JPH0465549B2 - - Google Patents

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JPH0465549B2
JPH0465549B2 JP54037426A JP3742679A JPH0465549B2 JP H0465549 B2 JPH0465549 B2 JP H0465549B2 JP 54037426 A JP54037426 A JP 54037426A JP 3742679 A JP3742679 A JP 3742679A JP H0465549 B2 JPH0465549 B2 JP H0465549B2
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Junji Sakurai
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Fujitsu Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/022Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] having lightly-doped source or drain extensions selectively formed at the sides of the gates
    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D30/01Manufacture or treatment
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D30/601Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having lightly-doped drain or source extensions, e.g. LDD IGFETs or DDD IGFETs 
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    • H10D62/357Substrate regions of field-effect devices of FETs
    • H10D62/364Substrate regions of field-effect devices of FETs of IGFETs
    • H10D62/371Inactive supplementary semiconductor regions, e.g. for preventing punch-through, improving capacity effect or leakage current

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に関し、特に短いチヤネ
ル長を有する構造において、パンチスルー耐圧を
高め、所望のしきい値電圧を持ち、ホツトエレク
トロン発生を阻止し得るように構造を工夫したも
のである。
大規模集積回路、特に大容量メモリにはチヤネ
ル長1μm前後のMOS FETが使用される。この
ような短チヤネルMOS FETを従来の長チヤネ
ルMOS FETと同一の構造で、たゞ“スケーリ
ング”の原理で縮小して作ろうとすると種々の問
題に当面する。即ち、この縮少によりソース、ド
レイン拡散深さxjは浅くなるが、余り浅くすると
拡散抵抗が高くなり、高速動作に不利になる。抵
抗を小にするためxjを深くすると空乏層によるチ
ヤネルモジユレーシヨンが起り、正常なオンオフ
動作が不可能になる。この矛循を避けるためソー
ス、ドレインを第1図に示すように深い部分と浅
い部分とで構成することが考えられているが、面
積および工程数が増える。またチヤネル長が小に
なる程低電圧でパンチスルーが生じるが、このパ
ンチスルー耐圧を高めるため基板の不純物濃度を
高くすると接合容量が増大して高速動作に不利と
なり、接合耐圧が低下し、バツクゲート効果が大
きくなつて不利である。かゝる不利を避けるため
ソース,ドレイン間に高濃度および低濃度二層の
チヤネルを形成させる二重チヤネルドープ構造が
提案されているが、これも接合耐圧が低下し、ま
たチヤネルからゲートに電子が飛込みこれがゲー
ト絶縁膜にトラツプされてしきい値電圧Vthを変
化させるホツトエレクトロン効果が無視できなく
なる欠点がある。
本発明はかゝる種々の欠点を全て除去して長チ
ヤネルFETと同様な安定な動作が期待でき、勿
論短チヤネルFETに期待される高密度集積化可
能、動作速度大などの利点を持ち、製造も容易な
短チヤネルMOS FET構造を提供しようとする
ものである。
本発明では、チヤネルドープ領域を設けるが、
これは高濃度ソース、ドレイン拡散領域とは接触
せず、その間にπ(またはP-)またはυ(または
N-)型のドリフト領域を設ける。チヤネルドー
プ領域は二層とし、基板表面側はVthを所望値に
する濃度とし、基板内部側はパンチスルーを抑え
るに充分な高濃度とする。これらによりシヨート
チヤネル効果(Vth変動)、パンチスルー、ソー
ス、ドレイン接合耐圧問題を改善し得る。また本
発明ではゲート絶縁膜をソース、ドレイン側端部
で厚く、中央部で薄くし、この薄い部分の下に上
記のチヤネルドープ領域を形成しまた厚い部分の
下を上記πまたはυ層とする。これによりホツト
エレクトロン効果を抑止でき、gmが大になり、
また製造に際してアライメントをとり易くなる、
次に実施例を参照しながら本発明を詳細に説明す
る。
第2図に本発明の種々の実施例を示す。図示の
如く本発明ではP(Nでもよい)型シリコン基板
Subのチヤネル部中央にチヤネルドープ領域10
を設け、該領域10とソースS、ドレインD各領
域との間12,14は低濃度領域とする。ゲート
絶縁膜16はソース、ドレイン側端部16a,1
6bを厚く、中央部16cを薄くし、この薄い部
分16cをチヤネルドープ領域にまた厚い部分1
6a,16bを低濃度領域12,14に対向させ
る。チヤネルドープ領域は上下二層に分れてお
り、基板表面側10aはVthを考慮して決定した
不純物濃度を有する層、基板内部側10bはパン
チスルー耐圧を考慮して決定した高濃度層であ
る。第2図aはデプレーシヨン型であり、層1
2,14,10aともソース、ドレイン領域と同
じN型である。第2図b,c,dはエンハンスメ
ント型であり、層12,14はb,dではP-型、
cではN-型、層10aはbではN型、c,dで
はP型である。基板内部側の層10bはa〜dと
もP+型であり基板Subと同じ導電型である。
このような構造にすると次のような種々の利点
が得られる。即ち、ゲート電極Gおよびその下部
のゲート酸化膜16とソース、ドレイン領域S,
Dの一部は不純物拡散またはイオン注入の関係で
一部が重なつているから、スケーリング則により
ゲート絶縁膜厚を減少して行くとこの重なり部分
に強い電界が生じ、絶縁破壊または前述のホツト
エレクトロン効果などを生じる。これに対しゲー
ト絶縁膜のソース、ドレイン側端部16a,16
bを厚くするとゲートとソース、ドレイン間耐圧
は向上し、またホツトエレクトロンが生じにくゝ
なる。また厚いゲート絶縁膜16a,16bの下
部基板をP-またはN-の低濃度層にすると電界集
中が緩和され、ソース、ドレインからの空乏層が
充分拡がるのでドレイン側でのインパクトアイオ
ニゼーシヨンによるサブスレシヨルド電流を軽減
することが可能である。またチヤネル部は相対的
に濃度が高い部分10aにより確実に確保される
ので、ソース、ドレイン空乏層の延びによる実効
チヤネル長の減少、所謂短チヤネル効果を抑制す
ることができる。またゲート絶縁膜の端部16
a,16bを厚くすると該端部での耐圧問題に悩
まされることなく中央部のゲート絶縁膜を薄くす
ることができるので、gmが向上する。チヤネル
ドープ領域10のP+型深部10bはドレイン空
乏層がソース領域へ延びてパンチスルーを生じる
のを確実に阻止する。なおパンチスルーは基板表
面ではなく基板深部で生じるから、パンチスルー
を防止する高濃度層10bは基板深部に形成する
のみで充分である。若しこれを基板表面部まで達
すようにする、つまり部分10a,10bを同じ
高濃度層にするとチヤネル形成に支障があり、ま
たしきい値電圧Vthを変化させる欠点がある。基
板表面側の部分10aはその不純物濃度を所望
Vthに応じて決定し、このように機能を分割する
ことで本発明では両側部分12,14の選択とも
相俟つて第2図aのようなデプレーシヨン型もま
た同図b〜dのようなエンハンスメント型も実現
可能である。次に本発明FETの製造方法を説明
する。
第3図aに示すように先ずP型シリコン基板
Subにフイールド酸化膜18を形成し、次いで素
子形成領域に浅くN型不純物をイオン注入して
P-型またはN-型層20を作り、かつ基板表面に
は酸化膜22を形成する。次にホトプロセスより
酸化膜22の中央のゲート形成部分に穴をあけ
る。第3図bの24はこのホトプロセスで用いた
レジスト膜、26は上記の穴である。穴26は酸
化膜22を完全に貫通するものではなく、下部々
分を残した凹部であつてもよい。かゝる状態で基
板と同じ導電型の不純物を高濃度にイオン注入
し、P+層10bを作る。このP+層10bは層2
0より深く形成する。次いで同じまたは反対導電
型の不純物を浅くかつ低濃度にイオン注入し、第
3図cに示すように層10b上の基板部分をPま
たはN型にする。次いで熱酸化してゲート絶縁膜
の薄い部分16cを作る。先に形成した酸化膜2
2はゲート絶縁膜の厚い部分16a,16bにな
るものであるが上記熱酸化等に際し付随的に酸化
が再び行なわれて厚くなるので、同図aの段階で
付ける酸化膜22の厚みはこれを考慮して最終段
階で所望厚みになるように選定する。然るのち全
面に多結晶ポリシリコン層17を被着する。次い
で該ポリシリコン層17をゲート絶縁膜16の薄
い部分16c上から厚い部分22上の一部に亘る
大きさに残るよう選択的に除去したのち該残され
たポリシリコン層をマスクとして厚い酸化膜22
部分に第3図eのようにソース、ドレイン窓をあ
ける。そして基板とは反対のN型不純物を高濃度
に拡散して前記ポリシリコン層17に導電性を付
与すると共にソース、ドレイン領域S,Dを作
る。このソース、ドレイン領域の深さxjは層20
をやゝ突き出る程度とし、チヤネルドープ領域1
0よりは浅くし、領域10がパンチスルーに対す
る有効な障壁となるようにする。以後は周知の手
段によつてソースおよびドレイン各電極(図示せ
ず)を取付ければ所望のFETが出来上る。
このような構造を有する本発明による半導体装
置はゲート絶縁膜の厚さをその中央部とソース、
ドレイン領域近傍とで異ならしめることにより、
後の工程の位置合せが容易である。即ち、単にイ
オン注入してチヤネルドープ領域10を形成した
だけでは、イオン注入部分は目視不可能であるか
ら目印がなくなり、ソース、ドレイン窓開きの際
のマスク合せが厄介である。この点ゲート酸化膜
に図示の如く段差を付けておく本発明方法はこの
段差がマスク合せの目印となり、好都合である。
これは製造工程に起因する実効チヤネル長のバラ
つきを減少させる効果をも伴なう。
以上詳細に説明したように本発明によれば、パ
ンチスルー耐圧、ゲートとソース、ドレイン間耐
圧、基板とソース、ドレイン領域の耐圧が高ま
り、しきい値電圧の変動およびパンチスルーを防
止でき、ノーマリオン,ノーマリオフの両方が可
能であり、製造も容易である等種々の長所を持つ
短チヤネルMOS FETが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のMOS FETの一例を示す断面
図、第2図a〜dは本発明の実施例を示す断面
図、第3図a〜eは本発明に係るFETの製造工
程を示す断面図である。 図面で10はチヤネルドープ層、S,Dはソー
ス、ドレイン領域、12,14はチヤネルドープ
層とソースドレイン領域との間の基板表面部、1
6はゲート絶縁膜、17はポリシリコンゲート電
極である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板に導電性不純物を添加して形成さ
    れるソース領域とドレイン領域と、 表面が該半導体基板表面と同じで、かつ該ソー
    ス領域と該ドレイン領域との間の中央に形成さ
    れ、トランジスタのしきい値電圧を所望値にする
    ように不純物が添加されてなる第1層とパンチス
    ルーを防止するように不純物が添加されてなる第
    2層とが順に表面から縦方向に二層隣接してなる
    チヤネルドープ領域と、 表面が該半導体基板表面と同じで、かつ該チヤ
    ネルドープ領域と該ソース領域との両方に隣接し
    て間に形成される第1低濃度領域と、 表面が該半導体基板表面と同じで、かつ該チヤ
    ネルドープ領域と該ドレイン領域との両方に隣接
    して間に形成される第2低濃度領域と を有し、 該第1低濃度領域、該第2低濃度領域の各々よ
    りも前記チヤネルドープ領域の第1層の方が深く
    形成されてなることを特徴とする半導体装置。
JP3742679A 1979-03-29 1979-03-29 Mos field effect transistor Granted JPS55130171A (en)

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JP3742679A JPS55130171A (en) 1979-03-29 1979-03-29 Mos field effect transistor

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JPS55130171A JPS55130171A (en) 1980-10-08
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