JPH1065163A5

JPH1065163A5 -

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Publication number: JPH1065163A5
Application number: JP1996232552A
Authority: JP
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2016-08-13

Description

【００１０】
この状態において十分大きいドレイン電圧Ｖｄが印加されると、図４において点線で示す様な状態へと変化する。即ち、ドレイン電圧Ｖｄにより形成されたドレイン領域４０３の空乏層電荷や電界が、ソースおよびチャネル領域４０１、４０２の空乏層電荷に影響を与え、エネルギー（電位）状態はソース領域４０１からドレイン領域４０３にかけて連続的に変化する様になる。

【００３１】
また、本明細書において真性または実質的に真性な領域とは、リンまたはボロンの濃度が５×１０¹⁷ atoms／cm³以下であり、炭素または窒素または酸素の濃度が２×１０¹⁸ atoms／cm³以下である領域を指す。

【００５１】
即ち、図４に示した従来のエネルギー状態図と異なり、チャネル領域のエネルギー状態は殆どゲイト電圧による電界のみに制御されるので、チャネル領域に対して概略平行な形状を有する。従って、短チャネル効果特有のパンチスルー現象の様な問題がなく、ドレイン耐圧の高い半導体装置を構成することができる。

【００７３】
まず、７０１はＰ型シリコン基板であり、その上にはパッド酸化膜として酸化珪素膜７０２、さらにその上には後に選択酸化の際のマスクとして機能する窒化珪素膜７０３を形成する。酸化珪素膜７０２および窒化珪素膜７０３の膜厚は50 〜 200nmもあれば良い。（図７（Ａ））

【００８１】
不純物の添加が終了したら、熱酸化処理を行い10 〜 50nmの熱酸化膜７０８を形成する。この熱酸化処理により形成された薄い熱酸化膜７０８はそのままゲイト絶縁膜として機能する。

【００８３】
その後、図７（Ｄ）に示す様に、Ｎ型を付与する不純物元素（ＰまたはＡｓ）を添加し、自己整合的にソース領域７１０、ドレイン領域７１１を形成する。その後、ゲイト電極７０９を覆う様にして窒化珪素膜を300nmの厚さに成膜し、エッチバック法を用いてゲイト電極７０９の側面のみにサイドウォール７１２を残存させる。

【００８７】
図８において、８０１はチャネル形成領域の一部を示している。チャネル幅はＷである。ここで、チャネル幅Ｗの内、ドットパターン８０２が占有している幅をＷpiと定義する。Ｗpiの値としては例えば1 〜 10nmもあれば十分である。また、任意のドットパターン８０２の幅をＷpi,₁、Ｗpi,₂、Ｗpi,₃・・・Ｗpi,_nとすると、Ｗpiは次式で表される。

【００９０】
また、チャネル幅Ｗの内、ドットパターン間の領域（電流の流れるパス）８０３が占有している幅をＷpaと定義する。Ｗpaの値としては例えば10 〜 300nm（代表的には50 〜 150nm）とすることができる。また、任意のドットパターン間の領域８０３をＷpa,₁、Ｗpa,₂、Ｗpa,₃・・・Ｗpa,_mとすると、Ｗpaは次式で表される。

Claims

結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域上に形成されたゲイト絶縁膜およびゲイト電極と、を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、ドットパターン形状を有する複数の不純物領域と、を有し、
前記不純物領域にはエネルギーバンド幅（Ｅｇ）をシフトさせる不純物元素が添加されていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域において、エネルギーバンド幅（Ｅｇ）をシフトさせる不純物元素を添加することにより局部的に形成されたドットパターン形状を有する複数の不純物領域と、前記チャネル形成領域上に形成されたゲイト絶縁膜およびゲイト電極と、を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記不純物領域は絶縁性を有しており、
前記チャネル形成領域において前記不純物領域以外の領域は真性または実質的に真性な領域であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１または請求項２において、前記不純物領域は、前記ソース領域および前記ドレイン領域と逆導電性を有していることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記ソース領域および前記ドレイン領域は、Ｎチャネル型の半導体よりなり、前記不純物元素とは１３族の元素であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記ソース領域および前記ドレイン領域は、Ｎチャネル型の半導体よりなり、前記不純物元素とはボロンであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記ソース領域および前記ドレイン領域は、Ｐチャネル型の半導体よりなり、前記不純物元素とは１５族の元素であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記ソース領域および前記ドレイン領域は、Ｐチャネル型の半導体よりなり、前記不純物元素とはリンであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記チャネル形成領域において前記不純物領域以外の領域には前記不純物元素の濃度が５×１０ ¹⁷ atoms ／ cm ³ 以下であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項８において、前記チャネル形成領域において前記不純物領域以外の領域には、炭素、窒素または酸素の濃度が２×１０ ¹⁸ atoms ／ cm ³ 以下であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、前記ドレイン領域と前記チャネル形成領域との接合部に、前記不純物領域が形成されていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、前記ドレイン領域内に、前記不純物領域が形成されていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、前記ソース領域内に、前記不純物領域が形成されないことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、前記チャネル形成領域のチャネル方向に垂直な少なくとも一断面は、実質的に前記不純物領域により区切られた複数のチャネル形成領域の集合体と見なせることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項において、前記チャネル形成領域において駆動時に生じる短チャネル効果に伴うしきい値電圧の低下は、前記不純物領域を利用することで得られる狭チャネル効果に伴うしきい値電圧の増加により緩和されることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項において、前記チャネル形成領域の幅Ｗに対して前記不純物領域および前記不純物領域間の幅が占有する割合をそれぞれWpi、Wpaとする時、前記W、WpiおよびWpaとの間には、Wpi／W＝0.1〜0.9、Wpa／W＝0.1〜0.9、Wpi／Wpa＝1／9〜9の関係式が成り立つことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１５のいずれか一項において、隣接する前記不純物領域同士が、前記チャネル形成領域と前記ゲイト絶縁膜との界面から離れた部分で接触していることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１６のいずれか一項において、前記不純物領域は、チャネル方向に延びた楕円状であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１６のいずれか一項において、前記不純物領域は、チャネル方向と垂直な方向に延びた楕円状であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１８のいずれか一項において、前記不純物領域は10 〜 300nmの間隔で配置されることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
請求項１乃至請求項１９のいずれか一項において、前記結晶半導体とは単結晶半導体であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
チャネル形成領域として結晶性半導体を用いる絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
前記チャネル形成領域において、エネルギーバンド幅（Ｅｇ）をシフトさせる不純物元素を局部的に添加して、ドットパターン形状を有する複数の不純物領域を形成することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
チャネル形成領域として結晶性半導体を用いる絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
前記結晶性半導体上にレジストを形成し、
前記レジストを露光してレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクを用いて、前記チャネル形成領域に、エネルギーバンド幅（Ｅｇ）をシフトさせる不純物元素を局部的に添加して、ドットパターン形状を有する複数の不純物領域を形成することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
チャネル形成領域として結晶性半導体を用いる絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
前記結晶性半導体上にレジストを形成し、
前記レジストを電子ビームまたはイオンビームを用いて露光して、レジストマスクを形成し、
前記レジストマスクを用いて、前記チャネル形成領域に、エネルギーバンド幅（Ｅｇ）をシフトさせる不純物元素を局部的に添加して、ドットパターン形状を有する複数の不純物領域を形成することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
チャネル形成領域として結晶性半導体を用いる絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
前記チャネル形成領域において、ドットパターン形状を有する複数の穴を形成し、
前記チャネル形成領域全体に、エネルギーバンド幅（Ｅｇ）をシフトさせる不純物元素を添加し、
加熱処理して前記穴の側壁に熱酸化膜を形成することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
請求項２１乃至請求項２４のいずれか一項において、前記不純物領域を形成した後、前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を形成することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
請求項２１乃至請求項２５のいずれか一項において、ソース領域およびドレイン領域を有し、前記不純物元素は、前記ソース領域および前記ドレイン領域とは逆の導電型を付与する不純物元素であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
請求項２１乃至請求項２６のいずれか一項において、前記結晶半導体とは単結晶半導体であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。