JPH11224946A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

半導体装置およびその作製方法

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JPH11224946A
JPH11224946A JP10039560A JP3956098A JPH11224946A JP H11224946 A JPH11224946 A JP H11224946A JP 10039560 A JP10039560 A JP 10039560A JP 3956098 A JP3956098 A JP 3956098A JP H11224946 A JPH11224946 A JP H11224946A
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drain
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昭治 宮永
Nobuo Kubo
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセス制御性の高い構造で効果的に短チャ
ネル効果を抑制しうる半導体装置を提供する。 【解決手段】 ドレイン領域102とチャネル形成領域
106との接合部に沿って、チャネル幅方向に対して局
所的にピニング領域105を配置する。この様な構造と
すると、ピニング領域105によってドレイン側からの
空乏層の広がりが抑えられるため短チャネル効果を効果
的に抑制することができる。また、キャリアの移動経路
が確保されているため高いモビリティを維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本願発明は、単結晶シリコン
基板を利用して形成された半導体装置、特に絶縁ゲイト
型電界効果トランジスタ(MOSFETまたはIGFE
Tと呼ばれる)の構成に関する。特に、チャネル長が
0.3μm以下(代表的には0.05〜0.2 μm)の微細素子
を作製する場合において効果を発揮する技術である。
【0002】また、本願発明はMOSFETを集積化し
て構成されたIC、VLSI、ULSIなどの様々な半
導体回路に応用することが可能である。
【0003】
【従来の技術】MOSFETは、ゲイト電圧によって、
ゲイト直下の半導体(シリコン)界面の電位を変化さ
せ、ソース・ドレイン間の電子流、或いは、正孔流をオ
ン・オフ制御する。
【0004】ところがトランジスタのチャネル長を短く
していくと、ソースとドレイン近傍の空間電荷領域(空
乏層ともいう)が接するようになる。このとき、ゲイト
に近い半導体界面の電位はゲイト電位で制御可能である
が、ゲイトから深い部分の電位はゲイト電圧を下げても
ドレイン電圧の影響を受けて高いままである。
【0005】即ち、トランジスタをオフにするためにゲ
イト電圧を0Vにしても、半導体基板の電位の高い部分
(空間電荷領域の広がった部分)を通って漏れ電流が流
れてしまう。これが、短チャネル効果と呼ばれるもの
で、S値(サブスレッショルド係数)の増加やしきい値
電圧の低下といった現象として現れる。
【0006】短チャネル効果の程度の大きい現象とし
て、電流が流れっぱなしとなるパンチスルーが生じる。
MOSFETの微細化へのメリットは、低電圧化・高速
化にある。この成功のためには、短チャネル効果の抑
制、及び、オン時の抵抗低減が鍵となる。
【0007】短チャネル効果を抑制しながら、MOSF
ETを微細化する目安として、1974年にDennard によっ
て提案されたスケーリング法がある。この方法から短チ
ャネル効果を抑制したままゲイト長を短くしていくため
には、(1)ゲイト絶縁膜を薄くする、(2)ソース/
ドレイン接合深さを浅くする、(3)空間電荷領域幅
(空乏層幅)を抑える、といった手段が有効である。
【0008】(1)については、現行3nmが限界であ
る。(2)に関してもイオンドーピング装置の工夫やレ
ーザードーピングといった検討が行われているが、ディ
ープサブミクロンサイズ以下では様々な問題を残してい
る。
【0009】(3)の方法としては、まず考えられるの
がチャネル形成領域の濃度を高めること、即ち、チャネ
ルドープである。しかし、0.18μmルールといった微細
寸法でMOSFETを形成するには、 1×1018atoms/cm
3 程度の不純物を添加する必要があり、オン電流を大幅
に低下させる原因となってしまう。
【0010】その他の方法として、図2(A)に示す様
なDouble Implanted LDDと呼ばれる方法が挙げられる。
これはイオン打ち込みによってn- 領域(LDD領域)
201、202の直下またはそれを囲む様にやや弱めの
P型(p- )領域203、204を設けた構造である。
特にLDD領域を囲む様にして設けた場合にはポケット
構造と呼ばれることもある。
【0011】さらに、チャネル部の基板内部に基板より
高濃度のp型領域(p- 領域)206を形成するパンチ
スルーストッパー構造(図2(B))も提案されてい
る。これらの方法は、全て基板深さ方向、或いは、ゲイ
ト(チャネル)長方向のエンジニアリングである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来例の図
2(A)、(B)に述べた様な構造ではいくつかの問題
もある。図2(A)の構造は、ドレイン領域(LDD領
域も含めて)の直下のみにp- 領域が設けられた構造で
あるため、あまり短チャネル効果の抑制効果を期待でき
ない。
【0013】また、ポケット構造と呼ばれるタイプでは
キャリア(電子を例にとる)はドレイン領域に到達する
前に必ずp- 領域を通過することになるので、移動度の
低下を招くといった問題が生じる。
【0014】また、図2(C)の構造は通常ゲイト電極
を形成した後に、スルードーピングによって深さ方向の
濃度制御を行う。従って、濃度分布の制御が非常に困難
である上、半導体層界面の結晶性を崩してしまうため、
移動度を高めるためには好ましい手段とは言えない。
【0015】そこで本願発明では、プロセス制御性の高
い構造で効果的に短チャネル効果を抑制しうるMOSF
ETを提供することを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本願発明は、短チャネル
効果を抑制するための不純物領域をチャネル幅方向に対
して局所的(一か所乃至数カ所)に施すという構成を基
本とする。即ち、チャネル幅方向にソース/ドレインと
は逆導電型の高抵抗領域を形成することにより、ドレイ
ンからの空間電荷領域(空乏層)の広がりを抑制し、且
つ、高オン電流を得ることが可能となる。
【0017】従来の深さ、或いは、チャネル長方向のエ
ンジニアリングに比べて、チャネル幅方向のエンジニア
リングの優位性は、次の点にある。 (1)プロセス制御性が容易である。 (2)空間電荷領域抑制領域とチャネル形成領域とが分
離しているので、反転層(チャネル領域)内における不
純物濃度を低くすることが可能である(オン時の抵抗が
小さくなりキャリア移動度が向上する)。
【0018】なお、空間電荷領域抑制領域(空乏層抑制
領域)とは、ドレイン側空乏層のソース側への広がりを
抑えるために形成された不純物領域を指している。本発
明者らは空乏層を抑止する効果があたかも空乏層をピン
止めする様に捉えられることから、この領域をピニング
領域(pinning region)と呼んでいる。
【0019】
【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態について、
以下に示す実施例でもって詳細な説明を行うこととす
る。
【0020】〔実施例1〕本願発明のMOSFETの構
成の一部(ソース/ドレイン電極は省略している)を図
1に示す。図1(A)は上面図であり、図1(B)は図
1(A)をA−A’で切った断面、図1(C)は図1
(A)をB−B’で切った断面である。
【0021】図1(A)、(B)、(C)において、1
01はソース領域、102はドレイン領域、103はフ
ィールド酸化膜、104はゲイト電極である。そして、
ゲイト電極104の下にもぐり込む様にして形成された
不純物領域105が、本願発明の特徴であるピニング領
域である。
【0022】なお、本明細書中ではソース領域101、
ドレイン領域102しか記載していないが、この中には
LDD領域やオフセット領域などの高抵抗領域も含める
ものとする。重要なのはピニング領域をチャネル形成領
域とドレイン領域との境界(接合部)付近に設けて空乏
層の広がりを抑制するという構成であり、LDD構造や
オフセット構造の有無は問題ではない。
【0023】また、本明細書中においてチャネル形成領
域とは、ゲイト電極の下に位置する半導体領域を指す。
ピニング領域も半導体表面ではチャネルが形成されうる
ので広義な意味ではチャネル形成領域に含まれる。
【0024】そこで本明細書ではチャネル形成領域をピ
ニング領域(不純物領域)105と、不純物が添加され
なかった領域(以下、アンドープ領域と呼ぶ)106と
に区別して記載する。即ち、アンドープ領域とはシリコ
ン基板濃度またはウェル濃度がそのまま残った領域と考
えてよい。
【0025】ところで、ピニング領域105はソース/
ドレイン領域とは逆導電型の不純物を添加して形成され
る。空乏層はPN接合部の濃度差によって幅が決定する
ため、チャネル形成領域よりも濃度の高い領域を形成す
ることで空乏層の広がりを抑えることができる。
【0026】例えば、Nチャネル型MOSFETを形成
するにあたってチャネル形成領域としてP型シリコン基
板そのものを利用する場合、ピニング領域は基板よりも
強いP型の不純物領域で構成すれば良い。
【0027】具体的には、チャネル形成領域がP型なら
ば13族から選ばれた元素(代表的にはボロン)を添加
して形成する。また、チャネル形成領域がN型ならば1
5族から選ばれた元素(代表的にはリン又は砒素)を添
加すれば良い。勿論、チャネル形成領域はシリコン基板
を利用するのであっても、不純物添加で形成したウェル
を利用するのであっても良い。
【0028】なお、上述の13族又は15族から選ばれ
た元素は単結晶シリコンのエネルギーバンドをシフトさ
せることでキャリア(電子または正孔)にとってのエネ
ルギー障壁を形成している。そういった意味で、ピニン
グ領域はエネルギーバンドをシフトさせてなる領域と呼
ぶこともできる。
【0029】不純物を添加しないアンドープ領域とピニ
ング領域との間にはバンドギャップがシフトした分に相
当するエネルギー差が生まれる。この電位的な障壁はし
きい値電圧の相違といった形で現れる。
【0030】この障壁の高さは実効キャリア濃度(N
型、P型の相対的な濃度差)によって変化するが、不純
物元素の添加濃度で調節できる。本願発明では、添加す
る不純物元素の濃度を1×1017〜5×1019atoms/cm3
(好ましくは1×1018〜5×1019atoms/cm3 )の範囲で
調節する。
【0031】また、ピニング領域105は、最も典型的
には図1(A)に示す様にチャネル形成領域(ゲイト電
極104直下の半導体領域)とソースまたはドレイン領
域101、102との接合部に配列して形成される。即
ち、接合部付近ではピニング領域105とアンドープ領
域106とが交互に並んで配置される。
【0032】この様子を断面で見ると、図1(B)に示
す様になる。この様に、キャリアが優先的に移動する領
域(アンドープ領域106)と空乏層を抑制する領域
(ピニング領域105)とが分離されているため、キャ
リア移動度を低下させることなくTFTを動作させるこ
とが可能である。
【0033】なお、図1(B)において100で示され
るのは単結晶シリコン基板である。これはP型であって
もN型であっても良い。本願発明では上述の特殊な構造
によって短チャネル効果が抑制されるので、チャネル形
成領域としてシリコン基板を用いる場合には、基板濃度
を1×1016〜5×1017atoms/cm3 (好ましくは5×1016
〜1×1017atoms/cm3 )と低めに抑えることができる。
【0034】また、ピニング領域は少なくともドレイン
側の接合部に設けられていれば短チャネル効果の抑制効
果を得ることができる。ソース/ドレインが特定される
様な回路に用いられるMOSFETの場合、ドレイン側
のみにピニング領域を設ける様な構成として良い。
【0035】ところで、前述の様なピニング領域105
はゲイト電極104を形成した後、レジストマスクによ
って所定位置を隠した状態で不純物添加工程を行うこと
で形成することができる。この時、ゲイト電極104に
対して斜め方向から不純物を添加することで、図1
(C)に示す様にゲイト電極104の下にもぐり込む様
な形状のピニング領域105を形成することが可能とな
る。
【0036】この斜めからの角度はシリコン基板の鉛直
方向に対して7〜83°(好ましくは43±3°)で行
うことが望ましい。0〜7°ではチャネリングを起こし
て不純物が深く打ち込まれ過ぎるので好ましくない。ま
た、83〜90°では角度が浅すぎてゲイト電極の下に
不純物を添加することが困難である。
【0037】本実施例ではシリコン基板の面方位が(1
00)面であるため結晶学的には45°([110]方
向を意味する)の時にチャネリングを起こして最も深く
まで打ち込まれる。しかし本発明者らがシミュレーショ
ンによって計算した結果では、43°が最も好ましい角
度であった。そのため、本願発明を実施するには43±
3°とすることが望ましいと言える。
【0038】また、その際、ピニング領域105の形成
深さはソース/ドレイン領域の接合深さと同程度とする
ことが望ましい。従って、ピニング領域の形成深さは
0.02〜0.3 μm(好ましくは 0.05 〜0.1 μm)となる
様に調節する。
【0039】なお、ピニング領域105の形成は非常に
微細な加工技術を要する。レジストパターンを形成して
イオンインプランテーション法等で不純物を打ち込む方
法を用いる場合、非常に精密なフォトリソグラフィ技術
が必要である。また、パターン形成時に電子描画を用い
ることも有効である。さらに、FIB(Focusd Ion Bea
m )法を用いてマスクレスで不純物を添加することも可
能である。
【0040】また、不純物を斜め方向から添加してピニ
ング領域を形成すると、図3に示す様な形状でピニング
領域が形成される。図3において、301はアンドープ
領域、302はドレイン領域、303はゲイト絶縁膜、
304はゲイト電極、305はピニング領域である。
【0041】斜めから不純物が打ち込まれることで、ピ
ニング領域305はゲイト電極304の下にも形成され
る。この時、ピニング領域305を形成する際に不純物
の散乱が起こるため、実際には設計上のピニング領域3
05aの周囲に散乱によって形成される弱い不純物領域
305bを考慮する必要がある(実際にはもっと連続的
に複雑な分布を示すがここでは簡略化して示す)。
【0042】この弱い不純物領域305bは半導体表面
(チャネルが形成される部分)にまで到達してしまう
が、散乱によって回り込んだ不純物しか存在しないので
実効キャリア濃度としては1×1017〜5×1017atoms/cm
3 程度である。
【0043】即ち、従来の0.2 μmルールのMOSFE
Tではチャネル形成領域の実効キャリア濃度が1×1018
atoms/cm3 程度が必要であることを鑑みれば、十分にチ
ャネル形成領域として機能しうる領域であることが判
る。また、従来のチャネルドープを施した構造よりも実
効キャリア濃度の低い領域をキャリア(電子または正
孔)が通過する分、高いオン電流を得ることができる。
【0044】この傾向は弱い不純物領域305bの不純
物濃度をイオン打ち込み条件によって低く抑えることで
より顕著になる。この様に、本願発明ではゲイト電極直
下の半導体表面は実質的に全てチャネル形成領域と見な
して良い。
【0045】さらに、図1(A)、(B)に示す様にピ
ニング領域の間にはスリット状にアンドープな領域が存
在するので、キャリアは優先的にそこを流れてドレイン
領域に到達すると考えられる。
【0046】即ち、従来例で述べたポケット構造はp-
領域がキャリアの移動を妨げていたのに対し、本願発明
ではキャリアの通り道となる領域が残されているので、
オン電流が低下するといった問題がない。
【0047】以上の様に、本願発明のMOSFETはピ
ニング領域によって短チャネル効果を抑制すると同時
に、ピニング領域とは分離して形成されたアンドープ領
域がソース−ドレイン間を結ぶので高い動作速度を維持
することができる。
【0048】ここでチャネル長およびチャネル幅の定義
を図4を用いて行う。図4においてソース領域401と
ドレイン領域402との間の距離をチャネル長(L)と
定義する。本願発明はこの長さが 0.3μm以下、典型的
には0.05〜0.2 μmである微細なMOSFETに対して
有効である。また、このチャネル長に沿った方向をチャ
ネル長方向と呼ぶ。
【0049】また、チャネル長方向と直交する方向にお
けるチャネル形成領域403の長さをチャネル幅(W)
とする。なお、このチャネル幅に沿った方向をチャネル
幅方向と呼ぶ。
【0050】チャネル幅はどの様な回路として用いるか
によって異なるが、チャネル長と同程度とする場合もあ
れば数百μmと広くする場合もある。例えば、モノリシ
ック型LCDのバッファ回路やサンプリング回路の様に
大電流を流す必要のある回路は数百μmのチャネル幅を
必要とする。
【0051】また、任意のピニング領域404の形成幅
をピニング幅(vj )と定義する。ピニング幅に特に上
限はないが、チャネル幅の1/3 以下でないとドレイン接
合部のアンドープ領域が狭くなるので好ましくない。ま
た、下限はフォトリソグラフィ技術のパターン加工精度
の限界が下限となる。本願発明の場合、0.05〜0.3 μm
の範囲が実質的なピニング幅と言えるであろう。
【0052】さらに、隣接する個々のピニング領域間の
間隔(wi )は少なくともソース/ドレインの接合深さ
の2倍以上として設計する必要がある。
【0053】ピニング領域の深さはソース/ドレインの
接合深さ程度であるので、不純物散乱によって接合深さ
と同程度だけ横方向へのパターン広がりが起こる。即
ち、ピニング領域のパターン設計段階で接合深さの少な
くとも2倍以上の間隔をあけておかないと、隣接するピ
ニング領域が接触してしまい、アンドープ領域を塞いで
しまい好ましくない。従って、本願発明ではwi は 0.0
4 〜0.6 μm(好ましくは 0.1〜0.2 μm) とすれば良
い。
【0054】勿論、ピニング領域間の間隔(wi )が広
すぎてもピニング効果が弱まってしまうため、適切な間
隔とすることが重要である。本発明者らはwi の上限を
その基板濃度で形成しうる最大空乏層幅と考えている。
【0055】即ち、アンドープ領域の実効キャリア濃度
が1×1016atoms/cm3 程度ならば形成されるドレイン側
の空乏層の幅は 0.3μm程度であるので、wi を 0.3μ
m以下とすることが好ましい。また、同様に実効キャリ
ア濃度が1×1017atoms/cm3程度ならばwi は 0.1μm
以下とすれば良い。この様にアンドープ領域の実効キャ
リア濃度(基板濃度またはウェル濃度)が決まれば最大
空乏層幅の決まるので、それを踏まえて設計を行えば良
い。
【0056】以上の様に、本願発明では短チャネル効果
を抑制するためのエンジニアリングをチャネル幅方向に
対して施している。基本的にはゲイト電極に対して斜め
方向から不純物を添加するだけなのでプロセス的には簡
易である。
【0057】従来の技術と異なる点は、不純物を添加す
る際にチャネル幅方向に局在的に不純物領域(ピニング
領域)を設けることで、MOSFETのモビリティを低
下させることなく、短チャネル効果を抑制することがで
きる点にある。
【0058】ここで本願発明のMOSFETの効果を以
下にまとめる。まず、第1の効果は短チャネル効果(特
にパンチスルー現象)がドレイン接合部に設けられたピ
ニング領域によって効果的に抑制される点である。その
ため、スケーリング則に従って微細化を進めても空乏層
の広がりによる悪影響を防ぐことができる。
【0059】第2の効果は、MOSFETが動作してい
る時のキャリア(電子または正孔)の移動は、アンドー
プ領域で優先的に行われるため非常に高速動作が可能な
点である。アンドープ領域は基板濃度またはウェル濃度
がそのまま残っている領域であるため、実効キャリア濃
度は少なくとも5×1017atoms/cm3 以下(好ましくは1
×1017atoms/cm3 以下)である。
【0060】なお、例えばP型シリコン基板に対して1
×1017atoms/cm3 の実効キャリア濃度を持つN型ウェル
を形成する場合、P型シリコン基板のボロン濃度が 1×
1016atoms/cm3 程度であれば、N型ウェルには1×1016
atoms/cm3 程度のボロンと1〜2×1017atoms/cm3 程度
のリンが含まれることになる。しかしながら、不純物散
乱が問題となるのはその不純物濃度が 1×1017atoms/cm
3 以上となった場合であるため、N型ウェル内のボロン
は無視して良いと言える。
【0061】また、従来のチャネルドープを用いた構造
では1×1018atoms/cm3 程度の不純物がチャネル形成領
域全面に添加されるので、不純物散乱の影響は非常に大
きくなってしまう。その点、本願発明ではキャリアが優
先的に通過する領域(アンドープ領域)の実効キャリア
濃度は少なくとも5×1017atoms/cm3 以下(好ましくは
1×1017atoms/cm3 以下)であるため、不純物散乱の影
響はあっても極めて小さいという利点を持つ。
【0062】第3の効果は、ソース領域側にピニング領
域を設けた構成ではソース側のピニング領域が正孔の引
き出し線として利用できる点にある。MOSFETの動
作時、ドレイン接合部のインパクトイオン化現象によっ
て発生した正孔は基板へと流れて寄生バイポーラを導通
させる恐れがある。
【0063】しかしながら、ソース側に設けられたピニ
ング領域によってチャネル下部に移動してきた正孔をソ
ース領域へと引き抜くことができるため、寄生バイポー
ラの導通によるソース−ドレイン間耐圧の低下を防ぐこ
とができる。
【0064】以上の様に、本願発明のMOSFETは短
チャネル効果を抑制したまま素子サイズを微細化するこ
とができるため、高い信頼性を維持したまま、高い動作
性能を実現することができる。さらに、キャリアの移動
する領域に余計な不純物を打ち込む必要がないので、高
いモビリティ(電界効果移動度)を有するMOSFET
を実現しうる。
【0065】なお、本実施例ではNチャネル型MOSF
ETを例にとって説明を行ったが、同様にしてPチャネ
ル型MOSFETに適用することもできる。その場合、
ピニング領域に打ち込む不純物の導電型を変更すれば良
いだけである。
【0066】〔実施例2〕本実施例では、実施例1に示
した構造を有する本願発明のMOSFETを利用してC
MOS回路を構成した場合の例について図5を用いて説
明する。
【0067】まず、P型単結晶シリコン基板501を準
備し、不純物イオン注入によってP型ウェル502、N
型ウェル503を形成する。この様な構成はいわゆるツ
インタブ構造であり、ウェル濃度は実施例1に示した様
に 1×1016〜 5×1017atoms/cm3 の範囲で形成される。
【0068】次に、公知のLOCOS法などにより選択
酸化を行い、フィールド酸化膜504を形成した後、熱
酸化工程によってシリコン表面に30nm厚の酸化膜(後の
ゲイト絶縁膜)505を形成する。(図5(A))
【0069】次に、ゲイト電極506、507を形成す
る。本実施例ではゲイト電極を構成する材料として導電
性を有するシリコン膜を用いるが、他にもタンタル、ク
ロム、タングステン、モリブデン等の導電膜を用いるこ
とができる。なお、本実施例ではゲイト電極幅を 0.18
μmとする。
【0070】ゲイト電極を形成したら、後にPチャネル
型MOSFETとなる領域(図面向かって右側)をレジ
ストマスク508で覆い、その状態で斜め方向から13
族から選ばれた元素(代表的にはボロン)を添加する。
【0071】また、Nチャネル型MOSFETとなる領
域(図面向かって左側)に対しても、ピニング領域を形
成するためのマスクをレジストマスク508と同時に形
成する。この様子を図8に示す。図8において、800
はシリコン基板、801はゲイト電極である。
【0072】この時、ゲイト電極801を横切る様にし
てストライプ状にレジストマスク802を形成する。即
ち、マスク802で隠された部分がアンドープ領域とな
り、露出した部分(ただしゲイト電極801の下の部
分)がピニング領域となる。
【0073】なお、ここで形成される不純物領域は非常
に狭い範囲に打ち込まれることになるのでできるだけ不
純物散乱の影響を受けない様な装置や条件を用いて添加
することが望ましい。
【0074】そこで本実施例では、イオンインプランテ
ーション法(イオン注入法)によりボロンを 1×1018at
oms/cm3 の濃度で添加する。また、注入ガスはBF2
加速電圧は30keV 、ドーズ量は 1×1013atoms/cm2 とす
る。そして、シリコン基板に対して30°の角度でイオン
が注入される様に調節する。
【0075】この様な条件はシミュレーションによって
予め決定することができる。本発明者らによるシミュレ
ーション結果では、本実施例の条件に従えば図10に示
した様なプロファイルで不純物が添加されることが確認
されている。
【0076】こうして後にピニング領域となる不純物領
域509、510が形成される。実際にはこれらの領域
509、510の先端部分(ゲイト電極の下にもぐり込
んだ部分)のみがピニング領域として機能する。(図5
(B))
【0077】次に、今度はシリコン基板に対して垂直に
15族から選ばれた不純物元素を添加する。本実施例で
は不純物として砒素を用い、 5×1018〜 1×1019atoms/
cm3となる様に添加条件を調節する。ここでは20〜40nm
程度の浅い接合を形成するためにイオンプランテーショ
ン法、プラズマドーピング法、レーザードーピング法の
いずれかの手段を用いる。
【0078】こうして形成される不純物領域511、5
12の一部は後にNチャネル型MOSFETのLDD
(Lightly doped drain )領域として機能する。(図5
(C))
【0079】次に、Nチャネル型MOSFETとなる領
域をレジストマスク513で覆う。この時、Pチャネル
型MOSFETとなる領域には図8に示した様な構造で
ピニング領域形成用のマスクが設けられている(図示せ
ず)。
【0080】こうしてレジストマスク513を形成した
ら、シリコン基板に対して斜め方向から15族から選ば
れた元素(代表的にはリン)を添加して後にピニング領
域となる不純物領域514、515を形成する。添加条
件はシミュレーションで前もって実験的に決定してお
く。
【0081】本実施例では、イオンインプランテーショ
ン法(イオン注入法)によりリン 1×1018atoms/cm3
濃度で添加する。また、注入ガスはPH3 、加速電圧は
30keV 、ドーズ量は 1×1013atoms/cm2 とする。そし
て、シリコン基板に対して30°の角度でイオンが注入さ
れる様に調節する。(図6(A))
【0082】さらに、シリコン基板に対して垂直にボロ
ンを添加し、後にPチャネル型MOSFETのLDD領
域として機能する不純物領域516、517を形成す
る。この場合も浅い接合を形成することが望ましい。
(図6(B))
【0083】図6(B)の状態が得られたら、次に酸化
珪素膜(図示せず)を堆積してエッチバックを行い、サ
イドウォール518、519を形成する。(図6
(C))
【0084】次に、再びPチャネル型MOSFETとな
る領域をレジストマスク520で覆い、砒素を 1×1020
atoms/cm3 の濃度で添加する。こうしてソース領域52
1、ドレイン領域522が形成され、サイドウォール5
18の下にはLDD領域523が形成される。(図7
(A))
【0085】なお、ソース/ドレイン領域を形成する場
合もイオンプランテーション法、プラズマドーピング
法、レーザードーピング法のいずれかの手段を用いて浅
い接合を形成することが望ましい。
【0086】また、同様にNチャネル型MOSFETと
なる領域をレジストマスク524で覆い、ボロンを 1×
1020atoms/cm3 の濃度で添加する。こうしてドレイン領
域525、ソース領域526が形成され、サイドウォー
ル519の下にはLDD領域527が形成される。(図
7(B))
【0087】図7(B)の状態が得られたら、熱または
レーザーによるアニール処理を行い、添加した不純物の
活性化を行う。この時、不純物の拡散をできるだけ小さ
くする様な条件を設定することが必要である。
【0088】ソース/ドレイン領域の活性化が終了した
ら、チタン膜を成膜してアニール処理を行い、ソース/
ドレイン領域及びゲイト電極の表面にチタンシリサイド
層528を形成する。勿論、他の金属膜を用いた金属シ
リサイドを形成することもできる。シリサイド層を形成
した後、チタン膜は除去する。
【0089】次に、層間絶縁膜529を形成し、コンタ
クトホールを開けてソース電極530、531、ドレイ
ン電極532を形成する。勿論、電極形成後に水素化を
行うことも有効である。
【0090】以上の様な工程によって、図7(C)に示
す様なCMOS回路を得ることができる。このCMOS
回路はNチャネル型、Pチャネル型の両MOSFETに
対してピニング領域を設けているが、どちらか一方のみ
に設けた構成とすることも可能である。
【0091】〔実施例3〕実施例1、2ではゲイト電極
の両側から斜めに不純物を添加することでソース接合部
とドレイン接合部とにピニング領域を形成している。こ
の時、ソース/ドレイン接合部の両方に設けられたピニ
ング領域が、互いにゲイト電極の直下で電気的に接続す
る様な構成としても良い。
【0092】本実施例の構造を図9に示す。図9は本願
発明の構造を有するNチャネル若しくはPチャネル型の
MOSFETである。注目すべきは、斜め添加によって
形成されたピニング領域がゲイト電極直下で接触し、ソ
ース−ドレイン間に渡る一つのピニング領域901を形
成している点である。
【0093】勿論、ピニング領域901は図1で説明し
た様にチャネル幅方向に対してスリット状に設けられた
構成となっており、チャネル幅方向に対して配列された
各ピニング領域間にはアンドープ領域(図示せず)が形
成されている。
【0094】本実施例の構造とすると、実効的なアンド
ープ領域の面積は減少するがドレイン側からの空乏層の
広がりを抑えるピニング効果が高まる。なお、チャネル
長が0.1μm以下となってしまうと不純物添加の制御性
の問題から必然的に本実施例の構造になると予想され
る。
【0095】〔実施例4〕本願発明は、埋め込みチャネ
ル型のMOSFETに対して適用することも可能であ
る。埋め込みチャネル型はゲイト絶縁膜との界面よりも
下にチャネルが形成され、そこをキャリアが移動する。
【0096】従って、表面散乱によるキャリア移動度の
低下がなく、表面チャネル型に比べて高いモビリティを
得ることができる。しかし一方で埋め込みチャネル型は
パンチスルーに弱く、耐圧特性が低いという欠点があ
る。
【0097】しかしながら、本願発明の構造を採用した
埋め込みチャネル型MOSFETは高いモビリティを維
持したままパンチスルーによるソース−ドレイン間耐圧
の低下を抑止することが可能である。
【0098】〔実施例5〕本願発明は従来のIC技術全
般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流通
している全ての半導体装置(MOSFETを部品として
含む製品)に適用しうる。なお、本明細書中において
「半導体装置」とは、単体素子だけでなく、複数の単体
素子で構成された集積化回路およびその様な集積化回路
を搭載した電子機器(応用製品)をも範疇に含むものと
する。
【0099】例えば、ワンチップ上に集積化されたRI
SCプロセッサ、ASICプロセッサ等のマイクロプロ
セッサに適用しうる。また、D/Aコンバータ等の信号
処理回路から携帯機器(携帯電話、PHS、モバイルコ
ンピュータ)用の高周波回路に至るまで、半導体を利用
する全ての集積化回路に適用しうる。
【0100】図11に示すのは、マイクロプロセッサの
一例である。マイクロプロセッサは典型的にはCPUコ
ア11、RAM12、クロックコントローラ13、キャ
ッシュメモリー14、キャッシュコントローラ15、シ
リアルインターフェース16、I/Oポート17等から
構成される。
【0101】勿論、図11に示すマイクロプロセッサは
簡略化した一例であり、実際のマイクロプロセッサはそ
の用途によって多種多様な回路設計が行われる。
【0102】しかし、どの様な機能を有するマイクロプ
ロセッサであっても中枢として機能するのはIC(Inte
grated Circuit)18である。IC18は半導体チップ
19上に形成された集積化回路をセラミック等で保護し
た機能回路である。
【0103】そして、その半導体チップ19上に形成さ
れた集積化回路を構成するのが本願発明の構造を有する
MOSFET20(Nチャネル型)、20(Pチャネル
型)である。なお、基本的な回路はCMOS回路を最小
単位として構成することで消費電力を抑えることができ
る。
【0104】また、本実施例に示したマイクロプロセッ
サは様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能す
る。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュー
タ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙
げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コン
ピュータなども挙げられる。
【0105】
【発明の効果】本願発明によりディープサブミクロンプ
ロセスが必要となってもプロセス制御性の高い構造で効
果的に短チャネル効果を抑制しうるMOSFETを提供
することが可能となる。
【0106】さらに、キャリアの移動経路となる領域が
確保されているので短チャネル効果の抑制と同時に高い
モビリティを有するMOSFETが実現される。即ち、
高いモビリティと高い信頼性とを同時に実現する半導体
装置が得られる。
【0107】本願発明を利用した半導体装置は、今現在
市場に流通している全ての半導体装置(応用製品も含め
て)と置き換えが可能であり、全ての半導体装置の高性
能化、高信頼性化を実現しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明のMOSFET構造を説明するた
めの図。
【図2】 従来のMOSFET構造を説明するための
図。
【図3】 ピニング領域の形状を示す図。
【図4】 ピニング領域の配置構成を示す図。
【図5】 本願発明のMOSFETの作製工程を示す
図。
【図6】 本願発明のMOSFETの作製工程を示す
図。
【図7】 本願発明のMOSFETの作製工程を示す
図。
【図8】 ピニング領域形成時のレジストの配置例を
示す図。
【図9】 本願発明のMOSFET構造を説明するた
めの図。
【図10】 ピニング領域形成時のシミュレーション結
果を示す図。
【図11】 電子機器の一例を示す図。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板でソース領域、ドレイン領域及
    びチャネル形成領域が形成された複数のMOSFETで
    構成される回路を有する半導体装置において、 前記チャネル形成領域内の前記ドレイン領域との接合部
    には前記ソース領域及びドレイン領域とは逆導電型の不
    純物領域がチャネル幅方向に対して局所的に設けられて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】半導体基板でソース領域、ドレイン領域及
    びチャネル形成領域が形成された複数のMOSFETで
    構成される回路を有する半導体装置において、 前記チャネル形成領域は不純物領域とアンドープ領域と
    で構成され、 前記チャネル形成領域内の前記ドレイン領域との接合部
    には、当該接合部に沿って前記ソース領域及びドレイン
    領域とは逆導電型の不純物領域と前記アンドープ領域と
    が交互に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、前記不
    純物領域とは、前記ドレイン領域とは逆導電型の不純物
    を前記アンドープ領域よりも高濃度に含んだ領域である
    ことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項1乃至請求項3において、前記不純
    物領域には13族または15族から選ばれた元素が1×
    1017〜5×1019atoms/cm3 の濃度で含まれていることを
    特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】請求項1乃至請求項3において、前記アン
    ドープ領域には13族または15族から選ばれた元素が
    1×1016〜5×1017atoms/cm3 の濃度で含まれているこ
    とを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】請求項1または請求項2において、前記不
    純物領域のチャネル幅方向における幅は0.05〜0.3 μm
    であることを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】請求項1または請求項2において、前記不
    純物領域は0.04〜0.6 μmの間隔を空けて配列されてい
    ることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】半導体基板上にゲイト絶縁膜及びゲイト電
    極を積層形成する第1の工程と、 前記半導体基板に対して斜め方向から不純物を添加する
    第2の工程と、 前記ゲイト電極をマスクとして自己整合的にソース領
    域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を形成する第3
    の工程と、 を有し、 前記第2の工程によって、前記ゲイト電極の下にはチャ
    ネル幅方向に対して局所的に前記ソース領域及びドレイ
    ン領域とは逆導電型の不純物領域が形成されることを特
    徴とする半導体装置の作製方法。
  9. 【請求項9】半導体基板上にゲイト絶縁膜及びゲイト電
    極を積層形成する第1の工程と、 前記半導体基板に対して斜め方向から不純物を添加する
    第2の工程と、 前記ゲイト電極をマスクとして自己整合的にソース領
    域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を形成する第3
    の工程と、 を有し、 前記第2の工程によって、前記ゲイト電極の下にはチャ
    ネル幅方向に沿って前記ソース領域及びドレイン領域と
    は逆導電型の不純物領域が間隔を空けて一ヶ所乃至数カ
    所形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  10. 【請求項10】請求項8または請求項9において、前記
    不純物領域には13族または15族から選ばれた元素が
    1×1017〜5×1019atoms/cm3 の濃度で添加されること
    を特徴とする半導体装置の作製方法。
  11. 【請求項11】請求項8または請求項9において、前記
    不純物領域のチャネル幅方向における幅は0.05〜0.3 μ
    mであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  12. 【請求項12】請求項8または請求項9において、前記
    不純物領域は0.04〜0.6 μmの間隔を空けて形成される
    ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
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