JPS59144175A - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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JPS59144175A
JPS59144175A JP1942283A JP1942283A JPS59144175A JP S59144175 A JPS59144175 A JP S59144175A JP 1942283 A JP1942283 A JP 1942283A JP 1942283 A JP1942283 A JP 1942283A JP S59144175 A JPS59144175 A JP S59144175A
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JP
Japan
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drain
field effect
ions
effect transistor
gate
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JP1942283A
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English (en)
Inventor
Satoru Kamoto
覚 嘉本
Hiroshi Takagi
洋 高木
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は電界効果トランジスタの製造方法に係り、特
に改良された絶縁ゲート形電界効果トランジスタの製造
方法に関するものである。
〔従来技術〕
第1図は従来の絶縁ゲート形電界効果トランジスタ(M
工5FET)の構造を示す断面図で、t1+はシリコン
基板、(2)はシリコン基板(1)を熱酸化して作られ
たフィールド酸化膜、(3)はシリコン基板(1]を熱
酸化して作られたゲート酸化膜、(4)はゲート酸化膜
(3)上にデポジションして作られたゲート用ポリシリ
コン、(5a)はシリコン基板+1]に垂直に近い角度
で注入する不純物ドープ用高濃度イオン、(6)はゲー
ト用ポリシリコン(4)をマスクにし、高濃度イオン(
5a)の注入によって作られたM工EIFETのソース
、(7a)はソース(6)と同様にして作られたドレイ
ンである。
この従来のM工5FETでは、イオン(5a)の注入面
積密度が10 am  の程度であり、イオン(5a)
はゲート用ポリシリコン(4)をマスクとして注入され
るので、ソース(6)を零電位にし、ドレイン(7a)
がn形のときは正電位を、p形のときは負電位をそのド
レイン(7a)に印加すると、ゲート酸化膜(3)の下
のドレイン(7a)の近傍のチャネル領域で空乏層が広
がり、ソース(6)とドレイン(7a)との間の電位差
の大部分はこの空乏層にかかる。
通常のM工S F K’Tの場合、この空乏層のアノ(
ランシ開始電界によって、ソース(6)とドレイン(7
a)との間の耐圧かきまる。また、短チヤネル化された
M工5FETではパンチスルーによっても耐圧がきまる
。一方、上記空乏層内の電界で加速された電子をホット
エレクトロンというが、このホットエレクトロンはゲー
ト酸化膜(3)に衝突して、電子が注入される。このよ
うにしてゲート酸化膜(3)が帯電することがあり、チ
ャネル長が短いほどノ、また、ソース(6)とドレイン
(7a)との間の電位差が大きいほど起りやすい。
従来のM工5FETは以上のような特性を有するので、
これを集積回路化して、集積度を向上させるために、短
チヤネル化を行なった場合、ソース(6)、ドレイン(
7a)間の耐圧が低下するとともに、使用中にゲートし
きい値電圧が変動し、集積回路の誤動作が発生するなど
の欠点があった。
これらの原因は、ゲート酸化膜(3)の下で、ソース(
6)、ドレイン(7a)間の電位差のすべてを吸収する
ので耐圧が低下し、また、上述の理由によって、最も強
電界の領域がゲート酸化膜(3)の下にあるので、ここ
で加速された電子、すなわちホットエレクトロンがゲー
ト酸化膜(3)に注入されるからである。
〔発明の概要〕
この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、上
述の強電界領域をゲート酸化膜の下から追い出し、ゲー
ト酸化膜のドレイン側の端から所定距離の間を低不純物
濃度ドレイン領域として、上記従来例の欠点を除去した
電界効果トランジスタを得るための簡便な新規な方法を
提供するものである。
〔発明の実施例〕
第2図A、Bはこの発明の一実施例を説明するための主
要段階での状態を示す断面図で、第1図と同一符号は同
等部分を示す。この実施例ではソース、ドレインの形成
段階より以前の工程は従来の方法と全く同一である。さ
て、次に高濃度イオン(5b)を注入してソース(6)
およびドレイン(7b)を形成するのであるか、このと
き高濃度イオン(5b)は第2図Aに示すように、斜め
方向から注入し、ゲート用ポリシリコンの影がドレイン
形成領域の一部に出来るようにする。これによってソー
ス(6)と、上記形にならなかった部分に高不純物濃度
ドレイン部(7b)とができる。つづいて、第2図Bに
示すように、シリコン基板(1)に垂直な方向から低濃
度イオン(8)を注入して、第2図Aの段階でイオン注
入が行なわれなかった部分に低不純物濃度ドレイン部(
9)を形成する。高不純物濃度ドレイン部(7b)のイ
オン(5b)の注入面密度は10〜10 am 程度で
あり、低不純物濃度ドレイン部(9)のイオン(8)の
注入面密度は10−10 cm  程度である。また通
常、ゲート酸化膜(3)の下のチャネルドープはゲート
酸化膜(3)の膜厚が400人のとき1011〜10 
am g度である。
なお、高疫度イオンの斜め方向の注入はチャネリングを
避けるために、基板(1)の(100)面、  (11
0)面もしくは(111)面に千行捷たけこれと8以内
の傾きの方向以外の方向から注入する必璧がある。
以上のような構成にしたとき、ドレイン(7b)の電位
か上昇するにしたがって空乏層の広がりは、上記低不純
物濃度ドレイン部(9)の方向に広がり、ゲート酸化膜
(3)の下のチャネル部にはほとんど広がらない。その
ごとによりMISFETの特性が悪くはならない。甘ず
、第1点として低不純物濃度ドレイン部(9)が、ドレ
イン(7b)とゲート酸化膜(3)の下のチャネル部と
の間に入った直列抵抗を形成し、114工5FETの特
性が悪くならないかという点については、M工EIFF
iTのリニヤ領域におけるMISFETの本来の抵抗値
に比べ十分小さしλ抵抗値に低不純物濃度ドレイン部(
9)の濃度が設定できる範囲であるので、上記の点は問
題にならなし)。
第2点は低不純物濃度ドレイン部(9)に空乏層が広が
るので、実質的Gこゲート長が長くなってMISFET
特性か悪くならないかという点である0−!ず、リニア
領域すなわちドレイン(7b)の電位が高くないとき、
低不純物濃度ドレイン部(9)には空乏層が発生してい
ないので上記第1の点より、従来の低不純物濃度ドレイ
ン部(9)のないMISFETとまったく同じ状態であ
り、ドレイン電流にも差がない。一方飽和領域ではドレ
イン電流は従来も、本発明になるMISFETもドレイ
ン電圧を変えても一定でありリニヤ領域に接続されてい
るので値も互いに等しいはずである。したがって、ドレ
イン電圧−電流特性は従来のM工EEFETと本発明に
なるM工11!tFETとの間で差がないことは明らか
である0 タタシ、ソース(6)とドレイン(7b)とを入れ替え
て動作させたとき、すなわちドレイン(7b)をソース
として用い、ソース(6)をドレインとして用いたとき
、キャリヤの注入効率の低下にょ9従来のMISFET
よりもドレイン電流値が小さくなるのは明らかであり、
実際にそのようになる。
しかし、正常に動作させたとき前記のように電流値は変
らず、さらに次の3点のより秀れた特性がある。第1点
は、ソース(6)とドレイン(7b)との間の耐圧の向
上である。将来集積回路の集積度を向上させるため、ゲ
ート長を短かくした場合、特に、1μm以下になった場
合、従来のM I S F K Tではソース・ドレイ
ン間耐圧が5ボルト近くなる可能性がある。そのため電
源電圧を低下しなければならす、それは、すなわち演算
スピードの低下につながるので、出来るだけさけるべき
である。本発明になるものでは空乏層は低不純物濃度ド
レイン部(9)の方に王に広がり、ゲート酸化膜(3)
の下のチャネル部にも少し広がることを考えれば耐圧は
向上し、1μm以下のゲート長でも5■のソース・ドレ
イン耐圧は十分越せるはずである。第2点は上記第1点
と同じ理由により、ゲート酸化膜(3)の下のドレイン
側の端のチャネル部の電位かドレイン(′7b)の電位
に比べ十分小さいので、ゲート用ポリシリコン(4)と
ドレイン(7b)との間の静電容量が従来M工5FET
に比べ、本発明になるMISFETの方がはるかに小さ
いことであり、それは、演舞−スピードの向上につなが
る。
第3点は上記第1点と同じ理由により、チャネル部から
の電子の加速する場所が、従来のMISFETのよ−う
にチャネル部でなく、低不純物濃度ドレイン部(9)で
あり、そこで加速された電子はゲート酸化膜(3)には
入らないのでゲート酸化膜(3)は帯電することがなく
、シたがって、従来のM 187 BTのように使用中
にしきい値電位が変動してトランジスタ特性の変わると
いう欠点がなくなった点である。
なお、上記実施例では、ゲート用ポリシリコン(4)上
にレジストのない状態で斜入射高濃度イオン(5b)の
注入を行なったが、第3図に示すように、ゲート用レジ
スト(lO)をマスクにしてゲート用ボリシリコン(4
)を異方性エツチングし、ゲート用しジメ) (10)
を残した壕ま斜入射高濃度イオン(5b)の注入を行な
えば、影の長さが長くなるので容易に低濃度ドレイン部
(9)が作れるので、上記実施例と同様の効果を奏する
ことができる。また、更に他の実施例として、一つの基
板+1を内にソース(6)、ドレイン(7b)の方向か
異なるM工5FETがあるとき、他のレジストマス〉を
用いて、方向の異なるM工5FETを覆いながら、すべ
ての基板(1)内のM工5FETに同様の斜入射高皺度
イオン(5b)の注入を行ない、すべてのM工5FET
に上記実施例と同様の効果をもたせることができる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、この発明ではゲート絶縁形電界効
果トランジスタの製造に当って、半導体基板上のゲート
酸化膜とその上に形成されたホリシリコンなどからなる
ゲート電極とを有するゲート構成体をマスクとして半導
体基板にイオンを注入して自己整合的にソースおよびド
レインを形成する際に、高濃度イオンを基板表面に対し
て斜め方向から注入して、ドレインとゲート領域との間
に上記ゲート構成体の影になって高濃度イオンの注入さ
れない部分をつくり、この部分を低濃度のイオンの基板
表面に垂直な方向からの注入によって低濃度不純物で埋
めることによって、ゲート領域のドレイン側の端から所
定距離の間を低不純物濃度ドレイン領域としたので、ソ
ース・ドレイン間耐圧が大きく、ホットエレクトロンに
よる特性の変動がなく、シかもドレインとゲート電極と
の間の静電容量も小さい、すぐれた絶縁ゲート形電界効
果トランジスタが容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のシリコンゲートM工5FFIITの構成
を示す断面図、第2図はこの発明の一実施例を説明する
ための主要段階における状態を示す断面図、第3図はこ
の発明の他の実施例における高濃度イオンの斜入射注入
状況を示す断面図である。 図において、(1)は半導体基板、(3)はゲート絶縁
膜、(4)はゲート電極、(5b)は高濃度イオン、(
6)はソース、(’7b)は高不純物濃度ドレイン部分
、(8)は低濃度イオン、(9)は低不純物濃度ドレイ
ン部分である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す0 代理人   葛  野  信 −(外1名)子 続 補
 正 書(自発) 特許庁長官殿 1 事件の表示   特願昭 58−19422号3、
補正をする者 代表者片山仁へ部 三菱電機株式会社内 5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)明細書の第4頁第18〜20行に「電子をホット
エレクトロンというが、この−一一一一一一注入される
。」とあるのを「電子並びにその電子の格子散乱された
もの及びその電子により励起された2次電子はホットエ
レクトロンとなり、その一部はドレイン(7a)近傍の
ゲート酸化膜(3)に衝突し、その衝突した電子の一部
はゲート酸化膜(3)の内部で捕獲される。これをホッ
トエレクトロン現象と呼ぶ。」と訂正する。 (2)同、第5頁第14行及び第10頁第11行に「加
速された電子」とあるのをいずれも「加速及び励起され
た電子」と訂正する。 以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +1)  半導体基板のゲート領域とすべ色部分の表面
    上にゲート絶縁膜とこのゲート絶縁膜の上のポリシリコ
    ンなどからなるゲート電極とを有するゲート構成体を形
    成し、このゲート構成体をマスクトシてイオン注入を施
    してソースおよびドレインを自己整合的に形成する電界
    効果トランジスタの製造方法において、高濃度のイオン
    を上記半導体基板の表面に対して斜め方向から注入して
    ソースと高不純物濃度ドレイン部分とを形成するととも
    に上記ゲート領域と上記高不純物濃度ドレイン部分との
    間に上記高濃度イオンの注入されない領域を形成する工
    程、および少なくとも上記高濃度イオンが注入されない
    領域に低濃度のイオンを注入して低不純物濃度ドレイン
    部分を形成する工程を有することを特徴とする電界効果
    トランジスタの製造方法。 (2)低濃度のイオンの注入を半導体基板の表面に対し
    て垂直な方向から行なうことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の電界効果トランジスタの製造方法。 (3)高濃度イオンの注入の後に低flk度イオンの注
    入を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載の電界効果トランジスタの製造方法。 (4)低濃度イオンの注入の後に高濃度イオンの注入を
    行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
    2項記載の電界効果トランジスタの製造方法。 (5)  高濃腿イオンの注入を半導体基板の(100
    )面。 (110)面もしくは(11工)面に平行またはこれと
    5゜以内の傾きの方向以外の方向から行なうことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかG
    こ記載の電界効果トランジスタの製造方法。 (6)  同一の半導体基板内にソース・ドレイン方向
    の互いに異なる第1および第2の電界効果トランジスタ
    を形成する除に、一方の箪界効釆トランジスタについて
    高濃度イオン注入を行なうときには他方の電界効果トラ
    ンジスタの形成領域をレジスト材で覆うことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記載
    の電界効果トランジスタの製造方法。
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