JPH06252392A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JPH06252392A
JPH06252392A JP3969193A JP3969193A JPH06252392A JP H06252392 A JPH06252392 A JP H06252392A JP 3969193 A JP3969193 A JP 3969193A JP 3969193 A JP3969193 A JP 3969193A JP H06252392 A JPH06252392 A JP H06252392A
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JP
Japan
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region
drain region
effect transistor
field effect
channel
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Pending
Application number
JP3969193A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuhiro Togo
光洋 東郷
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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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3969193A priority Critical patent/JPH06252392A/ja
Publication of JPH06252392A publication Critical patent/JPH06252392A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電界効果トランジスタの使用時に生じるドレイ
ン領域近傍のホットキャリア発生を抑えて素子の信頼性
を改善する。 【構成】電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極1
1A下の半導体基板内部に生じるチャネル領域14Aの
全体の幅またはその一部の幅を、少なくともソース領域
12Aまたはドレイン領域13Aの一方の幅より短くす
ることにより、キャリアの通過する断面積を半導体基板
内部の位置により変化させて、ドレイン領域13A近傍
の高い内部電界を緩和してホットキャリアによる電界効
果トランジスタの劣化を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電界効果トランジスタの
構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電界効果トランジスタ、特にMOSFE
Tは集積回路の高集積化、高性能化の進行に伴なって微
細化が進められてきたが、素子のチャネル方向には10
5 V/cm以上の内部電界が加わるようになると、電子
の離脱現象を引き起こし、その際に発生する高エネルギ
ーを持った電子及び正孔が電界効果トランジスタのゲー
ト絶縁膜に注入されて補獲され、しきい値電圧の変動や
伝達コンダクタンスの劣化といった経時変化を生じさせ
て問題になっている。
【0003】図6(a)はNチャネルMOSFETの平
面図、図6(b)は図6(a)のX−X線断面図(ドレ
イン電圧Vd、ゲート電圧Vgを印加したときのチャネ
ル領域も併せ図示)、図6(c)はチャネル領域の概略
を示す斜視図である。
【0004】図6(a)に示す従来の構造のNチャネル
MOSFETを使用する場合、ピンチオフの状態が生じ
て図6(b)の断面図のようにチャネル領域14ではソ
ース領域12からドレイン領域13に近ずくに従って、
ゲート電圧Vgとドレイン電圧Vdの相互作用により反
転層(14)の深さが浅くなり、図6(c)に示すよう
にキャリアの通過するチャネル領域の断面積は小さくな
りさらにはドレイン領域の近傍ではピンチオフ領域が発
生して内部電界を高くする。その結果としてドレイン領
域近傍でキャリアは高い内部電界により高エネルギーを
得てゲート絶縁膜17に注入されたり、電子の離脱現象
を引き起こし、その際に発生する高エネルギーを持った
電子及び正孔がゲート絶縁膜17に注入されて補獲さ
れ、しきい値電圧の変動や伝達コンダクタンスの経時劣
化を生じさせる。
【0005】この高エネルギー・キャリアの悪影響への
対策として、素子内の高電界を抑制する為に、トランジ
スタ内部のドレイン領域近傍の電界を弱める2重ドレイ
ン構造やLDD構造(ライトリィ・ドープト・ドレイン
構造)及び埋め込みチャネル構造等の電界効果トランジ
スタの半導体基板内部の不純物の濃度プロファイルが検
討されている。
【0006】LDD構造のMOSFETは次のようにし
て形成される。
【0007】まず、図7(a)に示すように、P型シリ
コン基板16の活性領域の表面にゲート酸化膜17を形
成し、ゲート電極17を形成する。
【0008】次に、図7(b)に示すように、イオン注
入法によりn- 型ソース領域12−1,n- 型ドレイン
領域13−1を形成し、側壁スペーサ19を形成し、犠
牲酸化シリコン膜20を形成する。
【0009】次に、図7(c)に示すように、イオン注
入法によりn+ 型ソース領域12−2およびn+ 型ドレ
イン領域13−2を形成し、犠牲酸化シリコン膜20を
除去する。
【0010】しかし、トランジスタの半導体基板内部の
不純物の濃度プロファイルをLDD構造等にすると、動
作電流が減少する問題が生じる。トランジスタの半導体
基板内部の不純物プロファイルの最適化は、トランジス
タとしてのスイッチング特性と長期信頼性という二つの
要素を考慮して不純物プロファイルを設計することの困
難さと、半導体基板内部に設計に従った不純物を配置す
るプロセス上の困難さとから、非常に難しいうえに、も
しそれが可能であるとしても製造工程は複雑であり、製
造工程数が多くなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のMOS
FETでは、高エネルギー・キャリアによる悪影響を抑
止して長期信頼性を確保することは困難になってきてい
るという問題がある。
【0012】本発明の目的は、電界効果トランジスタに
於いて、半導体基板内部の不純物領域の構造の操作をお
こなわずに、ドレイン領域近傍の電界を弱めることがで
きる電界効果トランジスタの構造を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の電界効果トラン
ジスタは、一定距離を有して対向する一対のソース・ド
レイン領域を含み、チャネル領域の幅が前記ソース・ド
レイン領域のうち少なくともドレイン領域とみなせる側
に接する部分より狭い部分を有しているというものであ
る。
【0014】
【作用】チャネル領域の幅がドレイン側で最大寸法を有
しているのでドレイン領域近傍で断面積が大きくソース
・ドレイン領域の構造とは独立に内部電界を緩和でき
る。
【0015】
【実施例】図1(a)は本発明の一実施例を示す平面
図、図1(b)は図1(a)のX−X線における断面模
式図、図1(c)は動作時のチャネル領域の形状を概略
的に示す斜視図である。
【0016】まず、この実施例の製造方法について説明
する。
【0017】図2(a)に示すように、P型シリコン基
板1bの表面に、位置により素子領域となる部分の幅が
異なる素子分離フィールド絶縁膜15Aを形成する。次
に図2(b)に示すように、素子分離フィールド絶縁膜
15Aの形成されていないP型シリコン基板1bの表面
にゲート酸化膜17Aを形成し、素子分離フィールド絶
縁膜15Aと位置により幅の異なるゲート酸化膜17A
の上部にゲート電極11Aを形成する。次に素子分離フ
ィールド絶縁膜15Aとゲート電極11Aとをマスクに
してソース領域およびドレイン領域となる不純物をイオ
ン注入し、こうして形成されたソース領域およびドレイ
ン領域にそれぞれ接続するソース電極18Asおよびド
レイン電極18Adを、図2(c)に示すように、形成
する。
【0018】このようにして形成されたNチャネルMO
SFETにゲート電圧Vg及びドレイン電圧Vdを印加
すると図1(b)に示すように従来構造のNチャネルM
OSFETと同じく、ソース領域12Aからドレイン領
域13Aに近ずくに従ってチャネル領域の反転層14A
の深さは浅くなる。しかし、図1(c)に示すようにチ
ャネル領域14Aの幅をドレイン領域13A近傍におい
て広げることにより断面積が大きくなっている。
【0019】MOSFETはピンチオフ状態で用いられ
るのでドレイン領域近傍に高抵抗領域ができる。チャネ
ル領域に沿ってドレイン領域側に近づくほど抵抗は大き
くなる結果、ドレイン領域近傍に高電界が生じる。MO
SFETのコンダクタンスはチャネル幅に比例するの
で、ドレイン領域近傍でチャネル幅を広くすることによ
りドレイン領域近傍での電界の強さを緩和できる。
【0020】このように本発明ではゲート電極下のチャ
ネル領域の形状を部分的に変形することにより断面積を
変えて、ドレイン領域近傍の高電界を、半導体基板内部
の不純物濃度の操作を行わないで緩和できる。
【0021】なお、PチャネルMOSFETについても
同様の効果がある。
【0022】図3(a)は本発明の一実施例をLDD構
造を有するNチャネルMOSFETに適用した例を示す
平面図、図3(b)は図3(a)のNチャネルMOSF
ETとドレイン電流が等しくなる寸法を有する普通のL
DD構造を有するNチャネルMOSFETの平面図、図
3(c)は図3(a)の断面図、図4は図3(a)及び
図3(b)でそれぞれ示される本発明のMOSETの内
部電界の強さ分布のシミュレーション結果を示す特性図
である。
【0023】図3(a),(c)において、ゲート酸化
膜の厚さは8nm、側壁スペーサ19Aの幅は0.1μ
mである。16AはN型シリコン基板にボロンを70k
eVで1.5×1013/cm2 注入したのち1200
℃、2時間の熱処理を行なって形成したPウェルであ
る。n- 型ソース領域12A−1、n- 型ドレイン領域
13A−1を形成するためリンを40keVで2.0×
1013/cm2 注入し、n+ 型ソース領域12A−2、
+ 型ドレイン領域13A−2を形成するためヒ素を5
0keVで4×1015/cm2 注入し、850℃、30
分の熱処理を行なった。ゲート電極の幅(ゲート長)は
0.4μmである。
【0024】図4から明らかなように、ドレイン領域近
傍の内部電界の強さは50〜70%に低くなっている。
【0025】このように、本発明はチャネル領域の平面
形状を変えるだけでドレイン領域近傍の電界の強さを低
くすることができるので、LDD構造等の複雑なMOS
FETに適用することができ、これらのMOSFETが
本来有している電界緩和を一層改善することができる。
【0026】図5は本発明による電界効果トランジスタ
のチャネル領域の形状の変形例の構成を示す平面図であ
る。なお、図面にはチャネル領域の形状のみを示す。上
述した実施例に基き、図5(a)におけるチャネル領域
の幅Yと幅Wの比率、またはチャネル領域の長さLと長
さXとの比率を変えることによりドレイン領域近傍の高
内部電界を緩和することができるが、図5(b)や
(c)のチャネル領域の形状にしてドレイン領域近傍の
高内部電界を緩和することもできる。なお、これまでに
説明した本発明におけるチャネル領域はソース領域側と
ドレイン領域側に対して対称な構造をしているが、図5
(d)に示すように、ドレイン領域側となる一方のチャ
ネル領域の幅のみを広くしてもよいことは明らかでき
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電界効果
トランジスタは、ゲート電極下のチャネル領域の幅がド
レイン領域側で最大寸法を有しているので、ドレイン領
域近傍の内部電界の強さを緩和することができ、電界効
果トランジスタの経時劣化を大きく抑制することができ
る。
【0028】本発明による電界効果トランジスタのドレ
イン領域における高内部電界の緩和手段は、半導体基板
内部の不純物の濃度プロファイルを操作するものでない
ので、本発明による電界効果トランジスタの製造方法お
よび構造設計の最適化は簡単であり、本発明による電界
効果トランジスタの構造によってドレイン領域近傍の高
内部電界を十分緩和できるが、従来の半導体基板内部の
不純物の濃度プロファイルを操作することによる高内部
電界緩和手段とあわせて適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す平面図(図1
(a))、断面図(図1(b))およびチャネル領域の
斜視図である。
【図2】一実施例の製造方法の説明のための(a)〜
(c)に分図して示す工程順斜視図である。
【図3】一実施例を適用したLDD構造のMOSFET
の平面図(図3(a))、通常のLDD構造のMOSF
ETの平面図(図3(b))および前者の断面図(図3
(c))である。
【図4】一実施例および従来例における内部電界の強さ
分布を示す特性図である。
【図5】一実施例の各種の変形を示す平面図である。
【図6】従来のNチャネルMOFETの平面図(図6
(a))、断面図(図6(b))およびチャネル領域の
斜視図(図6(c))である。
【図7】従来のLDD構造のNチャネルMOSFETの
製造方法の説明のための(a)〜(c)に分図して示す
工程順断面図である。
【符号の説明】
11,11A,11B,11C,11D ゲート電極 12,12A ソース領域 12−1,12A−1 n- 型ソース領域 12−2,12A−2 n+ 型ソース領域 13,13A ドレイン領域 13−1,13A−1 n- 型ドレイン領域 13−2,13A−2 n+ 型ドレイン領域 14,14A,14B,14C,14D チャネル領
域 15,15A フィールド絶縁膜 16,16A P型シリコン基板(又はPウェル) 17,17A ゲート酸化膜 18Ad ドレイン電極 18As ソース電極 19,19A 側壁スペーサ 20 犠牲酸化膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定距離を有して対向する一対のソース
    ・ドレイン領域を含み、チャネル領域の幅が前記ソース
    ・ドレイン領域のうち少なくともドレイン領域とみなせ
    る側に接する部分より狭い部分を有していることを特徴
    とする電界効果トランジスタ。
JP3969193A 1993-03-01 1993-03-01 電界効果トランジスタ Pending JPH06252392A (ja)

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JP3969193A JPH06252392A (ja) 1993-03-01 1993-03-01 電界効果トランジスタ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010076658A (ko) * 2000-01-27 2001-08-16 박종섭 반도체 소자
US6867085B2 (en) 1996-08-13 2005-03-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19960206