜5を
H1積する。
その後、第2図(g>に示すように、異方性イオンエツ
チングによるエッチバックにより、ゲート電極4aの側
面に酸化膜によるサイドウオール5aを形成する。さら
に、このサイドウオール5aとフィールド酸化膜2とに
対して自己整合的に、例えば、砒素を30〜100 k
 e、 Vのエネルギー、  I X 1015〜I 
X 1016cm−2程度のドース量でイオン注入し、
N+層8を形成する。
なお、本実施例はLDD構造を有するMOSトランジス
タに関するものであるが、DDD構造を有するMOSト
ランジスタでも同様である。
第3図は本発明の第2の実施例を示すMOS)ランリス
タの断面図である。本実施例は、P型シリコン基板1上
に形成されたNウェル12に、PチャンネルMO5)ラ
ンリスタを形成すな例である。このMOSトランジスタ
は、ゲート電極4aの側端部下部に、P−層13とP+
層14とが形成されたLDD構造を有している。一方、
ソース、ドレイン領域の片方のフィールド酸化膜2の端
部には、N−層7.P−層13.P+層14が重複して
形成され、このため、この部分におけるN型不純物の濃
度は他の部分より高くなり、ここでのP”N接合は他の
部分のP”N接合より接合耐圧が低くなる。
第4図(a)〜(c)を用いて、本実施例を相補型MO
3半導体装置(CMO3半導体装置)に適用した場合の
製造工程の概要を説明する。
第4図(a>は、CMO3半導体装置の一部を示す平面
配置図であり、第4図(b)は、第4図(a)のc−c
’線に沿った断面図である。P型シリコン基板1上にN
ウェル12が形成されており、フィールド酸化膜2で分
離された素子領域上に、ゲート酸化膜3を介し、ゲート
電極4aが両チャンネル領域上にそれぞれ形成されてい
る。Nチャンネル領域では、フィールド酸化膜2の下に
P+反転防止層6が形成されるが、Pチャンネル領域で
は、Nウェルにおける不純物濃度は表面が高くなるため
、フィールド酸化膜2の下にあえて反転防止層を形成す
る必要はない。
さらに、フォトレジストllcが形成され、これをマス
クに、例えば、りんのイオン注入を行ない、N−層7を
形成する。イオン注入条件は、第1の実施例におけるN
−層7の形成のためのイオン注入条件と同じである。こ
の際、図示したように、Pチャンネル側のソース、ドレ
イン領域の一部にも、りんが注入される。
以下、通常のLDD構造を有するCMO3の製造方法に
より、第4図CC)の構造を得る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、LDD横遣あるいはDD
D構造を有する絶縁ゲート型半導体装置のソース、ドレ
イン領域縁端の、ゲート電極両端部以外の一部領域に、
1端が高濃度ソース、ドレイン層となるPN接合を形成
し、もしくは、ソース1 ドレイン領域縁端の、ゲート
電極両端部以外の一部領域のソース、ドレインとは逆導
電型の不純物濃度を高くすることにより、この部分の接
合耐圧をゲート酸化膜の絶縁破壊耐圧よりも低くするこ
とにより、チャンネル側でのサーフェス・ブレイクダウ
ンおよびホ・ソトキャリア効果を抑制しつつ、静電気に
よる絶縁破壊に対しても十分な耐性を有する信頼性の高
い絶縁ゲート型半導体装置と実現出来る。
例えば、本実施例の用いた製造条件により通常のLDD
構造のNチャンネルMOS)ランリスタを作った場合、
接合耐圧は23Vあるのに対し、サーフェス・ブレイク
ダウンは12Vとなる。このため、通常のLDDl’i
遣のNチャンネルMOSトランジスタのゲート酸化膜の
上限は120人となる。一方、本発明のNチャンネルM
OS)ランリスタでは、サーフェス・ブレイクダウンは
a5■となるため、ゲート酸化膜の上限は85人となり
、例えば、200人のゲート酸化膜を有するNチャンネ
ルMOS)ランリスタに本発明を適用した場合、通常の
LDD構造、DDD構造に比べ数段優れた静電破壊強度
を有することになる6(e)〜(g>並びに第2図(d
)は第1の実施例の製造工程を示す断面図並びに平面配
置図、第3図は本発明の第2の実施例の断面図、第4図
(a)並びに(b)、(c)は第2の実施例を適用した
CMO3半導体装置の製造工程を示す平面配置図並びに
断面図、第5図は従来技術の断面図である。
1・・・P型シリコン基板、2・・・フィールド酸化膜
、3・・・ゲート酸化膜、4・・・多結晶シリコン層、
4a・・・ゲート電極、5.9・・・酸化膜、5a・・
・サイドウオール、6・・・P+反転防止層、7・・・
N−層、8 、・N 4層、I O・・・窒化膜、]1
.11a、]lb、Ilc ・−フォトレジスト、12
・・・Nウェル、13・・・P−層、14・・・P+層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体層と、前記第1導電型の半導
    体層の素子領域を取り囲むように選択的に形成されたフ
    ィールド絶縁膜と、所定の前記素子領域上にゲート絶縁
    膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極お
    よび前記フィールド絶縁膜に対して自己整合的に形成さ
    れたソース、ドレイン領域を具備し、前記ソース、ドレ
    イン領域のうち少なくともドレイン領域は、前記ゲート
    電極の側端部下部の低不純物濃度領域と、その他の高不
    純物濃度領域とで構成され、かつ、前記ソース、ドレイ
    ン領域が前記フィールド絶縁膜と接する領域の少なくと
    も一部において、前記低不純物濃度領域を介さず直接前
    記高不純物濃度領域が前記第1導電型の半導体層と接し
    ていることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
  2. (2)第1導電型の半導体層と、前記第1導電型の半導
    体層の素子領域を取り囲むように選択的に形成されたフ
    ィールド絶縁膜と、所定の前記素子領域上にゲート絶縁
    膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極お
    よび前記フィールド絶縁膜に対して自己整合的に形成さ
    れたソース、ドレイン領域を具備し、前記ソース、ドレ
    イン領域のうち少なくともドレイン領域は、前記ゲート
    電極の側端部下部の低不純物濃度領域と、その他の高不
    純物濃度領域とで構成され、かつ、前記ソース、ドレイ
    ン領域が前記フィールド絶縁膜と接する領域の少なくと
    も一部において、前記第1導電型の半導体層の第1導電
    型の不純物濃度が前記第1導電型の半導体層の前記一部
    以外の部分の第1導電型の不純物濃度より高いことを特
    徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
JP1260414A 1989-10-04 1989-10-04 絶縁ゲート型半導体装置 Pending JPH03120870A (ja)

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JP (1) JPH03120870A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0613562A (ja) * 1992-03-31 1994-01-21 Hyundai Electron Ind Co Ltd 接合降伏電圧を高めるcmosトランジスタの製造方法
JP2002134743A (ja) * 2000-10-24 2002-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法

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