JPS6143865B2 - - Google Patents

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JPS6143865B2
JPS6143865B2 JP53011678A JP1167878A JPS6143865B2 JP S6143865 B2 JPS6143865 B2 JP S6143865B2 JP 53011678 A JP53011678 A JP 53011678A JP 1167878 A JP1167878 A JP 1167878A JP S6143865 B2 JPS6143865 B2 JP S6143865B2
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JP
Japan
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gate
film
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mos
substrate
Prior art date
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JP53011678A
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English (en)
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JPS54104782A (en
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Kazuya Kikuchi
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMOS型半導体装置(MOSIC)に関
し、MOSICにおけるMOSトランジスタ(以下
MOS−Trと称す)において、特にチヤネル長の
短いMOS−Trにおいて生じるソース・ドレイン
間のパンチスル−現象を防止し、且つ相互コンダ
クタンスgmの大きい素子構造を提供するもので
ある。
MOS−Trのパンチスル−現象を防止する素子
構造として第1図に示す構造が特開昭50−8483号
にて提案されている。第1図のMOS−Trは半導
体基板(以下Si基板と称す)1、ゲート酸化膜
(以下ゲートSiO2膜と称す)2、ソース領域3、
ドレイン領域4、フールドSiO2膜5、ポリシリ
コンゲート膜6、ゲート電極7、ソース電極8、
ドレイン電極9の構造から成り立つている。そし
て、Si基板1中にドレイン領域4の電圧により生
じるドレイン空乏層10が形成され、11はこの
構造におけるチヤネルを示す。
上記構造はゲートSiO2膜2に接する面をドレ
イン領域4より深くSi基板1中に埋没せしめ、し
かもチヤネル部分の半導体表面11をソース・ド
レイン方向に屈曲せしめることによつてドレイン
空乏層10の拡がりの方向を基板方向に向け、パ
ンチスル−耐圧を高くするようにしていた。
しかし、上記構造では、次のような問題点があ
る。
第1に、ソース・ドレイン領域の不純物濃度が
高い場合、ゲースSiO2膜2の接する面を十分深
くSi基板1中に埋没して、ソース・ドレイン領域
3,4の下面とゲートSiO2膜2の下面の深さの
差を大きくしなければ、パンチスル−耐圧を高く
することは困難である。なぜならば、ソース・ド
レインの不純物濃度が高いため、ドレイン空乏層
10はドレイン領域内には拡がらず、基板方向の
みに拡がり、ゲートSiO2膜2の下面がソース・
ドレイン領域の下面よりあまり深くなければ、す
ぐにパンチスル−を起してしまう。
第2に、ソース・ドレイン領域3,4の下面よ
り深くゲートSiO2膜の下面をSi基板中に埋没しな
ければならないため、例えば、1μm以上深くSi
基板1中に埋没する必要がある場合、一定のゲー
ト幅を持つて1μ以上もSi基板の一部を除去する
ことはきわめて困難である。
第3に、チヤネル且つが屈曲しているため、再
現性のある良好な特性を得ることはきわめて困難
である。
したがつて、本発明の目的は、上記の問題点を
解決したパンチスル−耐圧の高い、良好な特性を
有する素子構造を提供することにある。すなわ
ち、本発明は第1図に示されるMOS−Trの欠点
を完全に除去するもので、以下本発明にかかる
MOS−Trの構造の特徴を第2図,第3図,第4
図により詳しく説明する。
第2図に示すように、Si基板20、ゲートSiO2
膜21、ソース領域22、ドレイン領域23、外
方拡散した低濃度ソース領域24、外方拡散した
低濃度ドレイン領域25、ゲート電極26、金属
電極27,28,29、フイールドSiO2膜3
0、CVD−SiO2膜31から成り立つている。こ
の構造によればゲート部の下に位置するソース・
ドレイン領域24,25の不純物濃はソース・ド
レイン領域22,23の表面に比べてはるかに低
濃度になつている。
これは第3図に示すように、ソース・ドレイン
領域24,25の不純物濃度分布をとれば、表面
の不純物濃度がもつとも高く、表面から内部に向
かうにしたがつて不純物のしみ込み方が少なく、
したがつて、不純物濃度もだんだん低くなつてい
る。このような不純物濃度分布も持つソース・ド
レイン領域において、例えば、埋設したゲート
SiO2膜21下面のドレイン領域25の位置をA
とした場合、その位置のドレイン領域25の不純
物濃度cはドレイン領域25の表面濃度bよりか
なり低い。この関係はソース側も同様である。し
かも、SiO2膜21に接するソース・ドレイン領
域24,25は後述するごとく外方拡散されて濃
度が低くなつており、Aから矢印x方向への濃度
をみると、第4図に示すよにAの位置の不純物濃
度cはその同じ深さにおける外方拡散されていな
いソース・ドレイン領域22,24の不純物濃度
dよりさらに低い。これは、ゲートSiO2膜21
に接する外方拡散されたソース・ドレイン領域2
4,25の他の位置においても同じようになる。
なお、第4図のeは外方拡散した部分を示す。
このように、ゲート部の下面からゲート部の側
面に沿つて位置するドレイン領域25の不純物濃
度を他のドレイン領域23の不純物濃度より低く
することによつて、第2図に示すように、チヤネ
ル部に近いドレイン空乏層32の拡がり方向を基
板方向のみならずドレイン領域25内に向けるこ
とができるためパンチスル−耐圧が高く、且つ、
チヤネル長に短いMOS−Trを実現することがで
きた。
次に本発明の構造を得るための一製造方法を第
5図により説明する。
本発明をAゲートMOS−Trに用いた実施例
およびその製造方法を第5図にしたがつて詳しく
説明する。
N形またはP形のSi基板20上にCVD法によ
りSi3N4膜41を1000Å〜3000Å程度設け、さら
にSi3N4膜41上に感光性樹脂膜42を塗布して
光蝕刻法によりゲート部を含むソース・ドレイン
領域上の感光性樹脂膜42を残存させて他の領域
の感光性樹脂膜42を除去する(第5図a)。
その後、感光性樹脂膜42をマスクとしてCF4
プラズマ雰囲気中でゲート部を含むソース・ドレ
イン領域上以外のSi3N4膜41を除去し、さらに
Si基板20を所望の深さ例えば3000Å〜4000Å程
度を除去し、O2プラズマ雰囲に変えて感光性樹
脂膜42を除去すると第5図bの構造が得られ
る。または、感光性樹脂膜42をマスクとしてゲ
ート部を含むソース・ドレイン領域上以外の
Si3N4膜41を除去し、感光性樹脂膜42を除去
した後、Si3N4膜41をマスクとしてSi基板20
の一部を弗化水素酸(以下HFと称す)系のエツ
チ液でエツチングしてもよい。
次いでSi基板20を酸化雰囲気中で加熱して
6000Å〜8000Å程度選択酸化すれば第5図cの如
くSi3N4膜41下のSi基板20の表面と同一平面
をなすSiO2膜30を形成することができる。
次いで感光性樹脂膜44を塗布し、光饉刻法に
よつてゲート部上の感光性樹脂膜44のみ残存さ
せて他の感光性樹脂膜を除去し、感光性樹脂膜4
とSiO2膜30をマスクとしてCF4プラズマ雰囲気
中でソース・ドレイン領域上のSi3N4膜41を除
去する(第5図d)。そして、感光性樹脂膜44
をO2プラズマ雰囲気中あるいは熱硫酸によつて
除去し、Si3N4膜41とSiO2膜30をマスクとし
てSi基板20にこれと異なる導電形式を有するP
形またはN形の不純物を拡散してソース領域22
およびドレイン領域23を形成した(拡散深さは
5000Å程度とする)後、酸素雰囲気中で加熱して
1000Å〜2000Å程度選択酸化すればSiO2膜47
をソース領域22、ドレイン領域23上に形成で
きる(第5図e)。
次いでSi3N4膜41をリン酸によるウエイトエ
ツチ法あるいはCF4プラズマ法により除去し、ゲ
ート部を形成するために、SiO2膜47をマスク
としてCF4、プラズマ法によりSi基板20に例え
ば深さ6000Å程度の凹部48を穿孔形成し(第5
図f)、真空中もしくは不活性ガス中で高温加熱
してソース・ドレイン領域の凹部内面のSi基板表
面の不純物を外方拡散しながら拡散深さを深くし
た後、熱酸化法により500Å〜2000Å程度のゲー
トSiO2膜11を凹部48内に形成する(第5図
g)。すなわち、この工程により凹部48の内面
の不純物は外方向拡散(アウトデイフユージヨ
ン)により減少し、低濃度のソース・ドレイン領
域24,25を形成することができる。
次いで、ゲートSiO2膜21内に、SiO2膜47
の厚さを除いた深さと同等程度の厚さを有するA
膜50をスパツタ法あるいは抵抗加熱法あるい
は電子ビーム法により被着形成すれば、凹部48
内にも、第2図hの如くAゲート層26が埋設
される。さらに感光性樹脂膜52を2μm程度塗
布すればAゲート層26上には約2.6μm程度
の感光性樹脂膜が形成され、感光性樹脂膜52は
ほぼ平坦な表面を得ることができ(第5図h)、
A膜50上の感光性樹脂膜52の厚さ約2μm
だけO2プラズマ法によつて全面除去するか、あ
るいは光蝕刻法によつて前記厚さ分約2μmだけ
露光・現像すれば第5図iの如くAゲート層2
6上にのみ感光性樹脂膜52を約0.6μm程度残
存させることができる。
その後リン酸系の溶液でA膜50を除去し、
さらにHF系の溶液でSiO2膜47を除去した後、
Aゲート層26上の感光性樹脂膜52をO2
ラズマ法によつて除去すれば第5図jの構造が得
られる。次にCVD法により8000Å程度のSiO2
31を形成し(第5図k)、ソース領域22、ド
レイン領域23、Aゲート層26の電極窓およ
び電極配線に相等する部分のSiO2膜31を光蝕
刻法により透孔54,55,56を穿孔する(第
5図l)。
その後スパツタ法あるいは抵抗加熱法あるいは
電子ビーム法によりSiO2膜31の厚さと同等程
度の膜厚を有するA膜57を蒸着し、さらに感
光性樹脂膜58を2μm程度塗布して、前記A
ゲート層26を形成した方法と同様に光蝕刻法あ
るいはO2プラズマ法によつて各電極配線上にの
み感光性樹脂膜58を残存させる(第5図m)。
そして露出されているA膜57を除去し、感光
性樹脂膜58を除去するソース電極27、ドレイ
ン電極28、ゲート電極29が形成されて最終構
造の第5図nのAゲートMOS−Trが得られ
る。
この第5図の方法によれば、フイールド部およ
びゲート部がSi基板内に埋されており、且つ、ソ
ースおよびドレイン領域の形成されている前Si基
板の表面と前記フイールド部およびゲート部の表
面が同一平面を有するMOS−Trを得ることがで
きる。したがつて、電極形成時における感光性樹
脂膜の断線やマスク像のボケがなくなり、高い解
像度を得ることができ、且つ、電極配線の断線が
なくなるため、高密度構造のMOS−Trを得るこ
とができる。そして、第5図ではAゲート
MOS−Trにおいて、セルフアライン法によつて
ゲート部を形成することができるため、マスク合
せが不必要となり、高密度化が可能である。
以上の方法はAゲートMOS−Trを作成した
例であるが、Aゲートの代わりにシリコンゲー
トを形成し、シリコンゲートMOS−Trを作成す
ることもできる。この場合は第5図gののち、
CVD法により多結晶シリコン膜を形成し、A
ゲート26の代わりにシリコンゲートを埋込むこ
とができる。こうしたのち、SiO2膜47をマス
クとして、埋込まれたシリコンゲートにソース・
ドレインの不純物の導電形式に関係なく所望のN
形,P形の不純物を拡散して導電性を付与するこ
とができる。
以上の方法で作成されたシリコンゲートMOS
−Trではシリコンゲートに不純物を選択的に拡
散できる。例えばPチヤンネルシリコンゲート
MOS−TrにおいてシリコンゲートにP形の不純
物を拡散するよりもN形の不純物を拡散する方が
不純物のSi基板への突き抜けを少なくできる。ま
た、N形の不純物を拡散したシリコンゲートより
もP形の不純物を拡散したシリコンゲートの方が
仕事関数差ΦMSが大きいため、例えばデエプレツ
シヨン形のNチヤンネルシリコンゲートMOS−
TrにおいてシリコンゲートにP形の不純物を拡
散することによつてVrを上げることができ、そ
れによつてエンハンスメント形のnチヤンネルシ
リコンゲートMOS−Trにすることができる。
以上のように、本発明にかかるMOSトランジ
スタはゲート部の下に位置するソース・ドレイン
領域の不純物濃度の他のソース・ドレイン領域の
不純物濃度より低くすることによつてチヤネル部
に近い部分の空乏層が基板方向のみならず、ソー
ス・ドレイン領域内に拡がるためパンチスル−耐
圧を高くすることができ、且つ、チヤネル長を短
くすることができた。したがつて相互コンダクタ
ンスgmを大きくすることができ、スイツチング
特性、周波数特性の良好なMOS−Trを得ること
ができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の埋込みゲートMOS−Trの構造
断面図、第2図は本発明の一実施例にかかる
MOS−Trの構造断面図、第3図,第4図は第2
図のMOS−TrのSi基板中のソース・ドレイン領
域の不純物濃度分布を示す図、第5図はa〜nは
本発明にかかるMOS−Trの製造方法の一例の工
程断面図である。 20……Si基板、21……ゲートSiO2膜、2
2,23……ソース・ドレイン領域、24,25
……低濃度ソース・ドレイン領域、26……ゲー
ト電極、27,28,29……ゲート電極、30
……フイールドSiO2膜、48……凹部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ゲート絶縁層を介して一方導電型半導体基板
    主面に埋没されたゲート領域と、該ゲート領域の
    両側の上記基板内に上記ゲート絶縁膜の下面より
    深く形成された他方導電形のソース・ドレイン領
    域とを備え、該ソース・ドレイン領域において上
    記ゲート絶縁層直下に位置する領域がその他の領
    域よりも低不純物濃度であることを特徴とする
    MOS型半導体装置。 2 ゲート電極領域の表面とソース・ドレイン領
    域の表面が同一平面を形成していることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のMOS型半導体
    装置。 3 ゲート電極がA電極よりなることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のMOS型半導体
    装置。
JP1167878A 1978-02-03 1978-02-03 Mos type semiconductor device Granted JPS54104782A (en)

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JP4710222B2 (ja) * 2003-11-10 2011-06-29 トヨタ自動車株式会社 半導体装置とその製造方法

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