JPS61214477A - Mos型半導体装置 - Google Patents

Mos型半導体装置

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JPS61214477A
JPS61214477A JP60057360A JP5736085A JPS61214477A JP S61214477 A JPS61214477 A JP S61214477A JP 60057360 A JP60057360 A JP 60057360A JP 5736085 A JP5736085 A JP 5736085A JP S61214477 A JPS61214477 A JP S61214477A
Authority
JP
Japan
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layer
concentration
impurity
semiconductor layer
conductivity type
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Pending
Application number
JP60057360A
Other languages
English (en)
Inventor
Kyohiko Kotani
小谷 教彦
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS61214477A publication Critical patent/JPS61214477A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/601Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having lightly-doped drain or source extensions, e.g. LDD IGFETs or DDD IGFETs 
    • H10D30/603Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having lightly-doped drain or source extensions, e.g. LDD IGFETs or DDD IGFETs  having asymmetry in the channel direction, e.g. lateral high-voltage MISFETs having drain offset region or extended drain IGFETs [EDMOS]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/351Substrate regions of field-effect devices
    • 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

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] この発明はMOS型半導体装置に関し、特に微細化、高
耐圧化、高速化および信頼性の高度化が図れるMOS型
半導体装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、MOS電界効果トランジスタ(以下MOSFET
と記す)の微細化のた・めにLDD(LIOht+y 
 Q oped  DIHusion)構造(低濃度拡
散層を有する構造)や、Graded  Juncti
on  (傾斜型接合)構造が使用されている。
第1図はLOO構造のMOSFETを示す断面図である
。図において、p形シリコン基板1上の一部にソース用
高濃度n+不純物層2.低濃度n−不純物層4が形成さ
れており、またp形シリコン基板1上の他の一部に低濃
度n−不純物層4と間隔を隔てて低濃度n−不純物層5
.ドレイン円高濃度n+不純物層3が形成されている。
6はゲート絶縁膜であり、7はゲート電極である。
第2図&t G raded J unction構造
のMOSFETを示す断面図である。図において、p形
シリコン基板1上の一部に低濃度n−不純物[4が形成
されており、この不純物層上にソース用高濃度n1不純
物層2が形成されている。またp形シリコン基板1上の
他の一部に低部[n−不純物層4と間隔を隔てて低濃度
n−不純物層5が形成されており、この不純物層上にド
レイン円高濃度n+不純物層3が形成されている。
これらの構造の特徴は、ソース円高濃度n+不純物層2
およびドレイン用高引I+不純物層3のまわりの一部に
あるいはまわり全体に低濃度n−不純物層4F3よび低
濃度n−不純物層5を付加した点であり、その利点とし
ては、低濃度n−不純物層5によってドレイン円高濃度
n+不純物層3の空乏層が広がってこの空乏層内での電
界強度が弱くなり、このためソース・ドレイン耐圧の向
上とホットエレクトロンの注入の減少が図れることであ
る。
【発明が解決しようとする問題点] しかしながら、従来のMOSFETにおいては、ソース
円高濃度n+不純物層2のまわりの一部にあるいはまわ
り全体に形成された低濃度n−不純物層4での抵抗成分
の増加がMOSFETのコンダクタンスを大きく低下さ
せるという基本的な欠点があり、このコンダクタンスの
低下はこのMOSFETをLSIなどで使用する場合に
大きな障害になっている。
また、LLD構造のMOSFETではその製造プロセス
が相当複雑になり、G raded  J uncti
n構造のMOSFETでは低濃度n−不純物層4゜5が
p形シリコン基板1内に深く形成されるためバンチスル
ーが発生しやすいという欠点があった。
以上のように、従来のMOSFETには種々の欠点があ
り、コンダクタンスの低下を生じずに、MOS型半導体
装置の微細化、高耐圧化および信頼性の高度化を達成す
ることは基本的に困難であった。
この発明は上記のような欠点を除去するためになされた
もので、微細化、高耐圧化、高速化および信頼性の高度
化を図れるMOS型半導体装1を提供することを目的と
する。
[問題点を解決するための手段] この発明に係るMOS型半導体装置は、第111電形の
半導体基板上に該半導体基板の不純物濃度より不純物濃
度が高い第1導電形の半導体層を形成し、該第1s電形
の半導体層上に不純物濃度が高い第2導電形の第1半導
体層を形成し、上記半導体基板上に上記第1導電形の半
導体層と間隔を隔てて不純物濃度が低い第2導電形の半
導体層を形成し、該第21!′Il形の半導体層上に不
純物濃度が高い第2導電形の第2半導体層を形成し、少
なくとも上記第1導電形の半導体層上および上記半導体
基板上に不純物濃度が低い表面半導体層を形成し、該表
面半導体層の一方側が上記第2導電形の第1半導体層に
接触しその他方側が少なくとも第2導電形の半導体層に
接触するようにし、上記第2導電形の第1半導体層上、
上記表面半導体層上、上記第2導電形の半導体層上およ
び上記第2導電形の第2半導体層上にゲート絶縁膜を形
成し、該ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するように
したものである。
[作用1 この発明においては、不1ill物濃度が高い第2導電
形の第2半導体層のまわりの不純物濃度が低い第2導電
形の半導体層は、上記第2導電形の第2半導体層の空乏
層を広げてこの空乏層内の電界強度を弱くし衝突電離に
よるキャリアの発生を減少させ、不純物濃度が高い第2
導電形の第1半導体層のまわりの不純物11度が高い第
1′s電形の半導体層では、上記の発生したキャリアの
一方が集積してもこの部分の電位の変化を最小に抑制す
る。
また、上記第1導電形の半導体層はMOS型半導体装置
のコンダクタンスを向上させる。
[実施例] 以下、この発明の実m例を図について説明するが、その
前にこの発明の概要について若干説明する。
MOSFETの耐圧は、ドレイン接合における高電界下
での衝突電離による「なだれ降伏」によって、あるいは
W突電離で発生した電子−正孔対。
のうち、たとえばnチャンネルMOSFETであれば正
孔がドレイン電界によってソース近くまで流れてそこに
高密度で集積し、このためソース近くの基板内部の電位
が上昇してソースから電子が多量に基板に注入されMO
SFETがバイポーラトランジスタのように動作するこ
とによって低下する。特に後者のバイポーラ動作は、短
チャンネルMOSFET1.:おいて耐圧低下の主な原
因となっている。この発明はこのMOSFETのバイポ
ーラ動作をも抑制することができる。すなわち、ドレイ
ン付近の不純物の濃度分布を緩やかに変化させることに
よって電界集中を防ぎ衝突電離による電子−正孔対の発
生をまず抑制する。そして、多量の正孔がソース近くに
集積しても、ソース近くにはp+層があるため基板内部
の電位の上昇が抑制されソースから基板への電子の注入
が発生しない。このように、この発明の構造のMOSF
ETは短チャンネルMOSFETでは不可能であった高
いソース・ドレイン耐圧を実現できることが理論的に明
らかである。
第1図はこの発明の実施例であるnチャンネルMOSF
ETを示す断面図である。図において、不純物濃度が1
Q I G / cal程度のp形シリコン基板1上の
一部に不純物濃度が10′5〜101’7am”の高濃
度p+不純物層9が形成されており、この不純物層上に
ソース同高濃度n+不純物履2が形成されている。また
p形シリコン基板1上の他の一部に高濃度p+不純物1
19と間隔を隔テテ不純物濃度が10+4〜10I6/
Cl11′の低濃度n−不純物層8が形成されており、
この不純物層上にドレイン用高man+不純物層3が形
成されている。高濃度p+不純物M9上およびp形シリ
コン基板1上に不純物濃度が〜10”/C13のp形ま
たはn形の低濃度不純物層10が形成されており、この
不純物層の一方側がソース円高濃度n+不純物層2に接
触しその他方側が低濃度n−不純物層8に接触している
。ソース円高濃度n+不純物層2上、低濃度不純物層1
0上、低部i[n−不純物層8上およびドレイン用高濃
度n+不純物113上にゲート絶縁膜6が形成されてお
り、このゲート絶縁膜上にゲート電極7が形成されてい
る。p形シリコン基板1はイオン注入で形成してもよく
、あるいはエピタキシャル成長によって形成してもよい
。またp形シリコン基板1内への不純物の導入、すなわ
ちソース円高濃度n+不純物層2.高漢度p+不純物層
9.低濃度不純物層10、低濃度n−不純物層8および
ドレイン円高濃度n+不純物層3は、イオン注入や拡散
によって形成してもよく、あるいはM B E (M 
olecularl On  Beam  l:、pi
taxiy :分子イオンビームエピタキシ)やF I
 B (Focused  I on  Beam :
集束イオンビーム)によって形成してもよい。低濃度n
+不純物層8はドレイン円高濃度n+不純物層3の空乏
層を広げてこの空乏層内の電界強度を弱め、ソース・ド
レイン耐圧の低下の原因とな   ゛るキャリアの発生
を減少させる。高濃度p1不純物層9はこの発生したキ
ャリアのうち正孔がソース層高wren+不純物眉2前
面に集積しても、高濃度p+不純物層9のためにソース
円高濃度n+不純物層2とp形シリコン基板11IIl
のビルトイン電圧の低下を防ぎ、ソース円高濃度n+不
純物層2からp形シリコン基板1への電子の流入を防ぐ
このため、MOSFETの高耐圧化ひいては微細化が実
現され、また信頼度の高度化が実現される。
低濃度不純物層10はp形シリコン基板1表面のしきい
値電圧を制御するためのもので、高濃度p“不純物11
9によるしきい値電圧の上昇を抑制する。また、ソース
用高濃度n+不純物1I12のまねりに高濃度p+不純
物!19を形成することによってMOSFETのコンダ
クタンスが向上し、その高速化が実現されも。
第2図は、この発明の他の実施例である5OI(311
1con  Qn  In5ulator)nチャンネ
ル間O8FETを示す断面図である。図において、絶縁
物11上に第1図のnチャンネル間O8FETと同様な
構造が形成されており、これによってもMOSFETの
微細化、高耐圧化、高速化および信頼度の高度化が実現
される。
上述のような構造の作用は、ソース側またはドレイン側
の構造のみを単独で採用してもバンチスルー発生による
耐圧低下や接合耐圧の低下を招き、この発明のような効
果は期待できない。すなわち、この発明の特徴はMOS
FETの耐圧低下をその原因となる正孔の発生と正孔の
持つ正電荷の影響を抑制することによって実現し、キャ
リアの発生を防ぐことによってホットエレクトロンの発
生も同時に減少させて信頼度の高度化を図り、さらにソ
ースのまわりにp+層を形成することによって低抵抗化
を図りコンダクタンスの向上を実現する、高性能微細化
MOSFETである。
なお、ソース用高漢度n+不粍物層2とドレイン用高濃
度n+不純物@3の深さは異なってもよく、たとえばソ
ース用高濃度n+不純物層2I3よび高濃度p+不純物
層9の深さをドレイン用高晴度n+不純物層3および低
濃度n−不不純物日の深さより浅くすることによって、
コンダクタンスの低下を防ぎながらパンチスルーによる
耐圧低下を一層効果的に防止することができる。
また、上記実施例では、ソース円高濃度n+不純物層2
およびドレイン層高11度04″不純物層3のまわり全
体に高温度p+不純物層9および低濃度n−不純物N8
を形成する場合について説明したが、ソース用高濃度n
+不純物1126よびドレイン用高引I+不純物113
のまわりの一部に高11度り+不純物w9および低濃度
n−不純物履8を形成する場合についても、上記実施例
と同様の効果を奏する。
また、上記実施例では、nチャンネルMOSFETの場
合について説明したが、各部をp形からn形にn形から
p形にしたpチャンネルMOSFETについてもこの発
明は適用できる。
[発明の効果1 以上のようにこの発明によれば、第1導電形の半導体基
板上に該半導体基板の不純物濃度より不純物濃度が高い
第1導電形の半導体層を形成し、該第1導電形の半導体
層上に不純物濃度が高い第2導電形の第1半導体層を形
成し、上記半導体基板上に不純物濃度が低い第2導電形
の半導体層を形成し、該第2導電形半導体層上に不純物
濃度が高い第2導電形の第2半導体層を形成したので、
上記第2導電形の半導体層は、上記第2導電形の第2半
導体層の空乏層を広げてこの空乏層内の電界強度を弱ク
シ衝突電離によるキャリアの発生を減少させ、上記第1
導電形の半導体層では、上記の発生したキャリアの一方
が集積してもこの部分の電位の変化を最小に抑制する。
また、上記第1導電形の半導体層はMOSFETのコン
ダクタンスを向上させる。°このため、微細化、高耐圧
化。
高速化、および信頼度の高度化が図れるMOS FET
を従来のMOS F E Tより簡単な製造方法により
しかも精度良く作ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施例であるnチャンネル間O8
FETを示す断面図である。 第2図は、この発明の他の実施例である5OInチャン
ネルMOSFETを示す断面図である。 第3図は、従来のLDD構造のMOSFETを示す断面
図である。 第4図は、従来のQ raded J unction
構造のMOSFETを示す断面図である。 図において、1はp形シリコン基板、2はソース円高濃
度n+不純物層、3はドレイン同高濃度n+不純物層、
4.5は低部[n−不純物層、6はゲート絶縁膜、7は
ゲート電極、8は低濃度n−不純物層、9は高濃度p+
不純物層、10は低濃度不純物層である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代  理  人     大  岩  増  雄第1図 第2図 1に−a@ 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1導電形の半導体基板と、 前記半導体基板上に形成され、該半導体基板の不純物濃
    度より不純物濃度が高い第1導電形の半導体層と、 前記不純物濃度が高い第1導電形の半導体層上に形成さ
    れる不純物濃度が高い第2導電形の第1半導体層と、 前記半導体基板上に前記不純物濃度が高い第1導電形の
    半導体層と間隔を隔てて形成される不純物濃度が低い第
    2導電形の半導体層と、 前記不純物濃度が低い第2導電形の半導体層上に形成さ
    れる不純物濃度が高い第2導電形の第2半導体層と、 少なくとも前記不純物濃度が高い第1導電形の半導体層
    上および前記半導体基板上に形成され、かつ一方側が前
    記不純物濃度が高い第2導電形の第1半導体層に接触し
    他方側が少なくとも前記不純物濃度が低い第2導電形の
    半導体層に接触している不純物濃度が低い表面半導体層
    と、 前記不純物濃度が高い第2導電形の第1半導体層上、前
    記不純物濃度が低い表面半導体層上、前記不純物濃度が
    低い第2導電形の半導体層上および前記不純物濃度が高
    い第2導電形の第2半導体層上に形成されるゲート絶縁
    膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されるゲート電極とを備えた
    MOS型半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63141372A (ja) * 1986-12-04 1988-06-13 Seiko Instr & Electronics Ltd 絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法
EP0583897A3 (en) * 1992-08-03 1994-08-17 Hughes Aircraft Co Field-effect transistor with structure for suppressing hot-electron effects, and method of fabricating the transistor
WO2004070847A1 (ja) * 2003-02-07 2004-08-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 電界効果トランジスタ及びその製造方法、相補型電界効果トランジスタ

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