JPS6233469A

JPS6233469A - Ｍｉｓ型電界効果トランジスタ

Info

Publication number: JPS6233469A
Application number: JP60173415A
Authority: JP
Inventors: Yasuro Ikeda; 康郎池田; Mitsuru Sakamoto; 充坂本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1987-02-13

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〕果トランジスタの構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ｎチャンネルＭＯ８電界効果トランジスタでは、
第３図に示すように、ゲート膜３０３に二酸化シリコン
、ゲート電極２０４にアルミニウム又は、口１型の不純
物を含んだ多結晶シリコンを用いている。な８．３０２
は拡散層領域、３０５は素子分離領域である。上記の如
きＭＩＳ型トランジスタを微細化すると、短チャンネル
化に伴って、耐圧や閾値電圧が低下する。上記の現象を
防止し、閾値電圧を制御するため、通常は、チャンネル
領域にイオン注入法により不純物をドーピングしている
（以後チャンネル・ドープと記す）。

〔発明がＭ決しようとする問題点〕

上述した従来のチャンネル・ドープによる閾値電圧制御
法では、チャンネル長が短かくなるほど、チャンネル・
ドープ量は多くなる。従って、ピンチオフ状態でのドＩ
／イン空乏層の伸びが小さくなり、ド１／イン端での電
界が強くなる。その結果、キャリア増倍現象が起り、ホ
ットキャリアが発生し、ゲート酸化膜中ヘキャリアの一
部が注入されるようになる。注入されたキャリアの一部
は、酸化膜中のトラップ準位に捕獲されるため、膜中ζ
こ電荷が生じ、閾値電圧を変動させる。この閾値電圧の
変動が、ＭＯＳトランジスタの微細化を妨げている。

ドレイン端における電界を弱め、しかも、閾値電圧をｆ
ｌｔｌｌ　Ｎする手段の一つとして、ゲートをｐ＋型に
する事が知られている。つまり、シリコン基板とｐ　型
多結晶シリコンとの仕事関数差〔０，４ｖ＜ｐｍ基板）
、０．９Ｖ（ｎ型基板）　、ｌ　ヲｆｌＪ用して、閾値
電圧を上昇させ、チャンネル・ドープ１を減少させる訳
である。しかし、多結晶シリコンをｐ＋型（こするため
に用いられるホウ素は設化１摸中でも拡散し易く、ゲー
ト電極中のホウ素が酸化膜中や、その下のチャンネル領
域へ拡散してしまい、フラットバンド電圧が変化し、閾
値電圧が変化してしまうなど大きな欠点があった。

また、ゲート電極にチタン、タングステン、クンタル、
ニオブ、モリブデン、パラジウム、ロジウム、ニッケル
、セトン、白金など仕事関数値の比較的高い金属や、そ
れらのシリサ・ｆドを用いて、閾値電圧を制御すること
も町ｉ鋲であるが、これら金属やそのシリサイドは、Ｓ
ｌやＳｉｏ２と反応性の高いものが多く、閾値電圧が不
安定になる場合が有った。

本発明は、上記した従来の欠点を除去し、微細化に伴う
チャンネル・ドープの量を減少させ、それによってホッ
トエレクトロン耐性を向上し、安定なトランジスタ特性
が得られるＭＩＳ型電界効トランジスタを提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のＭＩＳ型電界トランジスタは、ＭＩＳ型′成界
効果トランジスタに３いて、ゲート膜の少なくとも一部
に、酸化ケイ素以外の不純物拡散を防止する絶縁膜を用
い、かつゲート電池に基板との仕事〃数差が正又は零に
近い負の値を持つ電極を用いることにより、溝成される
。

な２ゲート膜として−は、酸化ケイ素膜の表面部つ素を
添〃口した多結晶シリコンを用いることにより効果的に
実権することが出来る。

また、ゲート膜として、酸化ケイ素の表面部電極に高融
点金属またはそのシリサイドを用いることにより同様に
実施できる。

〔笑り例〕

次に、本発明（こついて図面を参照して説明する。

第１図は本発り〕の−実施例の縦断面図である。

第１図において、１０１はｐ型シリコン基板、１０２は
ソースドレインを形成するｎ　型拡散領域、１０３は酸
化ケイ素膜の表面部２０〜５０λの膜厚領域を直接窒化
し、窒化酸化ケイ素としたゲート膜、１０４はホウ素を
濃度ｌＸｌ０”程度に拡散したｐ＋型多結晶シリコンゲ
ート電極である。

閾値電圧は、基板の不純物濃度とゲート膜の膜厚と多結
晶シリコンゲート電極中のホウ素濃度とによって制御さ
れる。ゲート電極直下の基板のホウ素濃度がｌＸｌ０”
ｃ１ｒＬ−”の時、ｐ＋型ゲート電唖と、基板の仕事関
数差は、約０．３５ｅＶになる。

酸化ケイ素膜の表面を直接窒化することによって形成さ
れた窒化酸化ケイ素膜は、２０Ｘ程度の膜厚で、ゲート
電極中のホウ素がゲート膜中に拡散するのを防ぐ。また
、このゲート膜は誘電率が熱酸化膜とほとんど変わらな
いため、閾値電圧を低下させるようなことはない。また
、ゲート膜の殆んどの領域を窒化酸化ケイ素に変換した
場合、ゲート膜中のトラップ準位が増加するが、上記の
膜では比較的少ない。以上のように、ホウ素を添加した
多結晶シリコンゲートと、酸化ケイ素膜の表面部２０〜
５０人の膜厚領域を窒化酸化ケイ素で変換した膜を組合
わせることにより少ないチャンネル・ドープ景で閾値電
圧を正の値にすることができる。これ番こよフて微細化
されたＭＩＳ型トランジスタに２けるホットエレクトロ
ンの発生を抑え、安定な閾値電圧を持ったトランジスタ
を作ることができる。

以上の説明は、１０３のゲート膜を、シリコン基板を直
接窒化した窒化ケイ素膜に換えてもゲート膜の誘電率が
変わるだけで、まったく同様である。また、基板を口型
に換えても同様の議論ができる。

第２図は、本発明の他の実施例の縦断面図である。第２
図において、２０１はｐ型シリコン基板、２０２はソー
ス・ドレインを形成するロ　型拡散領域、２０３は酸化
ケイ素膜の表面部２０〜５０人の膜厚領域を窒化酸化ケ
イ素に変換したゲート膜、２０４は、白金のゲート電極
である。白金の仕事関数は約５．６ｅＶで、シリコン基
板との仕事関数差は約０．６ｅ’Ｍこなる。上記のゲー
ト膜は白金と反応を起し１こくく、白金のゲート膜中へ
の拡散も少ない。よって、第１図の場合と同様に、閾値
電圧を安定に制御できる。

以上の説明の中で、料のゲート電極に、チタン、タング
ステン、タンタル、ニオブ、モリブデン、パラジウム、
ロジウム、ニッケル、セレンナトの金属や、それらのシ
リサイドを用いても全く同様である。また、ゲート膜と
して、シリコンを直接窒化した窒化ケイ素膜を用いても
同様である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、酸化ケイ素膜の表面部
２０〜５０尺膜厚領域を窒化ケイ素や、窒化酸化ケイ素
に変換した膜のような、不純物拡散を防止するゲート膜
と、基板との仕事関数差が正及び零に近い負の値を持つ
ように不純物添加した多結晶シリコン或いは、仕事関数
値の比較的多きな金４やそのシリサイドを用いたゲート
電圧を組合わせて閾値電圧のｉｉｉ！Ｉｎを行なうこと
により、微細化に伴うチャンネルドープの量を減少させ
、それによって、ホットエレクトロン耐性を向上し、安
定なトランジスタ特性を得ることができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一部１例の縦断工酊図、４２閃は本発
明の他の実・洩例の１縦断面図、第３国は従来のＭＯ３
型′１：を界効渠トランジスタの横断面図である。１０１．２０１．３０１・・・・・・ｐ型シリコン基板
、１０２．２０２．３ｏＬ・・・・・・拡散層領域、１
０３゜２０３・・・・・・少なくとも一部に酸化ケイ素
膜以外の不純物拡散防止絶謙膜を用いたゲート膜、３０
３・・・・・・ゲート膜（二酸化シリコン膜）、１０４
・・・・・。ホウ素を添加した多結晶シリコンゲート電！′厘、２０
４・・・・・・白金ゲート・１極、３０４・・・・・・
ゲー　ト′１厘（アルミニウム又はｎ　型多７清晶シリ
コン）。１０５．２０５，３０５・・・・・・素子分離領域。 π′ 代理人　弁１士　　内　原　　　、ヨ、　　＼１牟　１
　目篇４２　　図

Claims

【特許請求の範囲】１、ＭＩＳ型電界効果トランジスタにおいて、ゲート膜
の少なくとも一部に、酸化ケイ素以外の不純物拡散を防
止する絶縁膜を用い、かつゲート電極に基板との仕事関
数差が正又は零に近い負の値を持つ電極を用いる事を特
徴とするＭＩＳ型電界効果トランジスタ。２、ゲート膜として、酸化ケイ素膜の表面部２０〜５０
Åの膜厚領域を窒化ケイ素或いは、窒化酸化ケイ素に変
換した膜を用い、かつゲート電極にホウ素を添加した多
結晶シリコンを用いる特許請求の範囲第（１）項記載の
ＭＩＳ型電界効果トランジスタ。３、ゲート膜として、酸化ケイ素膜の表面部２０〜５０
Åの膜厚領域を窒化ケイ素或いは、窒化酸化ケイ素に変
換した膜を用い、かつゲート電極に高融点金属またはそ
のシリサイドを用いる特許請求の範囲第（１）項記載の
ＭＩＳ型電界効果トランジスタ。