JPH0864820A - 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

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JPH0864820A
JPH0864820A JP22101294A JP22101294A JPH0864820A JP H0864820 A JPH0864820 A JP H0864820A JP 22101294 A JP22101294 A JP 22101294A JP 22101294 A JP22101294 A JP 22101294A JP H0864820 A JPH0864820 A JP H0864820A
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JP
Japan
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side wall
polycrystalline silicon
semiconductor device
semiconductor substrate
film
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JP22101294A
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English (en)
Inventor
Fumitaka Sugaya
文孝 菅谷
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホットキャリア注入による素子の特性変動を
抑制する。 【構成】 ゲート電極を構成する多結晶シリコン膜5及
びSiO2 膜6の側部に、SiO2 側壁7及びさらに外
側にソース・ドレイン領域2、3と接続する多結晶シリ
コン側壁8を設けた。多結晶シリコン側壁8にホットキ
ャリアが注入されても放電するために、キャリアがトラ
ップされない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、特に、LDD構造のMOS型半導体装置
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のMOS型半導体装置には、ホット
キャリア耐性を向上させるためにLDD構造を有したも
のがある。図8は、LDD構造のMOS型半導体装置の
概略断面図を示したものである。図8に示すMOS型半
導体装置は、ソース・ドレイン領域2をゲート電極5の
下部領域(チャネル領域)で隔て、その中間にソース・
ドレイン領域2よりも低濃度のソース・ドレイン領域3
を設けた構造を有している。
【0003】図8に示すLDD構造のMOS型半導体装
置の製造方法について、図9〜図13を参照して説明す
る。図9〜図13は、LDD構造のMOS型半導体装置
の製造工程を示した断面図である。
【0004】まず、図9に示すように、10Ω/cm2
程度の比抵抗のP型半導体基板1を熱酸化することによ
り、7〜15nm程度の膜厚のゲート絶縁膜4を素子活
性領域の表面に形成する。そして、ゲート絶縁膜4上に
100〜400nm程度の膜厚の多結晶シリコン膜5を
CVD法によって全面に堆積させる。その後、フォトリ
ソグラフィによって多結晶シリコン膜5を0.8μm以
下の幅の線状にパターニングし、これにより、ゲート絶
縁膜4上にゲート電極を形成する。
【0005】次に、図10に示すように、4×1012
cm2 程度のドーズ量のPイオンを50keV程度のエ
ネルギーで半導体基板1に低濃度にイオン注入して不純
物層3を形成する。
【0006】次に、図11に示すように、SiO2 膜を
CVD法により全面に堆積させ、このSiO2 膜をエッ
チバックすることによってゲート電極の側部に幅300
nmのSiO2 側壁7を形成する。
【0007】次に、図12に示すように、SiO2 側壁
7及びゲート電極をマスクとして、イオン注入により4
×1020/cm2 程度のドーズ量のPイオンを100k
eV程度のエネルギーで半導体基板1に高濃度に導入す
る。この高濃度不純物層と低濃度不純物層3をアニール
することによりN- 層(LDD層)3及びN+ 層2を形
成する。
【0008】次に、図13に示すように、通常の層間絶
縁膜9形成工程と、通常のアルミ配線10形成工程とを
経ることにより、図8に示したLDD構造を有するMO
S型半導体装置を形成する。
【0009】このように、MOS型半導体装置にLDD
構造を設けると、ドレイン近傍の空乏層が伸びるため、
ホットキャリア注入の原因であるドレイン近傍の水平方
向電界のピークが緩和される。従って、ホットキャリア
注入が抑制され、ゲート長1.0μm程度までのMOS
半導体装置の信頼性は向上する。(『サブミクロンデバ
イスII』、小柳光正著、丸善刊、181頁参照)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来は、LDD構造に
よりゲート長1.0μm程度までのMOS型半導体装置
で高信頼性を得ることが可能であったが、素子の微細化
が進み0.8μm以下のゲート長のMOS型半導体装置
では、LDD構造による電界の緩和効果が困難となって
きた。また、電界緩和効果を大きくするために低濃度不
純物拡散層3の濃度を低下させるとチャネル領域の水平
方向における電界が最大となる位置がドレイン方向へシ
フトするため、SiO2 側壁7の下部で発生したホット
キャリアがSiO2 側壁7へ注入されることによる素子
の特性変化が顕著となってきた。従って、ホットキャリ
アに対する信頼性の向上が可能なデバイス構造を得るこ
とが必要になってきた。
【0011】そこで、本発明は、ホットキャリア注入に
よる素子の特性変動を抑制し、素子劣化の少ない半導体
装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第1導電型の半導体基板上に絶縁膜を介
して形成された導電性電極と、前記導電性電極下部の前
記半導体基板の活性領域に形成されたチャネル領域と、
比較的高濃度の第2導電型の不純物拡散層から成り、前
記導電性電極とオーバーラップせずに前記活性領域に前
記チャネル領域を隔てて形成された第1のソース及びド
レイン拡散領域と、比較的低濃度の第2導電型の不純物
拡散層から成り、前記導電性電極と前記絶縁膜を介して
オーバーラップし、前記活性領域に前記チャネル領域を
隔てて形成され、且つ前記第1のソース及びドレイン拡
散領域と連続して形成された第2のソース及びドレイン
拡散領域とを有するMOS型の半導体装置において、前
記導電性電極の側部に形成された絶縁性材料からなる第
1の側壁と、前記第1の側壁の側部に前記導電性電極と
接触せず、且つ前記第1又は第2のソース及びドレイン
拡散領域と接触するように形成された導電性材料からな
る第2の側壁とを有する。
【0013】本発明の一態様においては、前記第1の側
壁がシリコン酸化物からなる。
【0014】本発明の一態様においては、前記第2の側
壁が多結晶シリコンからなる。
【0015】本発明の一態様においては、前記第1の側
壁の幅が100nm以下である。
【0016】本発明の一態様においては、前記第2の側
壁の幅が350nm以下である。
【0017】本発明の一態様においては、前記第1のソ
ース及びドレイン拡散領域の不純物濃度が1019/cm
3 以上である。
【0018】本発明の一態様においては、前記第2のソ
ース及びドレイン拡散領域の不純物濃度が1018/cm
3 以下である。
【0019】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
第1導電型の半導体基板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、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に第
2導電型の不純物を比較的低濃度に導入することにより
低濃度不純物拡散層を形成する工程と、前記半導体基板
及び前記ゲート電極上に絶縁膜を堆積する工程と、前記
絶縁膜をエッチバックすることにより前記ゲート電極の
側部に前記絶縁膜からなる側壁を形成し、且つ、前記半
導体基板を露出させる工程と、前記半導体基板及び前記
ゲート電極上に、前記低濃度不純物拡散層と接続された
多結晶シリコン膜を堆積する工程と、前記多結晶シリコ
ン膜をエッチバックすることにより前記絶縁膜の側部に
多結晶シリコン膜からなる側壁を形成する工程と、前記
多結晶シリコン膜からなる側壁をマスクとして前記半導
体基板に第2導電型の不純物を比較的高濃度に導入する
ことにより高濃度不純物拡散層を形成する工程とを備え
ている。
【0020】
【作用】以上のような手段を取ることによって、多結晶
シリコン側壁の下部でチャネル領域の水平方向における
電界(チャネル水平方向電界)が最大値をとり、この結
果、多結晶シリコン側壁にホットキャリアが注入される
が、ソース・ドレイン領域と多結晶シリコン側壁とが電
気的に接続されているために、多結晶シリコン側壁中に
注入されたホットキャリアが放電されることになる。従
って、キャリアが多結晶シリコン側壁中にトラップされ
ることがないので、トランジスタの特性劣化が起こらな
い。
【0021】
【実施例】次に、本発明をMOS型の半導体装置に適用
した実施例につき、図面を参照して説明する。
【0022】図1において、酸化膜よりなる第1の側壁
と多結晶シリコンよりなる第2の側壁とを有する本実施
例のMOS型半導体装置は、P型の半導体基板1上の膜
厚が7〜15nm程度のゲート絶縁膜4と、膜厚150
nm程度の多結晶シリコン膜5及び膜厚150nm程度
のシリコン酸化膜6より構成されたゲート電極と、ゲー
ト電極をマスクとして低濃度のイオン注入を行うことに
より形成された低濃度不純物拡散層(LDD層)3と、
ゲート電極の側部のシリコン酸化膜からなる酸化膜側壁
(第1の側壁)7と、酸化膜側壁7の外側の多結晶シリ
コンからなりLLD層3と接続された多結晶シリコン側
壁(第2の側壁)8と、多結晶シリコン側壁8をマスク
として高濃度不純物のイオン注入を行うことにより形成
されたソース・ドレイン層2とで構成されている。
【0023】本実施例では、LDD構造の形成を目的と
したイオン注入を行う際にマスクに用いる側壁8を導電
性材料である多結晶シリコンで形成したので、ソース・
ドレイン領域2、3と多結晶シリコン側壁8とが電気的
に接続され、多結晶シリコン側壁8に注入されたホット
キャリアは多結晶シリコン側壁8中にトラップされず、
トランジスタの特性劣化は起こらない。
【0024】次に、図1に示す酸化膜よりなる第1の側
壁7と多結晶シリコンよりなる第2の側壁8とを有する
MOS型半導体装置の製造方法について、図2〜図7を
参照して説明する。図2〜図7は、本実施例のMOS型
半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【0025】まず、図2に示すように、10Ω/cm2
程度の比抵抗のP型半導体(シリコン)基板1を熱酸化
することにより、7〜15nm程度の膜厚のゲート絶縁
膜4を素子活性領域の表面に形成する。そして、ゲート
絶縁膜4上に100から400nm程度の膜厚の多結晶
シリコン膜5をCVD法によって全面に堆積させる。そ
して、多結晶シリコン膜5上に100〜400nm程度
の膜厚のSiO2 膜6をCVD法によって全面に堆積さ
せる。その後、リソグラフィによって多結晶シリコン膜
5を0.8μm以下の幅の線状にパターニングし、これ
により、ゲート絶縁膜4上にゲート電極を形成する。
【0026】次に、図3に示すように、1.0×1012
/cm2 〜1.0×1013/cm2程度のドーズ量のP
(リン)イオンを50keV〜100keV程度のエネ
ルギーで半導体基板1に比較的低濃度にイオン注入して
不純物層3を形成する。
【0027】次に、図4に示すように、SiO2 膜をC
VD法により全面に堆積させ、このSiO2 膜をエッチ
バックすることによってゲート電極の側部に幅50nm
のSiO2 側壁7を形成する。
【0028】次に、図5に示すように、多結晶シリコン
膜をCVD法により全面に堆積させ、この多結晶シリコ
ン膜をエッチバックすることによってゲート電極の側部
に幅200nmの多結晶シリコン側壁8を形成する。
【0029】次に、図6に示すように、多結晶シリコン
側壁8及びゲート電極をマスクとして、イオン注入によ
り4×1020/cm2 程度のドーズ量のPイオンを10
0keV程度のエネルギーで半導体基板1に比較的高濃
度に導入する。この高濃度不純物層と低濃度不純物層3
をアニールすることによりN- 層(LDD層)3及びN
+ 層2を形成する。
【0030】次に、図7に示すように、通常の層間絶縁
膜9形成工程と、通常のアルミ配線10形成工程とを経
ることにより、図1に示した酸化膜よりなる第1の側壁
7と多結晶シリコンよりなる第2の側壁8とを有するM
OS型半導体装置を形成する。
【0031】以上のように、ソース・ドレイン領域2、
3と多結晶シリコン側壁8とを電気的に接続したLDD
構造のMOS型半導体装置を形成することができる。
尚、本発明は、DRAMメモリセル等の半導体記憶装置
を構成するトランジスタ等に適用することも可能であ
る。
【0032】
【発明の効果】本発明によると、絶縁性材料よりなる第
1の側壁の外側に、ソース・ドレイン領域と接触するよ
うに導電性材料よりなる第2の側壁を形成したので、第
2の側壁中にホットキャリアがトラップされることがな
い。従って、トランジスタの特性劣化が起こらず、高い
信頼性を有するMOS型半導体装置を実現することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のMOS型半導体装置の断面図
である。
【図2】図1のMOS型半導体装置の製造工程を示す図
である。
【図3】図1のMOS型半導体装置の製造工程を示す図
である。
【図4】図1のMOS型半導体装置の製造工程を示す図
である。
【図5】図1のMOS型半導体装置の製造工程を示す図
である。
【図6】図1のMOS型半導体装置の製造工程を示す図
である。
【図7】図1のMOS型半導体装置の製造工程を示す図
である。
【図8】従来のMOS型半導体装置の断面図である。
【図9】図8のMOS型半導体装置の製造工程を示す図
である。
【図10】図8のMOS型半導体装置の製造工程を示す
図である。
【図11】図8のMOS型半導体装置の製造工程を示す
図である。
【図12】図8のMOS型半導体装置の製造工程を示す
図である。
【図13】図8のMOS型半導体装置の製造工程を示す
図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 高濃度不純物拡散層 3 低濃度不純物拡散層 4 ゲート絶縁膜 5 多結晶シリコン膜 6 SiO2 膜 7 SiO2 側壁 8 多結晶シリコン側壁 9 層間絶縁膜 10 アルミ配線

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に絶縁膜を介
    して形成された導電性電極と、 前記導電性電極下部の前記半導体基板の活性領域に形成
    されたチャネル領域と、 比較的高濃度の第2導電型の不純物拡散層から成り、前
    記導電性電極とオーバーラップせずに前記活性領域に前
    記チャネル領域を隔てて形成された第1のソース及びド
    レイン拡散領域と、 比較的低濃度の第2導電型の不純物拡散層から成り、前
    記導電性電極と前記絶縁膜を介してオーバーラップし、
    前記活性領域に前記チャネル領域を隔てて形成され、且
    つ前記第1のソース及びドレイン拡散領域と連続して形
    成された第2のソース及びドレイン拡散領域とを有する
    MOS型の半導体装置において、 前記導電性電極の側部に形成された絶縁性材料からなる
    第1の側壁と、 前記第1の側壁の側部に前記導電性電極と接触せず、且
    つ前記第1又は第2のソース及びドレイン拡散領域と接
    触するように形成された導電性材料からなる第2の側壁
    とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の側壁がシリコン酸化物からな
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の側壁が多結晶シリコンからな
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の側壁の幅が100nm以下で
    あることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第2の側壁の幅が350nm以下で
    あることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1のソース及びドレイン拡散領域
    の不純物濃度が1019/cm3 以上であることを特徴と
    する請求項1に記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記第2のソース及びドレイン拡散領域
    の不純物濃度が10 18/cm3 以下であることを特徴と
    する請求項1に記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 第1導電型の半導体基板上にゲート酸化
    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、 前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に第2導
    電型の不純物を比較的低濃度に導入することにより低濃
    度不純物拡散層を形成する工程と、 前記半導体基板及び前記ゲート電極上に絶縁膜を堆積す
    る工程と、 前記絶縁膜をエッチバックすることにより前記ゲート電
    極の側部に前記絶縁膜からなる側壁を形成し、且つ、前
    記半導体基板を露出させる工程と、 前記半導体基板及び前記ゲート電極上に、前記低濃度不
    純物拡散層と接続された多結晶シリコン膜を堆積する工
    程と、 前記多結晶シリコン膜をエッチバックすることにより前
    記絶縁膜の側部に多結晶シリコン膜からなる側壁を形成
    する工程と、 前記多結晶シリコン膜からなる側壁をマスクとして前記
    半導体基板に第2導電型の不純物を比較的高濃度に導入
    することにより高濃度不純物拡散層を形成する工程とを
    備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP22101294A 1994-08-23 1994-08-23 半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH0864820A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR980006463A (ko) * 1996-06-25 1998-03-30 김주용 모스 트랜지스터 및 그 제조방법
EP1280191A2 (en) * 2001-07-25 2003-01-29 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd. A method to form elevated source/drain regions using polysilicon spacers

Cited By (3)

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Effective date: 20011106