JPH0612820B2 - Semiconductor device - Google Patents
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- JPH0612820B2 JPH0612820B2 JP61084208A JP8420886A JPH0612820B2 JP H0612820 B2 JPH0612820 B2 JP H0612820B2 JP 61084208 A JP61084208 A JP 61084208A JP 8420886 A JP8420886 A JP 8420886A JP H0612820 B2 JPH0612820 B2 JP H0612820B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に係り、特に高速で信頼性の高い
MOSFETに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a high speed and highly reliable MOSFET.
第2図(a)に、従来技術に基づく表面チャネル型MOS
FETの断面構造を示す。ここではNチャネルMOSF
ETを例にとり、その動作機構を説明する。FIG. 2 (a) shows a surface channel type MOS based on the prior art.
The cross-sectional structure of FET is shown. Here, N channel MOSF
Taking ET as an example, its operation mechanism will be described.
図から分るように、半導体基板1の一方の表面に露出し
てソース領域4およびドレイン領域5が形成され、前記
ソース領域4およびドレイン領域5の間に露出する半導
体基板1の表面には、ゲート酸化膜2を介してゲート電
極3が設けられる。As can be seen from the figure, the source region 4 and the drain region 5 are formed so as to be exposed on one surface of the semiconductor substrate 1, and the surface of the semiconductor substrate 1 exposed between the source region 4 and the drain region 5 is The gate electrode 3 is provided via the gate oxide film 2.
第2図(b)はゲート電極VGSがしきい値電圧Vthとなつ
たときのエネルギーバンド図である。同図(b)におい
て、曲線Ecは伝導帯のエネルギレベル、曲線Eiは真性半
導体のフェルミレベル、曲線EFはp型半導体のフエルミ
レベル、曲線EVは価電子帯の上限エネルギレベルをそれ
ぞれ示している。FIG. 2 (b) is an energy band diagram when the gate electrode V GS reaches the threshold voltage V th . In the same figure (b), the curve E c is the conduction band energy level, the curve E i is the intrinsic semiconductor Fermi level, the curve E F is the p-type semiconductor Fermi level, and the curve E V is the valence band upper limit energy level. Shows.
FETのチャネルは半導体基板1の表面だけに形成される
ため、ドレイン電流は基板表面から数十オングストロー
ムの深さ範囲に集中している。Since the channel of the FET is formed only on the surface of the semiconductor substrate 1, the drain current is concentrated in the depth range of several tens of angstroms from the substrate surface.
半導体基板1の表面では、第2図(b)のバンドの曲がり
方からわかる様に、ドレイン電流の方向と垂直に、縦方
向(深さ方向)の大きな電界が存在し、この電界は半導
体基板表面において最大となる。このため、表面散乱の
効果によって電子の移動度は低下する。A large electric field in the vertical direction (depth direction) is present on the surface of the semiconductor substrate 1 perpendicularly to the direction of the drain current, as can be seen from the bending of the band in FIG. 2 (b). Maximum on the surface. Therefore, the mobility of electrons decreases due to the effect of surface scattering.
前述の様に、従来型のMOSFETでは、半導体基板表
面の縦方向の高電界による移動度の低下が、大きなドレ
イン電流を得る上で障害となっている。As described above, in the conventional MOSFET, the decrease in mobility due to the high vertical electric field on the surface of the semiconductor substrate is an obstacle to obtaining a large drain current.
従来型のMOSFETに関する第2の問題として、ホッ
トキャリアによる素子の信頼性の低下があげられる。A second problem with conventional MOSFETs is the degradation of device reliability due to hot carriers.
すなわち、ゲートの微細化を進めていった場合、ゲート
下のドレイン端に集中する電界のピークが大きくなるの
で、ここで、キャリアがシリコンと酸化膜間のエネルギ
ー障壁を越えるのに十分なエネルギーを得て、ゲート酸
化膜中にとり込まれ、素子の特性を変動させる。That is, when the gate is miniaturized, the peak of the electric field concentrated at the drain end under the gate becomes large, so that here, sufficient energy is required for carriers to cross the energy barrier between the silicon and the oxide film. Then, it is taken into the gate oxide film to change the characteristics of the device.
このため、ゲートの微細化にあたっては、ゲート酸化膜
にキャリアが注入されるのを抑える手段が必要になつて
くる。Therefore, in miniaturizing the gate, a means for suppressing the injection of carriers into the gate oxide film is needed.
これらの問題を解消する手段のひとつとして、第3図の
様な構造が提案されている(特開昭60-50960号参照)。
ここに示された構造の特長は、ゲート下のチャネル領域
の表面からp型不純物層6およびn型不純物層7を形成
し、基板1の表面から予定深さの所にpn接合を設けてい
ることである。第3図から明らかなように、p型不純物
層6は半導体基板1の表面に形成し、n型不純物層7は
p型不純物層6の下に形成する。As one of means for solving these problems, a structure as shown in FIG. 3 has been proposed (see JP-A-60-50960).
The feature of the structure shown here is that the p-type impurity layer 6 and the n-type impurity layer 7 are formed from the surface of the channel region under the gate, and the pn junction is provided at a predetermined depth from the surface of the substrate 1. That is. As is apparent from FIG. 3, the p-type impurity layer 6 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1, and the n-type impurity layer 7 is formed below the p-type impurity layer 6.
この構造のMOSFETの動作について、第4図(a)(b)
を用いて説明する。第4図(a)は第3図と同じ断面構造
図、同図(b)は第4図(a)のA−A′線にそうエネルギー
バンドを示す図である。The operation of the MOSFET of this structure is shown in FIGS. 4 (a) and (b).
Will be explained. FIG. 4 (a) is the same sectional structure diagram as FIG. 3, and FIG. 4 (b) is a diagram showing such an energy band along the line AA ′ in FIG. 4 (a).
まずゲート電極3に電圧が印加されていない場合(VGS
=0)には、p型不純物層6、n型不純物層7、p型基
板1の濃度を適正に選ぶことにより、n型不純物層7と
p型不純物層6およびp型基板1との接触によつて生ず
る組み込み電位差(buit-in potential)のために、n
型不純物層7の全域を空乏層とすることができる。First, when no voltage is applied to the gate electrode 3 (V GS
= 0), by appropriately selecting the concentrations of the p-type impurity layer 6, the n-type impurity layer 7, and the p-type substrate 1, contact between the n-type impurity layer 7 and the p-type impurity layer 6 and the p-type substrate 1 is achieved. Due to the built-in potential difference caused by
The entire area of the type impurity layer 7 can be a depletion layer.
したがって、第3図または第4図(a)の構造では、ゲー
ト電極3に電圧が印加されていない場合にはドレイン電
流は流れない。Therefore, in the structure of FIG. 3 or 4 (a), the drain current does not flow when the voltage is not applied to the gate electrode 3.
次に、ゲート電極3にしきい値電圧Vth以上の電圧が印
加されると、n型不純物層7に広がる空乏層幅は減少
し、n型不純物層7内に中性領域が広がり、チャネル7
1が形成される。そして、このチャネルが電流通路とし
て寄与する。Next, when a voltage equal to or higher than the threshold voltage V th is applied to the gate electrode 3, the width of the depletion layer spreading in the n-type impurity layer 7 is reduced, the neutral region is spread in the n-type impurity layer 7, and the channel 7 is formed.
1 is formed. And this channel contributes as a current path.
この半導体基板内のチャネル71では、第4図(b)のバ
ンド図に示す様に、バンドの曲がり具合は、第2図(b)
の場合にくらべてゆるやかである。したがって、基板深
さ方向に存在する電界は小さく、移動度の低下は表面チ
ャネル型に比べて少ない。In the channel 71 in this semiconductor substrate, as shown in the band diagram of FIG. 4 (b), the bending degree of the band is shown in FIG. 2 (b).
It is gentler than in the case of. Therefore, the electric field existing in the depth direction of the substrate is small, and the decrease in mobility is less than in the surface channel type.
また、電流通路となる半導体基板内のチャネル71は、
半導体基板表面のチャネルに比べて、ゲート酸化膜から
離れた位置にある。このために、キャリアがソース領域
4とドレイン領域5間の電圧によって加速され、大きな
エネルギーを得たとしても、キャリアがゲート酸化膜中
に注入される確率は大幅に減少する。In addition, the channel 71 in the semiconductor substrate that serves as a current path is
It is located farther from the gate oxide film than the channel on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, even if the carriers are accelerated by the voltage between the source region 4 and the drain region 5 and a large amount of energy is obtained, the probability that the carriers are injected into the gate oxide film is significantly reduced.
それ故に、第3図または第4図(a)の構造によれば、第
2図(a)に示す表面チャネル型MOSFETに比べて、
長期の使用にあたっても、特性の変動は小さく、高い信
頼性を得ることができる。Therefore, according to the structure of FIG. 3 or 4 (a), compared with the surface channel MOSFET shown in FIG. 2 (a),
Even when used for a long period of time, the variation in characteristics is small and high reliability can be obtained.
しかしながら、第3図または第4図(a)の構造のMOS
FETでは、ゲート電極3に印加する電圧をさらに大き
くしていくと、p型不純物層6の表面に形成される反転
層61を流れる電流の割合が増大する。However, the MOS of the structure shown in FIG. 3 or FIG.
In the FET, when the voltage applied to the gate electrode 3 is further increased, the ratio of the current flowing through the inversion layer 61 formed on the surface of the p-type impurity layer 6 increases.
このため、第1図に示した表面チャネル型MOSFET
と同様に、キャリア移動度の低下やホツトキャリアによ
る特性劣化が問題となる場合が出てくる。従って、ゲー
トに高い電圧を印加しても半導体基板表面には電流が流
れず、ホツトキャリアが問題とならない様に対策を施す
必要がある。Therefore, the surface channel MOSFET shown in FIG.
In the same manner as described above, there may be a case where carrier mobility lowers or characteristic deterioration due to hot carriers becomes a problem. Therefore, even if a high voltage is applied to the gate, no current flows on the surface of the semiconductor substrate, and it is necessary to take measures so that the photo carriers do not become a problem.
第2図〜第4図に示した従来技術では、いずれの場合に
も、半導体基板表面には反転層が形成され、これも電流
通路となる。そして、ゲート電極に印加する電圧を増加
すると、表面の反転層内のキャリア数は増加し、MOS
FETのドレイン電流の中で、表面チャネルを流れる電
流の割合が増大する。In any of the conventional techniques shown in FIGS. 2 to 4, an inversion layer is formed on the surface of the semiconductor substrate, which also serves as a current path. When the voltage applied to the gate electrode is increased, the number of carriers in the inversion layer on the surface is increased,
The ratio of the current flowing through the surface channel in the drain current of the FET increases.
このため、従来技術ではキャリア移動度の低下やホット
キャリアによる特性劣化を十分に抑制することができな
かった。For this reason, it has been impossible to sufficiently suppress deterioration of carrier mobility and deterioration of characteristics due to hot carriers in the related art.
本発明の目的は、電流が半導体基板表面のチャネルを流
れず、半導体基板の表面からある深さのところだけ流れ
るようにし、これによって、キャリア移動度の低下やホ
ットキャリアによる特性劣化を十分に抑制することがで
きる、MOSFETを提供することにある。An object of the present invention is to allow current to flow only at a certain depth from the surface of the semiconductor substrate without flowing through the channel on the surface of the semiconductor substrate, thereby sufficiently suppressing deterioration of carrier mobility and deterioration of characteristics due to hot carriers. It is to provide a MOSFET that can do so.
上記目的は、第1図に示す様に、ゲート電極3の長さ
を、ソース領域4とドレイン領域5間の距離よりも短か
くした構造をとることによって達成できる。The above object can be achieved by adopting a structure in which the length of the gate electrode 3 is shorter than the distance between the source region 4 and the drain region 5, as shown in FIG.
通常のMOSFETでは、ソースおよびドレイン領域
(拡散層)の端部はゲート電極の両端と一致するか、ゲ
ート電極の両端からある程度内側に入った構造となって
いる。これによって、MOSFETのソースとドレイン
領域は、そのオン状態において、ゲート電極の下に誘起
される反転層によって互いに導通する。In a normal MOSFET, the end portions of the source and drain regions (diffusion layers) are aligned with both ends of the gate electrode or are located inside the gate electrodes to some extent. As a result, the source and drain regions of the MOSFET are electrically connected to each other by the inversion layer induced under the gate electrode in the ON state.
第1図に示す本発明の構造では、ゲート電極の下の、半
導体基板表面に形成される反転層によっては、ソースと
ドレイン領域が導通しない様にゲート電極を短かく形成
している。これによって、半導体基板表面には電流が流
れない様にすることができる。In the structure of the present invention shown in FIG. 1, depending on the inversion layer formed on the surface of the semiconductor substrate under the gate electrode, the gate electrode is formed short so that the source and drain regions are not electrically connected. This can prevent current from flowing on the surface of the semiconductor substrate.
第1図は本発明の一実施例の断面図である。図におい
て、第3図と同一の符号は、同一または同等部分をあら
わしている。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 3 represent the same or equivalent parts.
第3図との対比から明らかなように、本実施例では、ソ
ースおよびドレイン領域4と5との間のチャネル領域
に、ゲート酸化膜2を介して設けられるゲート電極3
が、ソース領域4とドレイン領域5との間隔により短か
くされている。As is clear from the comparison with FIG. 3, in this embodiment, the gate electrode 3 provided in the channel region between the source and drain regions 4 and 5 with the gate oxide film 2 interposed therebetween.
However, the distance between the source region 4 and the drain region 5 is shortened.
第5図(a)(b)は本発明によるMOSFETの動作を説明
するための図であり、同図(b)は同図(a)のB−B′線に
そうエネルギーバンドを示している。また半導体基板1
内の斜線はキャリアが多数存在する部分を示し、斜線6
1は表面反転層、斜線71は半導体基板内に形成された
チャネルである。FIGS. 5 (a) and 5 (b) are views for explaining the operation of the MOSFET according to the present invention, and FIG. 5 (b) shows the energy band along the line BB 'in FIG. 5 (a). . In addition, the semiconductor substrate 1
The shaded area indicates the part where many carriers are present.
Reference numeral 1 is a surface inversion layer, and diagonal lines 71 are channels formed in the semiconductor substrate.
第5図(a)に明示したように、表面反転層61はソース
領域4の端部側には形成されておらず、したがってソー
ス領域4とドレイン領域5間の電流通路としての寄与は
しない。As clearly shown in FIG. 5A, the surface inversion layer 61 is not formed on the end side of the source region 4 and therefore does not contribute as a current path between the source region 4 and the drain region 5.
この様に、本発明のMOSFETでは、半導体基板1の
表面近傍を流れるキャリアがないため、ホットキャリア
がゲート酸化膜2中に飛び込む確率は大幅に減少する。
したがって、長時間の使用に対しても特性の劣化は少な
く、高信頼度のMOSFETが実現できる。Thus, in the MOSFET of the present invention, since there are no carriers flowing near the surface of the semiconductor substrate 1, the probability of hot carriers jumping into the gate oxide film 2 is greatly reduced.
Therefore, deterioration of the characteristics is small even after long-term use, and a highly reliable MOSFET can be realized.
以下、第1図及び第5図(a)に示したMOSFETの動
作を詳細に説明する。第6図(a)および(b)は、第1図に
示したMOSFETについて、チャネル部のオン状態の
エネルギーバンドを示す図である。The operation of the MOSFET shown in FIGS. 1 and 5 (a) will be described in detail below. 6 (a) and 6 (b) are diagrams showing the energy band in the ON state of the channel portion of the MOSFET shown in FIG.
第6図(a)は、第1図のC−C′線にそって見たエネル
ギーバンド、同図(b)は第1図中のD−D′線にそって
見たエネルギーバンドである。すなわち、第6図(a)は
半導体基板表面のp型不純物層6内の、また同図(b)は
その下のn型不純物層7中のチャネルのエネルギーバン
ドを示している。FIG. 6 (a) is an energy band taken along the line CC 'in FIG. 1, and FIG. 6 (b) is an energy band taken along the line DD' in FIG. . That is, FIG. 6A shows the energy band of the channel in the p-type impurity layer 6 on the surface of the semiconductor substrate, and FIG. 6B shows the energy band of the channel in the n-type impurity layer 7 therebelow.
半導体基板1のp層表面では、第6図(a)から分かる様
にゲート電極3とソース領域4が重なっていない部分に
おいて、ポテンシャルにピークが生じている。したがっ
て、この経路にそって、ソースから出た電子はドレイン
に到達することはできない。On the surface of the p-layer of the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 6 (a), a potential peak occurs in the portion where the gate electrode 3 and the source region 4 do not overlap. Therefore, the electrons emitted from the source cannot reach the drain along this path.
一方、第6図(b)に示す様に、半導体基板中のチャネル
では、ソースからドレインに向かってポテンシャルは連
続的に下がっているので、この経路にそえば、電流は容
易に流れることができる。On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), in the channel in the semiconductor substrate, the potential continuously decreases from the source to the drain, so that a current can easily flow along this path. .
第7図(a)(b)は、第1図に示す構造のMOSFETがオ
フ状態からオン状態へ移行する様子を、空乏層の拡がり
方を示すことによって説明するものである。FIGS. 7 (a) and 7 (b) explain the transition of the MOSFET having the structure shown in FIG. 1 from the off state to the on state by showing how the depletion layer spreads.
第7図(a)はオフ状態の空乏層の拡がりを示す。p型不
純物層6とn型不純物層7の間の接合から拡がる空乏層
と、p型基板1とn型不純物層7の間から拡がる空乏層
によって、半導体基板1中の斜線で示すチャネル71は
分断されており、ソースとドレイン間に電流は流れな
い。FIG. 7 (a) shows the spread of the depletion layer in the off state. Due to the depletion layer extending from the junction between the p-type impurity layer 6 and the n-type impurity layer 7 and the depletion layer extending from between the p-type substrate 1 and the n-type impurity layer 7, the channel 71 indicated by diagonal lines in the semiconductor substrate 1 It is divided and no current flows between the source and drain.
ここでチャネル71は、ソースおよびドレイン領域4,
5とそれぞれ接する部分では、高濃度にドープされたソ
ースおよびドレイン拡散領域4,5から電子があふれ出
し、チャネル中央部よりも高い電子濃度となって平衡状
態となっている。Here, the channel 71 includes the source and drain regions 4,
Electrons overflow from the heavily doped source and drain diffusion regions 4 and 5 at the portions in contact with each other, so that the electron concentration is higher than that in the central portion of the channel and the state is in equilibrium.
そのためチャネル71の両端においては、上下から伸び
る空乏層の幅は比較的狭く、第7図(a)に示す様に、オ
フ状態ではチャネルは閉じきっていない。Therefore, at both ends of the channel 71, the width of the depletion layer extending from above and below is relatively narrow, and as shown in FIG. 7 (a), the channel is not completely closed in the off state.
第7図(b)は、オン状態における空乏層の拡がりを示し
ている。ゲート3に適正な電圧を印加することにより、
p型不純物層6とn型不純物層7の間の接合から伸びる
空乏層の幅が減少するので、半導体基板中のチャネル7
1はソース領域4とドレイン領域5の間で連続となり、
ここを電流が流れる。FIG. 7 (b) shows the expansion of the depletion layer in the ON state. By applying an appropriate voltage to the gate 3,
Since the width of the depletion layer extending from the junction between the p-type impurity layer 6 and the n-type impurity layer 7 is reduced, the channel 7 in the semiconductor substrate is reduced.
1 is continuous between the source region 4 and the drain region 5,
An electric current flows here.
これと同時に半導体基板表面にも反転層61が形成され
るが、ソース領域4と接するチャネル領域がゲート電極
3に覆われていないため、この部分では反転層は形成さ
れず、表面反転層61はソース領域4とドレイン領域5
を連結するに至らない。At the same time, the inversion layer 61 is also formed on the surface of the semiconductor substrate, but since the channel region in contact with the source region 4 is not covered by the gate electrode 3, the inversion layer is not formed in this portion, and the surface inversion layer 61 is formed. Source region 4 and drain region 5
Will not be connected.
従って、半導体基板1の表面近くのチャネルには電流が
流れず、半導体基板1の内部のn型不純物層7にできる
チャネルのみに電流が流れることになる。Therefore, the current does not flow in the channel near the surface of the semiconductor substrate 1, and the current flows only in the channel formed in the n-type impurity layer 7 inside the semiconductor substrate 1.
半導体基板1の内部では、半導体基板表面に形成された
チャネルに比較して縦方向の電界は小さく、チャネル部
71で発生したキャリアのゲート方向への加速は小さ
い。また半導体基板内部を電流が流れる場合、ゲートま
での距離が長いため、発生したキャリアがゲートに到達
する確率は低下する。Inside the semiconductor substrate 1, the electric field in the vertical direction is smaller than that in the channel formed on the surface of the semiconductor substrate, and the carriers generated in the channel portion 71 are less accelerated in the gate direction. Further, when a current flows inside the semiconductor substrate, the distance to the gate is long, and thus the probability that the generated carriers reach the gate is reduced.
このため本発明によれば、ホットキャリアがゲートに注
入されにくくなり、特性劣化の少ないMOSFETを実
現できる。Therefore, according to the present invention, it is difficult for hot carriers to be injected into the gate, and a MOSFET with less characteristic deterioration can be realized.
また半導体基板内部を流れる電流は、ゲート酸化膜との
接触もなく、縦方向電界も表面チャネルの場合に比べて
緩和されているため、ゲート酸化膜との間で生ずる散乱
によるキャリア移動度の低下も少ない。したがって本発
明によれば、高い電流駆動力を有し、大きなドレイン電
流を得ることのできるMOSFETが実現できる。In addition, since the current flowing inside the semiconductor substrate has no contact with the gate oxide film and the longitudinal electric field is relaxed as compared with the case of the surface channel, carrier mobility is lowered due to scattering with the gate oxide film. Also few. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a MOSFET having a high current driving force and capable of obtaining a large drain current.
第8図は第1図のMOSFET製作プロセスフローの1
例を示したものである。以下順を追ってその概略を説明
する。FIG. 8 is 1 of the MOSFET manufacturing process flow of FIG.
This is an example. The outline will be described below step by step.
(1)まず、シート抵抗2Ωcmのp型半導体基板を用い、6
000ÅのLOCOS(選択酸化)膜8および3000Åの酸
化膜18を形成した後、加速電圧150KV、打込み量2×
1012cm-2でリンをイオン打込みしてn型不純物層7を
形成する。(1) First, using a p-type semiconductor substrate with a sheet resistance of 2 Ωcm,
After forming a LOCOS (selective oxidation) film 8 of 000Å and an oxide film 18 of 3000Å, an acceleration voltage of 150 KV and an implantation amount of 2 ×
Phosphorus is ion-implanted at 10 12 cm -2 to form the n-type impurity layer 7.
(2)つぎに、加速電圧45KV、打込み量3×1012cm
-2で、BF2をイオン打込みすることにより、n型不純物
層7の表面側にp型不純物層6を形成する。(2) Next, accelerating voltage 45KV, implantation amount 3 × 10 12 cm
At -2 , BF 2 is ion-implanted to form the p-type impurity layer 6 on the surface side of the n-type impurity layer 7.
(3)酸化膜18をなるべくは一旦除去した後、改めて300
0Åのゲート酸化膜2を形成し、その表面上に多結晶シ
リコンを5000Å厚さにデポジションする。(3) After removing the oxide film 18 as much as possible, once again, 300
A 0Å gate oxide film 2 is formed, and polycrystalline silicon is deposited on its surface to a thickness of 5000Å.
これをリン処理によって低抵抗化した後、ホトリソグラ
フィ技術により、所望形状のゲート電極3に加工する。After reducing the resistance by phosphorous treatment, the gate electrode 3 having a desired shape is processed by the photolithography technique.
(4)ゲート酸化膜2およびゲート電極3を覆うようにシ
リコン酸化膜を5000Å厚さにデポジションした後、等方
性エッチングにより、ゲート3の周囲に絶縁性サイドウ
ォール12を形成する。(4) After depositing a silicon oxide film to a thickness of 5000Å so as to cover the gate oxide film 2 and the gate electrode 3, isotropic etching is performed to form an insulating sidewall 12 around the gate 3.
つゞいて、ゲート3およびサイドウォール12を利用し
たセルフアライン方式により、加速電圧80KV、打込
み量5×1015cm-2でヒ素をイオン打込みし、ソース4
およびドレイン5を形成する。Then, arsenic is ion-implanted at an acceleration voltage of 80 KV and an implantation amount of 5 × 10 15 cm -2 by the self-alignment method using the gate 3 and the sidewall 12, and the source 4
And the drain 5 is formed.
(5)ゲート酸化膜2、ゲート電極3およびサイドウォー
ル12上に層間絶縁膜10をデポジションした後、ホト
リソグラフィ技術により、ソースおよびドレインのコン
タクトホールを形成する。配線材料であるアルミニウム
を8000Åの厚さにデポジションし、ホトリソグラフィ技
術により配線形状9に加工する。最後にパッシベーショ
ン膜11をデポジションする。(5) After depositing the interlayer insulating film 10 on the gate oxide film 2, the gate electrode 3 and the sidewall 12, contact holes for the source and the drain are formed by the photolithography technique. Aluminum, which is the wiring material, is deposited to a thickness of 8000Å and processed into wiring shape 9 by photolithography technology. Finally, the passivation film 11 is deposited.
以上の工程により、第1図に示した様な、ソースとドレ
イン間のチャネル領域に比べてゲートの長さが短い構造
をもち、ホットキャリアによる特性劣化の少ないnチャ
ネルMOSFETが形成できる。Through the above steps, it is possible to form an n-channel MOSFET having a structure in which the length of the gate is shorter than that of the channel region between the source and the drain as shown in FIG.
第9図(a)は本発明の他の実施例の断面図である。FIG. 9 (a) is a sectional view of another embodiment of the present invention.
第1図に示した実施例は、オフ状態においては、第7図
(a)に示した様に、半導体基板中のチャネル71がソー
スおよびドレイン領域の近傍で閉じ切っておらず、チャ
ネル71は中央付近でのみ遮断された状態となってい
る。In the off state, the embodiment shown in FIG.
As shown in (a), the channel 71 in the semiconductor substrate is not completely closed near the source and drain regions, and the channel 71 is blocked only near the center.
このため、ゲート寸法をさらに微細化していくと、チャ
ネル71がオフ状態においても連続のままとなり、ゲー
ト電圧による電流の制御ができなくなってくる。Therefore, when the gate dimension is further reduced, the channel 71 remains continuous even in the off state, and the current cannot be controlled by the gate voltage.
第9図(a)の実施例は、p型層6に比較してn型層7の
幅を広くすることによって、短チャネル特性を改善する
ものである。The embodiment of FIG. 9 (a) improves the short channel characteristics by making the width of the n-type layer 7 wider than that of the p-type layer 6.
先に述べた様に、n型不純物層7においては、高濃度の
n型不純物層であるソース領域4およびドレイン領域5
からあふれ出してくる電子のために、空乏層が広がりに
くくなっている部分が生じ、実質的にソースとドレイン
が接近した形となる。As described above, in the n-type impurity layer 7, the source region 4 and the drain region 5 which are high-concentration n-type impurity layers.
Due to the electrons overflowing from the depletion layer, there is a portion where the depletion layer is difficult to spread, and the source and drain are substantially close to each other.
そこでこの実施例では、n型不純物層7の長さを広くと
って、電子があふれ出してくる長さをあらかじめ補償す
ることにより、短チャネル特性の改善をはかっている。
第9図(b)はこの状態を示したものであるが、その詳細
は、第7図(a)との対比から容易に理解できるところで
あるので、こゝでは説明を省略する。Therefore, in this embodiment, the short channel characteristic is improved by widening the length of the n-type impurity layer 7 and compensating for the length of the overflow of electrons in advance.
FIG. 9 (b) shows this state, but since its details can be easily understood from comparison with FIG. 7 (a), the explanation thereof is omitted here.
以上では、p型半導体基板上に構成されたMOSFET
に本発明を適用した例について述べたが、本発明は石
英、サファイア等の絶縁基板上に単結晶シリコン膜を配
置した、いわゆるSOI(Silicon on Insolator)構造の
基板にも適用することができることは明らかであり、さ
らに、SOI基板としてシリコンの上にシリコン酸化膜を
設けたものでもよいことは言うまでもない。また、不純
物の導電型を変更することによりpチャネルMOSにも応
用することができる。In the above, the MOSFET configured on the p-type semiconductor substrate
However, the present invention can also be applied to a substrate having a so-called SOI (Silicon on Insolator) structure in which a single crystal silicon film is arranged on an insulating substrate such as quartz or sapphire. Obviously, needless to say, the SOI substrate may be a silicon oxide film provided on silicon. It can also be applied to a p-channel MOS by changing the conductivity type of impurities.
本発明による構造を有するMOSFETでは半導体基板
内部のみを電流が流れるため、発生したホットキャリア
がゲートおよびゲート周囲の酸化膜に注入される確率が
減少し、長時間の使用に対しても特性の劣化を少なくで
きる効果がある。In the MOSFET having the structure according to the present invention, since the current flows only inside the semiconductor substrate, the probability that the generated hot carriers are injected into the gate and the oxide film around the gate is reduced, and the characteristics deteriorate even when used for a long time. There is an effect that can reduce.
また、半導体基板の内部は、表面とは異なり、縦方向の
電界が小さく、ゲート酸化膜との間の散乱も少ないの
で、キャリア移動度の低下が少なくなる。このため大き
な電流駆動力を実現し、大きなドレイン電流を得ること
ができる。Further, unlike the surface, the electric field in the vertical direction is small inside the semiconductor substrate, and the scattering between the inside of the semiconductor substrate and the gate oxide film is small, so that the decrease in carrier mobility is small. Therefore, a large current driving force can be realized and a large drain current can be obtained.
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図(a)(b)
は従来素子の構造、動作を説明する図、第3図は従来例
の構造を示す断面図、第4図(a)(b)は第3図の素子の動
作を説明する図、第5図(a)(b),第6図,第7図(a)(b)
は本発明による素子の動作を説明する図、第8図は第1
図の素子の製造工程を示す図、第9図(a)(b)は本発明の
他の実施例を示す断面図である。 1……半導体基板、2……ゲート酸化膜、3……ゲート
電極、4……ソース領域、5……ドレイン領域、6……
p型不純物層、7……n型不純物層、71……チャネルFIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) (b).
Is a diagram for explaining the structure and operation of the conventional element, FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional example, FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diagrams for explaining the operation of the element of FIG. 3, and FIG. (a) (b), FIG. 6, FIG. 7 (a) (b)
Is a diagram for explaining the operation of the device according to the present invention, and FIG.
FIGS. 9 (a) and 9 (b) are sectional views showing another embodiment of the present invention, showing the manufacturing process of the device shown in FIG. 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Gate oxide film, 3 ... Gate electrode, 4 ... Source region, 5 ... Drain region, 6 ...
p-type impurity layer, 7 ... N-type impurity layer, 71 ... Channel
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 正隆 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 長野 隆洋 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−50960(JP,A) 特開 昭48−101887(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Masataka Minami, 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture, Hitate Works, Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Takahiro Nagano 4026, Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture, Hitachi Co., Ltd. Within Hitachi Research Laboratory (56) Reference JP-A-60-50960 (JP, A) JP-A-48-101887 (JP, A)
Claims (4)
第1導電型のソースおよびドレイン領域と、前記チャネ
ル領域の表面上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲー
ト電極とを有し、前記チャネル領域が表面側の第2導電
型領域およびその真下の第1導電型領域よりなる半導体
装置において、 第1導電型領域内に所望のチャネルを形成するためのゲ
ート電圧が印加された状態でも、ゲート電極下方の第2
導電型領域表面に形成される反転層がソース領域とドレ
イン領域とを連結しないように、前記ゲート電極のチャ
ネル領域方向の長さがソースおよびドレイン領域間の距
離よりも短くされたことを特徴とする半導体装置。1. A source / drain region of a first conductivity type, which is disposed on both sides of a channel region so as to face each other, and a gate electrode disposed on the surface of the channel region with a gate insulating film interposed therebetween. In a semiconductor device in which the channel region is composed of a second-conductivity-type region on the front surface side and a first-conductivity-type region immediately below the first-conductivity-type region, even when a gate voltage for forming a desired channel is applied in the first-conductivity-type region. , Second below the gate electrode
The length of the gate electrode in the channel region direction is shorter than the distance between the source and drain regions so that the inversion layer formed on the surface of the conductivity type region does not connect the source region and the drain region. Semiconductor device.
チャネル領域方向の長さがその真下の第1導電型領域の
それより短かくされたことを特徴とする前記特許請求の
範囲第1項記載の半導体装置。2. The length of the second conductivity type region forming the channel region in the channel region direction is made shorter than that of the first conductivity type region directly below the second conductivity type region. The semiconductor device according to the item.
が第2導電型半導体基板上に形成されたことを特徴とす
る前記特許請求の範囲第1項または第2項記載の半導体
装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel region, the source and drain regions are formed on the second conductivity type semiconductor substrate.
が絶縁性基板上に形成されたことを特徴とする前記特許
請求の範囲第1項または第2項記載の半導体装置。4. A semiconductor device according to claim 1, wherein the channel region, the source and drain regions are formed on an insulating substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61084208A JPH0612820B2 (en) | 1986-04-14 | 1986-04-14 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61084208A JPH0612820B2 (en) | 1986-04-14 | 1986-04-14 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62241378A JPS62241378A (en) | 1987-10-22 |
| JPH0612820B2 true JPH0612820B2 (en) | 1994-02-16 |
Family
ID=13824063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61084208A Expired - Lifetime JPH0612820B2 (en) | 1986-04-14 | 1986-04-14 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612820B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6246093B1 (en) * | 1996-09-25 | 2001-06-12 | Lsi Logic Corporation | Hybrid surface/buried-channel MOSFET |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5422751B2 (en) * | 1972-04-01 | 1979-08-08 | ||
| JPS6050960A (en) * | 1983-08-30 | 1985-03-22 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
-
1986
- 1986-04-14 JP JP61084208A patent/JPH0612820B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62241378A (en) | 1987-10-22 |
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