JP3347650B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JP3347650B2 JP3347650B2 JP22862397A JP22862397A JP3347650B2 JP 3347650 B2 JP3347650 B2 JP 3347650B2 JP 22862397 A JP22862397 A JP 22862397A JP 22862397 A JP22862397 A JP 22862397A JP 3347650 B2 JP3347650 B2 JP 3347650B2
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Description
その製造方法に関し、特に、低電圧動作が可能な半導体
集積回路、及びその使用方法並びに製造方法に適したM
OS型トランジスタ(則ち、MOSFET)、及びその
製造方法に関する。
SI化)に伴い、低い駆動電圧で動作し、しかも消費電
力の少ない半導体装置の実現が望まれている。
が動作するためには、半導体装置のチャネル領域をON
状態又はOFF状態するためのしきい値(則ち、thr
eshold電圧)Vthの低い半導体装置が必要である
が、通常の半導体装置では、しきい値Vthを低くした場
合、ゲート電圧を印加しないときにもソース−ドレイン
間にリーク電流が流れてしまうという技術的課題があっ
た。
的として、ゲート電極の下部のウェル領域の深さを浅く
してやり、半導体基板−ウェル領域間の逆バイアス容量
(単位は[C])とチャネル領域の空乏層容量(単位は
[C])を電気的に結合させ、ゲート電圧の印加に対し
てドレイン電流の高速応答特性を実現する従来技術が、
特開平5−21730号公報(発明の名称:半導体装置
およびその使用方法、出願人:株式会社東芝、出願日:
1991年7月15日、以降、第1従来技術と略す)又
はUSP5,489,795(発明の名称:SEMICONDUC
TOR INTEGRATEDCIRCUIT DEVICE HAVING DOUBLE WELL ST
RUCTURE、出願人:Kabushiki Kaisha Toshiba、出願
日:Oct. 4, 1994、以降、第2従来技術と略す)に開
示されている。
明するための断面図である。
導体基板5Aの表面領域に、この半導体基板5Aの表面
からの深さが1.5μm以下である拡散領域(則ち、ウ
ェル領域4A)が形成され、この拡散領域4A内にMO
Sトランジスタが設けられていた。
タにおいて、ウェル領域4Aの深さを浅くすることに依
り、半導体基板5A−ウェル領域4A間の逆バイアス容
量とチャネル領域の空乏層容量(ゲート電極1Aに印加
されるゲート電圧により制御可能な空乏層容量)とを電
気的に結合させていた。これに依り、ソース3A−ドレ
イン2A間を流れる大きなドレイン電流を得る技術が開
示されていた。
明するための断面図である。
導体基板5Bの表面領域に、ウェル領域4Bが形成さ
れ、この拡散領域4B内にドレイン2B、ソース3B、
ゲート1Bを有するMOSトランジスタが設けられてい
た。
タにおいては、チャネル領域の下部のウェル領域4Bの
深さをソース3B及びドレイン2Bの下部のウェル領域
4Bの深さよりも浅く設定し、半導体基板5B−ウェル
領域4B間の逆バイアス容量とチャネル領域の空乏層容
量を電気的に結合させることに依り、ゲート電圧の印加
に対しドレイン電流の高速応答特性を実現する技術が開
示されていた。
うな第1従来技術及び第2従来技術に開示されている何
れの半導体装置においても、ドレイン−半導体基板間の
距離が短いため、ゲート電極にゲート電圧が印加されて
いない場合であっても、ドレインに電圧を印加した状態
では半導体基板に電流が流れてしまうという技術的課題
があった。この結果、スタンバイ電流の増加を招いてし
まうという技術的課題があった。
することを課題としており、特に、ウェル領域の導伝型
と反対の導伝型を有する反極性領域を、ウェル領域に囲
まれた状態でゲートチャネル領域の下方に設け、反極性
領域とウェル領域の接合によって生じる空乏層領域であ
る第2空乏層領域が、ゲート電極に印加されるゲート電
圧によって支配される第1空乏層領域と結合するチャネ
ル領域近傍に形成されるようにゲート電極に印加される
ゲート電圧を制御することに依り、ゲート電圧の印加に
対するドレイン電流の高速応答特性を実現することを課
題としている。
く保たれているデバイス構造とすることに依り、ゲート
電圧が印加され、ドレインに電圧が印加された状態であ
っても、リーク電流が半導体基板に流れてしまうことを
回避してスタンバイ電流を低く抑えることも課題として
いる。
は、ゲート酸化膜18を形成する前に、チャネル領域ウ
ェル19を予め形成する工程と、 前記チャネル領域ウェ
ル19上に、ゲート酸化膜18を形成する工程と、 前記
ゲート酸化膜18上に、ゲート電極13を形成する工程
と、 前記ゲート電極13形成後に、前記ゲート電極13
が設けられている面に対して、前記チャネル領域ウェル
19がp型の場合はp型不純物を、前記チャネル領域ウ
ェル19がn型の場合はn型不純物を、斜めイオン注入
することによって、前記ウェル領域及び当該ウェル領域
に囲まれた状態でゲートチャネル領域の下方に設けら
れ、かつ、前記ウェル領域の導伝型と反対の導伝型を有
する反極性領域を形成する工程と ことを特徴とする半導
体装置の製造方法である。
n型シリコン半導体領域上にフィールド酸化膜17を形
成する工程と、前工程の後に、p型不純物を所定加速エ
ネルギー及び所定イオン濃度でイオン注入を行なってp
型のチャネル領域ウェル19を形成する工程と、前工程
の後に、ゲート酸化膜18を熱酸化処理により所定膜厚
だけ形成する工程と、n型ポリシリコン膜を所定膜厚だ
け成膜した後に、ゲート電極13の形状に応じてエッチ
ングして前記ゲート電極13を形成する工程と、前工程
の後に、n型不純物を所定加速エネルギー及び所定イオ
ン濃度でイオン注入を実行してソース領域152又はド
レイン領域154のn型低濃度不純物拡散領域を形成す
る工程と、前工程の後に、p型不純物を所定加速エネル
ギー及び所定イオン濃度で斜めイオン注入を行ってウェ
ル領域15、及び、当該ウェル領域15に囲まれた状態
でゲートチャネル領域の下方に設けられ、かつ、前記ウ
ェル領域15の導伝型と反 対の導伝型を有する反極性領
域156を形成する工程と、前工程の後に、高温CVD
酸化膜を所定膜厚だけ成膜した後に、エッチバック処理
を行ってサイドウォールを形成する工程と、前工程の後
に、n型不純物を所定加速エネルギー及び所定イオン濃
度でイオン注入を実行してソース領域152又はドレイ
ン領域154のn型高濃度不純物拡散領域を形成する工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
の導伝型と反対の導伝型を有する反対領域156を、当
該ウェル領域15に囲まれた状態でゲートチャネル領域
の下方に設ける半導体装置の製造方法であって、ゲート
電極13の形成前に、当該ウェル領域15における深い
領域である第2ウェル領域24及びチャネル領域ウェル
19を形成すると共に、当該ゲート電極13の形成後に
当該ウェル領域15における浅い領域である第1ウェル
領域15を形成して前記ウェル領域15を形成すること
により、当該ウェル領域15の導伝型と反対の導伝型を
有し当該ウェル領域に囲まれた前記反極性領域156を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
13の形成前に、所定加速エネルギー及び所定イオン濃
度でn型不純物をイオン注入してフィールド領域の下部
に前記第2ウェル領域2を予め形成する工程と、前工程
の後に、前記ゲート電極13を形成する工程と、前工程
の後に、所定加速エネルギー及び所定イオン濃度で前記
第2ウェル領域24と同じn型不純物をイオン注入して
前記第1ウェル領域を形成することに依り、前記チャネ
ル領域の下部にのみに前記反極性領域156を残す工程
とを含むことを特徴とする請求項3に記載の製造方法で
ある。
p型シリコン半導体領域上にフィールド酸化膜を形成す
る工程と、前工程の後に、n型不純物を所定加速エネル
ギー及び所定イオン濃度でイオン注入を行なってn型の
チャネル領域ウェルを形成する工程と、前工程の後に、
ゲート酸化膜を熱酸化処理により所定膜厚だけ形成する
工程と、p型ポリシリコン膜を所定膜厚だけ成膜した後
に、ゲート電極の形状に応じてエッチングして前記ゲー
ト電極を形成する工程と、前工程の後に、p型不純物を
所定加速エネルギー及び所定イオン濃度でイオン注入を
実行してソース領域又はドレイン領域のp型低濃度不純
物拡散領域を形成する工程と、前工程の後に、n型不純
物を所定加速エネルギー及び所定イオン濃度で斜めイオ
ン注入を行ってウェル領域、及び、当該ウェル領域に囲
まれた状態でゲートチャネル領域の下方に設けられ、か
つ、前記ウェル領域の導伝型と反対の導伝型を有する反
極性領域を形成する工程と、前工程の後に、高温CVD
酸化膜を所定膜厚だけ成膜した後に、エッチバック処理
を行ってサイドウォールを形成する工程と、前工程の後
に、p型不純物を所定加速エネルギー及び所定イオン濃
度でイオン注入を実行してソース領域又はドレイン領域
のp型高濃度不純物拡散領域を形成する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法である。
れか1項記載の半導体装置の製造方法により作成された
ことを特徴とする半導体装置である。
るp型又はn型を意味する。
ネル領域をON状態又はOFF状態するためのしきい値
(threshold電圧)Vthを低くすることができ
るようになり、その結果、低い駆動電圧で半導体装置1
0を動作させることが可能となるといった効果を奏す
る。
低い駆動電圧で動作し、しかも消費電力の少ない半導体
装置10が実現できるようになるといった効果を奏す
る。
ク枚数やリソグラフィ回数を増加させることなくドレイ
ン−半導体基板11間の距離が長く保たれているデバイ
ス構造とすることができるようになることに依り、ゲー
ト電圧が印加され、ドレインに電圧が印加された状態で
あっても、リーク電流が半導体基板11に流れてしまう
ことを回避してスタンバイ電流(ゲート電圧が印加され
ていない待機時にデバイス内を流れる電流)を低く抑え
ることができるようになるといった効果を奏する。
ク枚数やリソグラフィ回数を増加させることなく、ゲー
ト電圧の印加に対するドレイン電流の高速応答特性(具
体的には、ターンオンやターンオフ等のスイッチング特
性)を実現できるようになるといった効果を奏する。
依れば、従来から用いられている斜めイオン注入技術を
用いているので、デバイス製造工程で使用されるマスク
枚数やリソグラフィ回数を増加させることなくドレイン
−半導体基板11間の距離を長く保つことができるデバ
イス構造を簡便に歩留まり良く作製することができるよ
うになるといった効果を奏する。
発明に依れば、第2ウェル領域24の形成工程と第1ウ
ェル領域の形成工程を用いて、第2ウェル領域24と第
1ウェル領域とに挟まれたチャネル領域近傍に第2空乏
層領域14を形成することに依り、ゲート電圧の印加に
対するドレイン電流の高速応答特性を実現できるように
なるといった効果を奏する。
成する際に、デバイス製造工程で使用されるマスク枚数
やリソグラフィ回数を増加させることなく、デバイス製
造工程の複雑化を回避できるといった効果を奏する。
明する。
作が可能な半導体集積回路、及びその使用方法並びに製
造方法に適したMOS型トランジスタ(MOSFET)
である。
基本構成を説明するための断面図である。
領域に、ウェル領域15が形成され、このウェル領域1
5内にドレイン領域154、ソース領域152、ゲート電
極13を有するMOSFET10が形成されている点に
特徴を有する。
図1に示すように、ウェル領域15の導伝型と反対の導
伝型を有する反極性領域156が、ウェル領域15に囲
まれた状態でゲートチャネル領域の下方に設けられてい
る。
又はn型を意味する。p導伝型の半導体がp型半導体で
あり、n導伝型の半導体がn型半導体である。
0を作製する場合には、ゲートチャネル領域はp型に、
ウェル領域15の導伝型をp型に、反極性領域156の
導伝型をn型に設定する。同様の主旨で、pチャネルの
MOSFET10を作製する場合には、ゲートチャネル
領域はn型に、ウェル領域15の導伝型をn型に、反極
性領域156の導伝型をp型に設定する。
の接合によって生じる空乏層領域である第2空乏層領域
14とは、ゲート電極13に印加されるゲート電圧によ
って支配(則ち、制御)される第1空乏層領域12と結
合するチャネル領域近傍に形成されている。
領域近傍に形成することに依り、ゲート電圧の印加に対
するドレイン電流の高速応答特性を実現できるようにな
るといった効果を奏する。
成する際に、デバイス製造工程で使用されるマスク枚数
やリソグラフィ回数を増加させることなく、デバイス製
造工程の複雑化を回避できるといった効果を奏する。
56の最上面の深さdがゲート電極13の最下面から
0.5μm以下となる位置に形成されている。
領域近傍(則ち、深さd≦0.5μm)に形成すること
に依り、ゲート電圧の印加に対するドレイン電流の高速
応答特性を実現できるようになるといった効果を奏す
る。
ャネル領域近傍(則ち、深さd≦0.5μm)に形成す
る際に、デバイス製造工程で使用されるマスク枚数やリ
ソグラフィ回数を増加させることなく、デバイス製造工
程の複雑化を回避できるといった効果を奏する。
においては、ゲート電極13に印加されるゲート電圧
が、第1空乏層領域12と第2空乏層領域14とが結合
するように制御される。
FET10に依れば、チャネル領域をON状態又はOF
F状態するためのしきい値(threshold電圧)
Vthを低くすることができるようになり、その結果、低
い駆動電圧でMOSFET10を動作させることが可能
となるといった効果を奏する。
低い駆動電圧で動作し、しかも消費電力の少ないMOS
FET10が実現できるようになるといった効果を奏す
る。
ク枚数やリソグラフィ回数を増加させることなくドレイ
ン−半導体基板11間の距離が長く保たれているデバイ
ス構造とすることができるようになるに依り、ゲート電
圧が印加され、ドレインに電圧が印加された状態であっ
ても、リーク電流が半導体基板11に流れてしまうこと
を回避してスタンバイ電流(ゲート電圧が印加されてい
ない待機時にデバイス内を流れる電流)を低く抑えるこ
とができるようになるといった効果を奏する。
ク枚数やリソグラフィ回数を増加させることなく、ゲー
ト電圧の印加に対するドレイン電流の高速応答特性(具
体的には、ターンオンやターンオフ等のスイッチング特
性)を実現できるようになるといった効果を奏する。
10の製造方法の各種実施形態を説明する。
方法の第1実施形態を説明するため工程図である。
に、ウェル領域15及びウェル領域15に囲まれている
反極性領域156を、不純物を用いた斜めイオン注入を
行うことによって形成する点に特徴を有する。
イオン注入技術を用いているので、デバイス製造工程で
使用されるマスク枚数やリソグラフィ回数を増加させる
ことなくドレイン−半導体基板11間の距離を長く保つ
ことができるデバイス構造を簡便に歩留まり良く作製す
ることができるようになるといった効果を奏する。
ン半導体領域上にフィールド酸化膜17を形成する工程
と、前工程の後に、p型不純物を所定加速エネルギー及
び所定イオン濃度でイオン注入を行なってp型のチャネ
ル領域を形成する工程と、前工程の後に、ゲート酸化膜
18を熱酸化処理により所定膜厚だけ形成する工程と、
N型ポリシリコン膜を所定膜厚だけ成膜した後に、ゲー
ト電極13の形状に応じてエッチングしてゲート電極1
3を形成する工程と、前工程の後に、N型不純物を所定
加速エネルギー及び所定イオン濃度でイオン注入を実行
してソース領域152又はドレイン領域154のN型低濃
度不純物拡散領域n-を形成する工程と、前工程の後
に、p型不純物を所定加速エネルギー及び所定イオン濃
度で入射角45°から斜めイオン注入を行ってウェル領
域15及び反極性領域156を形成する工程と、前工程
の後に、高温CVD酸化膜を所定膜厚だけ成膜した後
に、エッチバック処理を行ってサイドウォールを形成す
る工程と、前工程の後に、N型不純物を所定加速エネル
ギー及び所定イオン濃度でイオン注入を実行してソース
領域152又はドレイン領域154のN型高濃度不純物拡
散領域n を形成する工程とを含んでいる点に特徴を有
する。
ン濃度を持つn型半導体基板11上にフィールド酸化膜
17を形成する製造工程を実行している。
チャネル領域(チャネルドープ領域19)を形成するた
めにp型不純物であるボロンを10KeV,4×1012
cm-2でイオン注入した後に、ゲート酸化膜18を熱酸
化処理により8nm形成する製造工程を実行している。
リシリコン膜13を200nm成膜後、ゲート形状にエ
ッチングを行なった後に、ソース領域152/ドレイン
領域154のn-領域192(n型低濃度不純物拡散領
域)の形成のために、n型不純物である燐を10Ke
V,2×1013cm-2でイオン注入する製造工程を実行
している。
領域156(P)を形成するために、不純物としてp型
不純物であるボロンを50KeV,1×1013cm-2,
入射角45°でイオン注入する製造工程を実行してい
る。
VD酸化膜を200nm成膜し、エッチバック処理を行
い、MOSFET10(MOSFET)のサイドウォー
ル21を形成した後に、ソース領域152/ドレイン領
域154のn 領域(則ち、n型高濃度不純物拡散領域)
形成のためにn型不純物である砒素を15KeV,6×
1015cm-2でイオン注入する製造工程を実行してい
る。
造方法の第2実施形態を説明するため工程図である。な
お、製造方法の第1実施形態において既に記述したもの
と同一の部分については、同一符号を付し、重複した説
明は省略する。
に、ウェル領域15と反対の導伝型を有する不純物をゲ
ート電極13を突き抜けてイオン注入することに依り、
ウェル領域15に囲まれている反極性領域156を形成
する点に特徴を有している。
チャネル領域近傍に第2空乏層領域14を形成すること
に依り、ゲート電圧の印加に対するドレイン電流の高速
応答特性を実現できるようになるといった効果を奏す
る。
成する際に、デバイス製造工程で使用されるマスク枚数
やリソグラフィ回数を増加させることなく、デバイス製
造工程の複雑化を回避できるといった効果を奏する。
に、ウェル領域15を予め形成する工程と、前工程の後
に、ソース領域152又はドレイン領域154のn型低濃
度不純物拡散領域n-を形成する工程と、前工程の後
に、ウェル領域15と反対の導伝型を有するn型不純物
を所定加速エネルギー及び所定イオン濃度でイオン注入
によって反極性領域156を形成する工程とを含んでい
る点に特徴を有している。
ート電極13形成前に予めウェル領域15を形成し、ソ
ース領域152/ドレイン領域154のn-領域192形成
する製造工程を実行している。
注入によって反極性領域156(P)を形成する製造工
程を実行している。
方法の第3実施形態を説明するため工程図である。な
お、製造方法の第1実施形態又は第2実施形態において
既に記述したものと同一の部分については、同一符号を
付し、重複した説明は省略する。
に、ウェル領域15における深い領域である第2ウェル
領域24を形成すると共に、ゲート電極13の形成後に
ウェル領域15における浅い領域である第1ウェル領域
を形成してウェル領域15を形成することに依り、ウェ
ル領域15の導伝型と反対の導伝型を有しウェル領域1
5に囲まれた反極性領域156を形成する点に特徴を有
している。
と第1ウェル領域の形成工程を用いて、第2ウェル領域
24と第1ウェル領域とに挟まれたチャネル領域近傍に
第2空乏層領域14を形成することに依り、ゲート電圧
の印加に対するドレイン電流の高速応答特性を実現でき
るようになるといった効果を奏する。
成する際に、デバイス製造工程で使用されるマスク枚数
やリソグラフィ回数を増加させることなく、デバイス製
造工程の複雑化を回避できるといった効果を奏する。
に、所定加速エネルギー及び所定イオン濃度でn型不純
物をイオン注入してフィールド領域の下部に第2ウェル
領域24を予め形成する工程と、前工程の後に、ゲート
電極13を形成する工程と、前工程の後に、所定加速エ
ネルギー及び所定イオン濃度で第2ウェル領域24と同
じn型不純物をイオン注入して第1ウェル領域を形成す
ることに依り、チャネル領域の下部にのみに反極性領域
156を残す工程とを含んでいる点に特徴を有してい
る。
ート電極13形成前に、予めフィールド領域17の下部
に深いウェル領域15(第2ウェル領域24)及びチャ
ネル領域19をイオン注入により形成する製造工程を実
行している。
電極13を形成後イオン注入により低濃度ソース領域1
52、ドレイン領域154を形成している。
注入により浅いウェル領域15(第1ウェル領域)及び
別のイオン注入によりソース領域152、ドレイン領域
154を形成し、チャネル領域(P)の下部にのみ反極
性領域156(P)を残す製造工程を実行している。
SFET10と従来技術で作製されたMOSFET3
0,31との比較結果を述べる。
795で開示されている作成方法に従って、チャネル下
部のウェル領域15の深さをソース・ドレイン下部のウ
ェル領域15の深さよりも浅くするMOSFET30を
作成した。
に、ウェル領域15の導伝型と反対の導伝型を有する不
純物としてP型不純物であるボロンを50KeV,1×
1013cm−2,入射角45°で斜めイオン注入を行う
本実施形態の製造工程(図2(c)参照)に代えて、P
型不純物であるボロンを30KeV,1×1013c
m-2,入射角0°の条件でイオン注入を行った。他の製
造条件は第1実施形態と同じにした。
従って、MOSFET31を作成した。製造条件は第1
実施形態の斜めイオン注入工程(図2(c)参照)を、
P型のチャネル領域(チャネルドープ領域19)を形成
するためにP型不純物であるボロンを10KeV,4×
1012cm−2の製造条件でイオン注入する製造工程
(図2(a)参照)の直後に行った。このときのP型不
純物であるボロンの注入条件は30KeV,1×1013
cm-2,入射角0°とした。
31のドレインに1.5Vを印加し、ゲート電圧及び半
導体基板11の電圧を0Vに設定し、半導体基板11の
電流、及びゲート電圧を印加していった場合のゲート電
圧−ドレイン電流の高速応答特性から得られるSファク
タ(単位は[mV/decade])を測定した。
ファクタは小さいほど急峻な立ち上がり特性が得られ
る。
体基板11の電流は1pA未満、Sファクタは75とな
った。比較例1のMOSFET30では、半導体基板1
1の電流は4μA、Sファクタは75となった。比較例
2のMOSFET31では、半導体基板11の電流は1
pA未満、Sファクタは85となった。
OSFET10では、少ない半導体基板11の電流と小
さなSファクタが同時に満足されている。
てしまうことを回避してスタンバイ電流を低く抑えるこ
と、ゲート電圧の印加に対するドレイン電流の高速応答
特性とが同時に実現できるようになることが実験により
証明された。
第4実施形態を説明する。なお、製造方法の第1実施形
態乃至第3実施形態において既に記述したものと同一の
部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略
する。
図である。以下の説明において、図7(c)、図8
(a)〜図8(c)、及び図10(a)、図10
(b)、図11(a)及び図11(b)は、図5におけ
るA−A′断面を示している。図5のB−B′断面は最
終的に図7(b)もしくは図9(c)の形状になり、反
極性領域156は隣接したMOSトランジスタとは孤立
した状態になる点に留意されたい。
造方法の第4実施形態の前半工程を説明するため工程図
である。図7(a)乃至図7(c)は、図6(a)乃至
図6(c)に示した第4実施形態の前半工程に続く中盤
工程を説明するため工程図である。図8(a)乃至図8
(c)は、図7(a)乃至図7(c)に示した第4実施
形態の中盤工程に続く後半工程を説明するため工程図で
ある。
すように、1.7×1014cm-3の濃度を持つp型半導
体基板上にnウェル領域15、及びpウェル領域15を
形成する。
×1013cm-2でイオン注入を行い、1000℃,80
分の熱処理で拡散させて形成する。
を30KeV,2×1013cm-2でイオン注入を行い、
1200℃,120分の熱処理で拡散させてpウェル領
域15は形成する。
膜17を熱酸化法により400nm形成する。
すように、nウェル領域15中に反極性領域156を形
成するためにボロンを30KeV,4×1012cm-2で
イオン注入を行い、さらにpチャネルMOSトランジス
タのチャネル部分を形成するために燐を30KeV,
2.8×1012cm-2の注入条件でイオン注入を行う。
すように、pウェル領域15中に反極性領域156を形
成するために燐を100KeV,1×1013cm-2でイ
オン注入を行い、さらにnチャネルMOSトランジスタ
のチャネル部分を形成するためにボロンを10KeV,
9×1012cm-2の注入条件でイオン注入を行う。
すように、ゲート酸化膜18を熱酸化により8nm形成
し、その後ノンドープポリシリコン膜13を200nm
成膜する。
すように、ノンドープポリシリコン膜13のnチャネル
MOSトランジスタのゲートとなる領域に砒素を50K
eV,5×1015cm-2の注入条件でイオン注入を行
う。またpチャネルMOSトランジスタのゲートとなる
領域ボロンを10KeV,5×1015cm-2の注入条件
でイオン注入を行う。その後ゲート形状にエッチングを
行う。
すように、pチャネルMOSトランジスタ(pMOS)
となる領域のソース領域152又はドレイン領域154の
p-領域194の形成のためにボロンを10KeV,2×
1013cm-2の注入条件でイオン注入を行う。さらに浅
いnウェル領域15の形成のために砒素を150Ke
V,2×1013cm-2の注入条件でイオン注入を行う。
ネルMOSトランジスタ(nMOS)となる領域のソー
ス領域152又はドレイン領域154のn-領域192の形
成のために砒素を10KeV,2×1013cm-2の注入
条件でイオン注入を行う。さらに浅いpウェル領域15
の形成のためにボロンを40KeV,1×1013cm-2
の注入条件でイオン注入を行う。
すように、高温CVD酸化膜を200nm成膜し、エッ
チバックを行い、MOSトランジスタのサイドウォール
膜21を形成する。その後、高不純物濃度ソース領域1
52又はドレイン領域154の形成のためにpチャネルM
OSトランジスタにはBF2を30KeV,5×1015
cm-2、nチャネルMOSトランジスタには砒素を30
KeV,5×1015cm-2の注入条件でイオン注入を行
う。
スタにドレインに1.5Vを印加し、ゲート電圧、半導
体基板電圧を0Vに設定した場合の半導体基板電流、及
びゲート電圧を印加していった場合のゲート電圧・ドレ
イン電流特性から得られるSファクタを測定した。
タで72mV/decade,pチャネルMOSトラン
ジスタで70mV/decadeの値が得られた。
約80mV/decadeであることより、CMOSト
ランジスタプロセスにおいてpチャネルMOSトランジ
スタ、nチャネルMOSトランジスタ同時に小さなSフ
ァクタが満足された。
第5実施形態を説明する。なお、製造方法の第1実施形
態乃至第4実施形態において既に記述したものと同一の
部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略
する。
態の前半工程を説明するため工程図である。図10
(a)乃至図10(d)は、図9(a)乃至図9(c)
に示した第5実施形態の前半工程に続く中盤工程を説明
するため工程図である。図11は、図10(a)乃至図
10(d)に示した第5実施形態の中盤工程に続く後半
工程を説明するため工程図である。第4実施形態におい
ては、反極性領域156を形成するイオン注入の直後
に、チャネルドープを行っているが、第5実施形態にお
いては、ウェル領域15の濃度と反極性領域156の濃
度を適宜に調整する点に特徴を有している。
タ、pチャネルMOSトランジスタ共にチャネルドープ
工程を省略することが出来る。
その場合のプロセスフローを図9(a)〜図9(c)、
図10(a)〜図10(b)、及び図11に示す。
し、図9(a)に示すように、nウェル領域15中に反
極性領域156を形成するためにボロンを50KeV,
5×1012cm-2でイオン注入を行い、さらにpチャネ
ルMOSトランジスタのチャネル部分を形成するために
燐を10KeV,1×1012cm-2の注入条件でイオン
注入を行う。
すように、pウェル領域15中に反極性領域156を形
成するために燐を100KeV,1×1013cm-2でイ
オン注入を行い、さらにnチャネルMOSトランジスタ
のチャネル部分を形成するためにボロンを10KeV,
9×1012cm-2の注入条件でイオン注入を行う。
すように、ゲート酸化膜18を熱酸化により8nm形成
し、その後ノンドープポリシリコン膜13を200nm
成膜する。
示すように、ノンドープポリシリコン膜13のnチャネ
ルMOSトランジスタのゲートとなる領域に砒素を50
KeV,5×1015cm-2の注入条件でイオン注入を行
う。またpチャネルMOSトランジスタのゲートとなる
領域ボロンを10KeV,5×1015cm-2の注入条件
でイオン注入を行う。その後ゲート形状にエッチングを
行う。
示すように、pチャネルMOSトランジスタ(pMO
S)となる領域のソース領域152又はドレイン領域1
54のp-領域194の形成のためにボロンを10Ke
V,2×1013cm-2の注入条件でイオン注入を行う。
さらに浅いnウェル領域15の形成のために燐を100
KeV,1×1013cm-2でイオン注入を行うことによ
り、pチャネルMOSトランジスタとなる領域に狭めら
れた反極性領域156が形成できる。
MOSトランジスタ(nMOS)となる領域のソース領
域152又はドレイン領域154のn-領域192の形成の
ために砒素を10KeV,2×1013cm-2の注入条件
でイオン注入を行う。さらに浅いpウェル領域15の形
成のためにボロンを40KeV,1×1013cm-2でイ
オン注入を行うことにより、nチャネルMOSトランジ
スタとなる領域に狭められた反極性領域156が形成で
きる。
うに、高温CVD酸化膜を200nm成膜し、エッチバ
ックを行い、MOSトランジスタのサイドウォール膜2
1を形成する。その後、高不純物濃度ソース領域152
又はドレイン領域154の形成のためにpチャネルMO
SトランジスタにはBF2を30KeV,5×1015c
m-2、nチャネルMOSトランジスタには砒素を30K
eV,5×1015cm-2の注入条件でイオン注入を行
う。
スタにドレインに1.5Vを印加し、ゲート電圧、半導
体基板電圧を0Vに設定した場合の半導体基板電流、及
びゲート電圧を印加していった場合のゲート電圧・ドレ
イン電流特性から得られるSファクタを測定した。
タで72mV/decade,pチャネルMOSトラン
ジスタで70mV/decadeの値が得られた。
約80mV/decadeである事より、第1実施形態
乃至第5実施形態の製造方法によりCMOSトランジス
タプロセスにおいてpチャネルMOSトランジスタ、n
チャネルMOSトランジスタ同時に小さなSファクタが
満足された。
るために反極性領域156のイオン注入時に、図12に
示すようにMOSトランジスタのフィールド領域全面で
はなくフィールド酸化膜17端部より内側の領域に限定
して行うことも、隣接MOSトランジスタの影響低減、
ウェル領域15間のリーク電流低減のために行う必要が
ある場合には望ましい。
域15を形成するためのイオン注入を低い濃度のソース
領域152又はドレイン領域154における注入(n-領
域192またはp-領域194の形成)の際に行っている
が、この浅いウェル領域15に対する注入をゲート電極
側面のサイドウォール膜21形成後の高い濃度のソース
領域152又はドレイン領域154注入の前後に行っても
第1実施形態乃至第5実施形態の製造方法は実施できる
ことは言うまでもない。
ャネル領域をON状態又はOFF状態するためのしきい
値(threshold電圧)Vthを低くすることがで
きるようになり、その結果、低い駆動電圧で半導体装置
を動作させることが可能となるといった効果を奏する。
低い駆動電圧で動作し、しかも消費電力の少ない半導体
装置が実現できるようになるといった効果を奏する。
ク枚数やリソグラフィ回数を増加させることなくドレイ
ン−半導体基板間の距離が長く保たれているデバイス構
造とすることができるようになるに依り、ゲート電圧が
印加され、ドレインに電圧が印加された状態であって
も、リーク電流が半導体基板に流れてしまうことを回避
してスタンバイ電流(ゲート電圧が印加されていない待
機時にデバイス内を流れる電流)を低く抑えることがで
きるようになるといった効果を奏する。
ク枚数やリソグラフィ回数を増加させることなく、ゲー
ト電圧の印加に対するドレイン電流の高速応答特性(具
体的には、ターンオンやターンオフ等のスイッチング特
性)を実現できるようになるといった効果を奏する。
に加えて、従来から用いられている斜めイオン注入技術
を用いているので、デバイス製造工程で使用されるマス
ク枚数やリソグラフィ回数を増加させることなくドレイ
ン−半導体基板間の距離を長く保つことができるデバイ
ス構造を簡便に歩留まり良く作製することができるよう
になるといった効果を奏する。
記効果に加えて、第2ウェル領域の形成工程と第1ウェ
ル領域の形成工程を用いて、第2ウェル領域と第1ウェ
ル領域とに挟まれたチャネル領域近傍に第2空乏層領域
を形成することに依り、ゲート電圧の印加に対するドレ
イン電流の高速応答特性を実現できるようになるといっ
た効果を奏する。
る際に、デバイス製造工程で使用されるマスク枚数やリ
ソグラフィ回数を増加させることなく、デバイス製造工
程の複雑化を回避できるといった効果を奏する。
の断面図である。
法の第1実施形態を説明するための工程図である。
法の第2実施形態を説明するため工程図である。
法の第3実施形態を説明するため工程図である。
法の第4実施形態の前半工程を説明するため工程図であ
る。
図6(c)に示した第4実施形態の前半工程に続く中盤
工程を説明するため工程図である。
図7(c)に示した第4実施形態の中盤工程に続く後半
工程を説明するため工程図である。
前半工程を説明するため工程図である。
(a)乃至図9(c)に示した第5実施形態の前半工程
に続く中盤工程を説明するため工程図である。
実施形態の中盤工程に続く後半工程を説明するため工程
図である。
断面図である。
断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 ゲート酸化膜を形成する前に、チャネル
領域ウェルを予め形成する工程と、 前記チャネル領域ウェル上に、ゲート酸化膜を形成する
工程と、 前記ゲート酸化膜上に、ゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極形成後に、前記ゲート電極が設けられて
いる面に対して、前記チャネル領域ウェルがp型の場合
はp型不純物を、前記チャネル領域ウェルがn型の場合
はn型不純物を、斜めイオン注入することによって、ウ
ェル領域と、当該ウェル領域に囲まれた状態でゲートチ
ャネル領域の下方に設けられ、かつ、前記ウェル領域の
導伝型と反対の導伝型を有する反極性領域とを形成する
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 所定濃度を持つn型シリコン半導体領域
上にフィールド酸化膜を形成する工程と、 前工程の後に、p型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度でイオン注入を行なってp型のチャネル領
域ウェルを形成する工程と、 前工程の後に、ゲート酸化膜を熱酸化処理により所定膜
厚だけ形成する工程と、 n型ポリシリコン膜を所定膜厚だけ成膜した後に、ゲー
ト電極の形状に応じてエッチングして前記ゲート電極を
形成する工程と、 前工程の後に、n型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度でイオン注入を実行してソース領域又はド
レイン領域のn型低濃度不純物拡散領域を形成する工程
と、 前工程の後に、p型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度で斜めイオン注入を行ってウェル領域と、
当該ウェル領域に囲まれた状態でゲートチャネル領域の
下方に設けられ、かつ、前記ウェル領域の導伝型と反対
の導伝型を有する反極性領域とを形成する工程と、 前工程の後に、高温CVD酸化膜を所定膜厚だけ成膜し
た後に、エッチバック処理を行ってサイドウォールを形
成する工程と、 前工程の後に、n型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度でイオン注入を実行してソース領域又はド
レイン領域のn型高濃度不純物拡散領域を形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 ウェル領域の導伝型と反対の導伝型を有
する反極性領域を、当該ウェル領域に囲まれた状態でゲ
ートチャネル領域の下方に設ける半導体装置の製造方法
であって、 ゲート電極の形成前に、当該ウェル領域における深い領
域である第2ウェル領域及びチャネル領域ウェルを形成
すると共に、当該ゲート電極の形成後に当該ウェル領域
における浅い領域である第1ウェル領域を形成して前記
ウェル領域を形成することにより、当該ウェル領域の導
伝型と反対の導伝型を有し当該ウェル領域に囲まれた前
記反極性領域を形成することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項4】 前記ゲート電極の形成前に、所定加速エ
ネルギー及び所定イオン濃度でn型不純物をイオン注入
してフィールド領域の下部に前記第2ウェル領域を予め
形成する工程と、 前工程の後に、前記ゲート電極を形成する工程と、 前工程の後に、所定加速エネルギー及び所定イオン濃度
で前記第2ウェル領域と同じn型不純物をイオン注入し
て前記第1ウェル領域を形成することに依り、前記チャ
ネル領域の下部にのみに前記反極性領域を残す工程とを
含むことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。 - 【請求項5】 所定濃度を持つp型シリコン半導体領域
上にフィールド酸化膜を形成する工程と、 前工程の後に、n型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度でイオン注入を行なってn型のチャネル領
域ウェルを形成する工程と、 前工程の後に、ゲート酸化膜を熱酸化処理により所定膜
厚だけ形成する工程と、p型ポリシリコン膜を所定膜厚
だけ成膜した後に、ゲート電極の形状に応じてエッチン
グして前記ゲート電極を形成する工程と、 前工程の後に、p型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度でイオン注入を実行してソース領域又はド
レイン領域のp型低濃度不純物拡散領域を形成する工程
と、 前工程の後に、n型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度で斜めイオン注入を行ってウェル領域、及
び、当該ウェル領域に囲まれた状態でゲートチャネル領
域の下方に設けられ、かつ、前記ウェル領域の導伝型と
反対の導伝型を有する反極性領域を形成する工程と、 前工程の後に、高温CVD酸化膜を所定膜厚だけ成膜し
た後に、エッチバック処理を行ってサイドウォールを形
成する工程と、 前工程の後に、p型不純物を所定加速エネルギー及び所
定イオン濃度でイオン注入を実行してソース領域又はド
レイン領域のp型高濃度不純物拡散領域を形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 請求項1〜5何れか1項記載の半導体装
置の製造方法により作成された ことを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22862397A JP3347650B2 (ja) | 1996-11-06 | 1997-08-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29387596 | 1996-11-06 | ||
| JP20596897 | 1997-07-31 | ||
| JP8-293875 | 1997-07-31 | ||
| JP9-205968 | 1997-07-31 | ||
| JP22862397A JP3347650B2 (ja) | 1996-11-06 | 1997-08-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11102973A JPH11102973A (ja) | 1999-04-13 |
| JP3347650B2 true JP3347650B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=27328570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22862397A Expired - Fee Related JP3347650B2 (ja) | 1996-11-06 | 1997-08-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3347650B2 (ja) |
-
1997
- 1997-08-25 JP JP22862397A patent/JP3347650B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11102973A (ja) | 1999-04-13 |
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