JPH1065151A - 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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JPH1065151A
JPH1065151A JP21479996A JP21479996A JPH1065151A JP H1065151 A JPH1065151 A JP H1065151A JP 21479996 A JP21479996 A JP 21479996A JP 21479996 A JP21479996 A JP 21479996A JP H1065151 A JPH1065151 A JP H1065151A
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JP
Japan
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sidewall
gate
semiconductor device
gate electrode
ldd
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JP21479996A
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So Nakayama
創 中山
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート電界による電流リークの発生を抑制す
るようなゲート電極構造を提供する。 【解決手段】 本半導体装置10は、Si基板12上
に、ゲート絶縁膜14、ゲート電極16及びゲートオフ
セット絶縁膜18からなるゲート電極構造を有する。ゲ
ート電極構造の外側にはLDD拡散層の横方向拡散長さ
にほぼ等しい幅のSi3 4 、SiO2 等からなる第1
のサイドウォール20が形成されている。第1のサイド
ウォールの下側及び外側のSi基板表層には拡散層LD
D構造部22が形成されている。第1のサイドウォール
の外側にはSi3 4 、SiO2 等からなる第2のサイ
ドウォール24が形成されている。第2のサイドウォー
ルの外側のSi基板表層にはソース/ドレイン拡散層2
6が形成されている。ゲート電極と拡散層LDD構造部
とのオーバラップ領域が、存在しないか、または存在し
ても極めて小さいので、ゲート電極からの電界分布によ
る電流リークが抑制される。ゲート/ソース間、及びゲ
ート/ドレイン間の静電容量を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、更に詳細には、ゲート電極からの電
界分布による電流リーク(GIDL)を抑制し、かつ高
速動作性及び高周波動作性に優れたゲート電極構造を有
する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化、従って半導体装
置の素子寸法の微細化に伴い、半導体装置内部の電界
は、高くなる傾向にある。ところで、高電界が半導体装
置の特性に及ぼす好ましくない影響の一つとして、ゲー
ト電界が引き起こすリーク電流(Gate Induced Drain L
eakage:以下、簡単にGIDLと言う)の増大がある。
以下に、従来の半導体装置の層構造を示す図4を参照し
て、この電流リークの発生メカニズムを説明する。図4
に示すように、半導体装置のゲート電極1から発した電
界が、ゲート/拡散層オーバラップ領域5のゲート絶縁
膜2/半導体LDD部の界面に強く分布するため、その
領域付近における半導体中のキャリアがトンネルリーク
して、電流リークが生じる。図4で、4はSi基板、3
はソース又はドレイン拡散層又はLDD拡散層、6はソ
ース領域及び7はドレイン領域である。従来、このリー
ク電流を抑制する方法として、ゲート構造の形成後、ゲ
ート構造を再酸化することによって、この領域の絶縁膜
の膜厚を局所的に厚くしてゲート電界を小さくする方法
が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は、
絶縁膜の膜厚を厚くすることによりリーク電流を抑制し
ていることから、絶縁膜の薄膜化に伴い、いずれは要求
される条件を満たすことが困難になると予測される。ま
た、この方法は、ゲート構造の再酸化を行うため、その
際の熱負荷によって基板中の不純物が拡散すること、ゲ
ート不純物の相互拡散が生じること、ゲートのボロン突
き抜け拡散などの諸問題を併発することが予測される。
【0004】以上のような事情に照らして、本発明の目
的は、ゲート電界による電流リークの発生を抑制するよ
うなゲート電極及び拡散層(LDD)構造を備えた半導
体装置及びその製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ゲート電界
による電流リークの発生を抑制する目的を達成するため
に、先ず、GIDLの発生メカニズムを研究、報告して
いる718〜721−IEDM87に掲載のT.Y.Chan等
の論文、The Impact of Gate-Induced Drain Leakage C
urrent on MOSFET Scaling等に着目した。これらの論文
によれば、GIDLに起因したドレインリーク電流Id
は、半導体/ゲート絶縁膜表面電界における電界強度E
sを用いて、
【0006】
【数1】
【0007】と表される。ただし、A,Bはそれぞれ定
数である。この式は、Esが小さいほどリーク電流Id
を小さく抑えられることを表している。また、電界Es
は、図5のGIDLの簡単な解析モデルにそれぞれ示す
ゲートドレイン間電圧Vgd及び酸化膜厚Toxに基づ
き、絶縁膜比誘電率kox及び半導体比誘電率ksを用
いて次のように表される。
【0008】
【数2】
【0009】ただし、Vbendはゲート電界に起因した半
導体バンド曲がりであり、この値が半導体の禁制帯幅E
gを越えた時点でトンネルリークが発生することなどか
ら、リーク電流の解析では、通常、Vbend=1.2V
(≒Eg)を代入して(2)式の計算を行う。
【0010】本発明者は、従来の方法のように絶縁膜を
厚くするかわりに、即ち式(2)のToxを大きくする
代わりに、ゲート拡散層オーバラップ領域を極めて小さ
くすることによって、(1)式におけるAの項の値等を
変化させ、その結果、図3に示すように、GIDLに起
因したリーク電流IdをLOCOS周辺部等で発生した
他のリーク電流以下に抑制することができることに着眼
した。
【0011】上記知見に基づき、本発明に係る半導体装
置は、ゲート電極の両側面にLDDサイドウォールとし
てLDD拡散領域の横方向拡散長にほぼ等しい幅の第1
のサイドウォールと、その外側に第2のサイドウォール
を備え、第1のサイドウォールの下側及び外側の基板表
層にLDD拡散領域を、第2のサイドウォールの外側の
基板表層にソース/ドレイン拡散領域をそれぞれ備えて
いることを特徴としている。好ましくは、第2のサイド
ウォールを構成する物質の誘電率より第1のサイドウォ
ールを構成する物質の誘電率を低くすることにより、ゲ
ート/ソース間及びゲート/ドレイン間の静電容量を低
減して、高速動作に適した半導体装置を実現する。
【0012】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、半導体基板上にゲート酸化膜を下層とするゲート電
極を形成した後に、CVD法により成膜し、エッチバッ
クして第1のサイドウォールをを形成する工程と、イオ
ンインプランテーションを行ってLDD拡散領域を形成
する工程と、第1のサイドウォールの外側にCVD法に
より成膜し、次いでエッチバックして第2のサイドウォ
ールを形成する工程と、イオンインプランテーションを
行ってソース/ドレイン拡散領域を形成する工程とを備
えることを特徴としている。好ましくは、第1のサイド
ウォールをCVD法で成膜した薄いTEOS膜で形成す
ることにより、第1のサイドウォールを形成する際のエ
ッチバック操作を省くことが出来る。
【0013】本発明によれば、ゲート電極の両側面にL
DDサイドウォールとしてLDD拡散領域の横方向拡散
長にほぼほぼ等しい幅の第1のサイドウォールと、第1
のサイドウォールの下側及び外側の基板表層にLDD拡
散領域を備えることにより、ゲート電極/LDD拡散層
のオーバラップ領域を最小化することができる。また、
ゲート電極/LDD拡散層のオーバラップ領域の最小化
により、ゲート/ソース間及びゲート/ドレイン間の静
電容量を低減できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、実
施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。本発明に係る半導体装置の実施例1 図1は、本発明に係る半導体装置の実施例の層構造を示
す模式図である。本実施例の半導体装置10は、図1に
示すように、Si基板12上に、ゲート絶縁膜14、ゲ
ート電極16及びゲートオフセット絶縁膜18からなる
ゲート電極構造を有する。ゲート電極構造の外側には、
例えばSi3 4 からなる、LDDイオンインプランテ
ーションの横方向拡散長さにほぼ等しい幅の第1のサイ
ドウォール20が形成されている。第1のサイドウォー
ル20の下側及び外側のSi基板12表層にはイオンイ
ンプランテーションにより拡散層LDD構造部22が形
成されている。第1のサイドウォール20の外側には、
例えばSi3 4 からなる第2のサイドウォール24が
形成されている。第2のサイドウォール24の外側のS
i基板12表層にはイオンインプランテーションにより
ソース/ドレイン拡散層26が形成されている。
【0015】以下に、図1に示す実施例1の半導体装置
10の作製方法を説明する。 (1)従来と同様にして、Si基板12上にゲート絶縁
膜14、ゲート電極16及びゲートオフセット絶縁膜1
8をそれぞれ形成し、次いでエッチング加工を行いゲー
ト構造を形成する。 (2)次いで、LDDイオンインプランテーションの横
方向拡散長に合わせた幅を持つ第1のサイドウォール2
0をCVD法及びエッチバック法により形成する。 (3)LDDのイオンインプランテイションを行い、拡
散層LDD構造部22を形成する。 (4)第2のサイドウォール24をCVD法及びエッチ
バック法により形成する。 (5)以下、従来と同じ方法により半導体装置の製造工
程を実施する。
【0016】本実施例では、図1に示すように、第1の
サイドウォール20が拡散層LDD構造部22の横方向
拡散長と同じ幅を有しているので、ゲート電極14と拡
散層LDD構造部22とのオーバラップ領域が、存在し
ないか、または存在しても極めて小さい。よって、本実
施例では、ゲート電極からの電界分布による電流リーク
が発生しない。また、ゲート/ソース間及びゲート/ド
レイン間の静電容量は、それぞれ、このオーバラップ領
域におけるゲート絶縁膜を介した静電容量と、その他の
静電容量成分との和で構成されている。本実施例では、
上述のように、このオーバラップ領域が無いか、若しく
は微小であるから、ゲート/拡散層オーバラップ領域に
おける静電容量がゼロもしくは微小である。この結果、
本実施例のゲート/ソース間、及びゲート/ドレイン間
の静電容量は、ゲート/拡散層オーバラップ領域を有す
る従来構造の半導体装置と比較して小さい。
【0017】実施例2 図2は、本発明に係る半導体装置の別の実施例の層構造
を示す模式図である。本実施例の半導体装置30では、
実施例1の第1のサイドウォール20がSi34 で形
成されているのに対して、本実施例の第1のサイドウォ
ール32は、CVD法で成膜した薄いTEOS膜で形成
されている。これ以外の構成は、実施例1の半導体装置
10の構成と同じであって、実施例1と同じ効果を奏す
る。本実施例では、第1のサイドウォール32がCVD
法で成膜した薄いTEOS膜で形成されているので、実
施例1の第1のサイドウォール20の形成の際に必要で
あったエッチバック工程が不要である。
【0018】実施例3 図3は、本発明に係る半導体装置の更に別の実施例の層
構造を示す模式図である。本実施例の半導体装置40で
は、第1のサイドウォール42が誘電率の低いSiO2
で形成され、外側の第2のサイドウォール44Si3
4 で形成されている。これにより、ゲート/ソース間、
及びゲート/ドレイン間の静電容量、更にゲート/コン
タクト静電容量を実施例1に比べて更に一層低下させる
ことができる。また、本実施例では、ゲート周りの寄生
容量を小さく抑えることが可能と考えられ、従って、半
導体装置の高速動作性を向上させることができる。
【0019】
【発明の効果】本発明の構成によれば、ゲート電極の両
側面にLDDサイドウォールとしてLDD拡散領域の横
方向拡散長にほぼほぼ等しい幅の第1のサイドウォール
と、第1のサイドウォールの下側及び外側の基板表層に
LDD拡散領域を備えることにより、ゲート電極/拡散
層のオーバラップ領域を最小化することができる。これ
により、(1)GIDLに起因したリーク電流を抑制す
ることができる。(2)ゲート電極構造の再酸化を行わ
なくてよいため、その際の熱プロセスに起因した諸問題
を発生させないという効果がある。(3)ゲート/ソー
ス間及びゲート/ドレイン間の静電容量を小さくするこ
とができ、半導体装置の高周波動作性及び高速動作性を
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の実施例1の層構造を
示す模式図である。
【図2】本発明に係る半導体装置の実施例2の層構造を
示す模式図である。
【図3】本発明に係る半導体装置の実施例3の層構造を
示す模式図である。
【図4】従来の半導体装置の層構造を示す模式図であ
る。
【図5】GIDLの発生メカニズムを説明する模式図で
ある。
【図6】GIDLを抑制されることを説明するグラフで
ある。
【符号の説明】
1……ゲート電極、2……ゲート絶縁膜、3……ソース
又はドレイン拡散層又はLDD拡散層、4……Si基
板、5……ゲート/拡散層オーバラップ領域、6……ソ
ース領域、7……ドレイン領域、10……実施例1の半
導体装置、12……Si基板、14……ゲート絶縁膜、
16……ゲート電極、18……ゲートオフセット絶縁
膜、20……第1のサイドウォール、22……拡散層L
DD構造部、24……第2のサイドウォール、26……
ソース/ドレイン拡散層、30……実施例2の半導体装
置、32……第1のサイドウォール、40……実施例3
の半導体装置、42……第1のサイドウォール、44…
…第2のサイドウォール。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート電極の両側面にLDDサイドウォ
    ールとしてLDD拡散領域の横方向拡散長にほぼ等しい
    幅の第1のサイドウォールと、その外側に第2のサイド
    ウォールを備え、 第1のサイドウォールの下側及び外側の基板表層にLD
    D拡散領域を、 第2のサイドウォールの下側の一部及び外側の基板表層
    にソース/ドレイン拡散領域をそれぞれ備えていること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1のサイドウォールを構成する物質の
    誘電率が、第2のサイドウォールを構成する物質の誘電
    率より低い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】 半導体基板上にゲート酸化膜を下層とす
    るゲート電極を形成した後に、CVD法により成膜し、
    エッチバックして第1のサイドウォールをを形成する工
    程と、 イオンインプランテーションを行ってLDD拡散領域を
    形成する工程と、 第1のサイドウォールの外側にCVD法により成膜し、
    次いでエッチバックして第2のサイドウォールを形成す
    る工程と、 イオンインプランテーションを行ってソース/ドレイン
    拡散領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 第1のサイドウォールをCVD法で成膜
    した薄いTEOS膜で形成することを特徴とする請求項
    3に記載の半導体装置の製造方法。
JP21479996A 1996-08-14 1996-08-14 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH1065151A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001177090A (ja) * 1999-10-27 2001-06-29 Lucent Technol Inc 集積回路
US6963102B2 (en) 1998-11-30 2005-11-08 Kabushiki Karsha Toshiba Non-volatile semiconductor memory having a decreased gate length
CN1324686C (zh) * 2003-01-27 2007-07-04 南亚科技股份有限公司 半导体元件的制造方法
KR100950551B1 (ko) 2007-06-27 2010-03-30 주식회사 하이닉스반도체 게이트의 기울어짐 방지를 위한 반도체소자 및 그 제조방법
JP2013115113A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法

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