JPH098294A - Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH098294A JPH098294A JP7154834A JP15483495A JPH098294A JP H098294 A JPH098294 A JP H098294A JP 7154834 A JP7154834 A JP 7154834A JP 15483495 A JP15483495 A JP 15483495A JP H098294 A JPH098294 A JP H098294A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐圧を改善する。
【構成】 PMOSトランジスタのソース・ドレイン領
域におけるP型不純物濃度の基板の深さ(Y)方向のプ
ロフィールにおいて、基板表面(Y=0)からPN接合
までの範囲で、微分係数:d(濃度)/dYの絶対値
が、深さYとともに単調には増加せず、PN接合よりも
浅い位置で一旦減少に転じている。このため、ゲート閾
電圧、電流駆動能力、パンチスルーへの耐性等の特性が
劣化することなく、耐圧が向上する。
【効果】 パンチスルーへの耐性等の特性を劣化させる
ことなく耐圧が改善される。
(57) [Summary] [Purpose] To improve the breakdown voltage. [Constitution] In the profile of the P-type impurity concentration in the source / drain region of the PMOS transistor in the depth (Y) direction of the substrate, the differential coefficient: d (concentration) in the range from the substrate surface (Y = 0) to the PN junction. The absolute value of / dY does not monotonically increase with the depth Y, but once decreases at a position shallower than the PN junction. Therefore, the breakdown voltage is improved without deteriorating the characteristics such as the gate threshold voltage, the current driving capability, and the resistance to punch through. [Effect] The breakdown voltage is improved without deteriorating the characteristics such as resistance to punch through.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、フラッシュメモリの
周辺回路を構成するトランジスタに好適な絶縁ゲート型
半導体装置およびその製造方法に関し、特に、パンチス
ルーを抑えつつ耐圧を向上させるための改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate semiconductor device suitable for a transistor forming a peripheral circuit of a flash memory and a method for manufacturing the same, and more particularly to an improvement for suppressing a punch-through and improving a breakdown voltage.
【0002】[0002]
【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置(ROM)の一
種であるフラッシュメモリでは、メモリセルに設けられ
るフローティングゲートに、FN電流(Fowler-Nordheu
mトンネル電流)によって電子を注入または放出するこ
とによって、メモリセルへの書き込みおよび消去が行わ
れる。このため、メモリセルへの書き込み、および消去
を行う際には、メモリセルを構成するトランジスタへ高
電圧を印加する必要がある。2. Description of the Related Art In a flash memory, which is a type of non-volatile semiconductor memory device (ROM), an FN current (Fowler-Nordheu) is applied to a floating gate provided in a memory cell.
Writing and erasing are performed on the memory cell by injecting or ejecting electrons by (m tunnel current). Therefore, when writing and erasing data in the memory cell, it is necessary to apply a high voltage to the transistors forming the memory cell.
【0003】例えば、文献:「信学技報;第93巻,第74
号,第15頁〜第20頁;小野田 et al.」に報告されるフ
ラッシュメモリのメモリセル用トランジスタでは、書き
込みを行う際には、ドレイン電圧Vd=5〜7V、コン
トロールゲート電圧Vcg=−7〜−9V、ソース電圧
Vs=開放(オープン;フローティング)が必要とされ
る。また、消去を行う際には、ドレイン電圧Vd=開
放、コントロールゲート電圧Vcg=約10V、ソース
電圧Vs=−7〜−9Vが必要とされる。For example, reference: "Technical Report of Technical Information; Vol. 93, No. 74.
No. et al., Pp. 15-20; Onoda et al., "In memory cell transistors of flash memory, when writing, drain voltage Vd = 5-7V, control gate voltage Vcg = -7. .About.-9V, source voltage Vs = open (open; floating) is required. Further, when erasing, a drain voltage Vd = open, a control gate voltage Vcg = about 10V, and a source voltage Vs = −7 to −9V are required.
【0004】このため、フラッシュメモリの半導体チッ
プに組み込まれる駆動回路などの周辺回路には、±10
V程度のバイアス電圧を印加し得るトランジスタが必要
とされる。したがって、周辺回路を構成するトランジス
タには、10Vないしそれ以上の高い耐圧が要求され
る。For this reason, the peripheral circuits such as the drive circuit incorporated in the semiconductor chip of the flash memory have ± 10
A transistor that can apply a bias voltage of about V is required. Therefore, transistors constituting the peripheral circuits are required to have a high breakdown voltage of 10 V or higher.
【0005】一般にメモリデバイスの周辺回路は、CM
OS型のトランジスタ(以下、「CMOS」と略称す
る)で構成される。この中で、特にPチャネル型のMO
Sトランジスタ(以下、「PMOS」と略称する)で
は、その耐圧は一般にソース・ドレイン間の接合によっ
て決定されるために、駆動能力を維持しつつしかも高耐
圧化することが困難とされていた。Generally, a peripheral circuit of a memory device is a CM
It is composed of an OS type transistor (hereinafter, abbreviated as “CMOS”). Among them, especially P channel type MO
Since the breakdown voltage of an S transistor (hereinafter abbreviated as “PMOS”) is generally determined by the junction between the source and drain, it has been difficult to maintain the driving capability and to increase the breakdown voltage.
【0006】図7は、CMOSを構成する従来のPMO
Sの正面断面図である。このPMOSでは、シリコン半
導体基板の上面(主面)にN型ウェル(N−well)
が選択的に形成されており、このN−wellの上面に
は、P型不純物を高濃度に含有する一対のソース・ドレ
イン領域S/Dが、一定間隔をもって互いに離れて形成
されている。一対のソース・ドレイン領域S/Dに挟ま
れた基板上面付近の領域、すなわちチャネル領域の上面
には、ゲート酸化膜GOxを挟んでゲート電極Gが対向
している。ゲート電極Gは、N型不純物が導入されたポ
リシリコンで構成されている。FIG. 7 shows a conventional PMO forming a CMOS.
It is a front sectional view of S. In this PMOS, an N-type well (N-well) is formed on the upper surface (main surface) of the silicon semiconductor substrate.
Are selectively formed, and on the upper surface of the N-well, a pair of source / drain regions S / D containing a high concentration of P-type impurities are formed at regular intervals. The gate electrode G is opposed to the region near the upper surface of the substrate sandwiched between the pair of source / drain regions S / D, that is, the upper surface of the channel region, with the gate oxide film GOx interposed therebetween. The gate electrode G is composed of polysilicon doped with N-type impurities.
【0007】そして、チャネル領域には、N型不純物が
導入されており、さらにその上層にはP型不純物が低濃
度に導入されたP-層が浅く形成されている。ゲート電
極GがN型ポリシリコンで構成されるPMOSでは、ゲ
ート電極GとN−wellとの間の仕事関数差が小さく
なるために、ゲート閾電圧Vthは負の方向に大きくな
る。図7のPMOSでは、チャネル領域に浅いP−N接
合が形成されることによって、ゲート閾電圧Vthの拡
大を抑えている。すなわち、このPMOSは、いわゆる
「埋め込み型」と称されるタイプのPMOSの一例とな
っている。An N-type impurity is introduced into the channel region, and a P - layer into which the P-type impurity is introduced at a low concentration is shallowly formed on the upper layer thereof. In the PMOS in which the gate electrode G is made of N-type polysilicon, the work threshold difference between the gate electrode G and the N-well becomes small, and thus the gate threshold voltage Vth increases in the negative direction. In the PMOS of FIG. 7, a shallow P-N junction is formed in the channel region to suppress the expansion of the gate threshold voltage Vth. That is, this PMOS is an example of a so-called "embedded type" PMOS.
【0008】なお、図7では図示を略しているが、ソー
ス・ドレイン領域S/Dの上面には、ソース・ドレイン
電極(配線)が接続されている。Although not shown in FIG. 7, source / drain electrodes (wiring) are connected to the upper surfaces of the source / drain regions S / D.
【0009】図8は、図7のI−I’切断線に沿った不
純物濃度およびポテンシャルの分布を示すグラフであ
る。図8(a)の実線が示すように、P-層に対応して
P型不純物濃度にピークが現れ、さらにその深部にはN
型のチャネル領域に対応してN型不純物の濃度にピーク
が現れる。また、この不純物濃度分布を反映して、ポテ
ンシャル曲線は、図8(b)の実線が示すように、基板
の深部から上面に向かって下降するが、P-層において
極小を描き、それより基板上面に向かって上昇へと転じ
る。FIG. 8 is a graph showing the distribution of the impurity concentration and the potential along the line II 'of FIG. As shown by the solid line in FIG. 8 (a), a peak appears in the P-type impurity concentration corresponding to the P − layer, and N is further present in the deep portion thereof.
A peak appears in the concentration of N-type impurities corresponding to the channel region of the type. In addition, the potential curve reflecting this impurity concentration distribution descends from the deep portion of the substrate toward the upper surface as shown by the solid line in FIG. 8B, but draws a minimum in the P − layer, Turns upward to the top.
【0010】図9は、CMOSを構成するPMOSのも
う一つの従来例を示す正面断面図である。このPMOS
では、ゲート電極GがP型不純物を導入したポリシリコ
ンで構成され、N型のチャネル領域の上層にP-層が設
けられない点が、図7のPMOSとは特徴的に異なって
いる。ゲート電極GがP型ポリシリコンで構成されるた
めに、チャネル領域にPN接合を形成しなくても、ゲー
ト閾電圧Vthが拡大するという問題は生じない。すな
わち、このPMOSは、いわゆる「表面型」と称される
タイプのPMOSの一例となっている。FIG. 9 is a front sectional view showing another conventional example of a PMOS forming a CMOS. This PMOS
7 is characteristically different from the PMOS of FIG. 7 in that the gate electrode G is composed of polysilicon into which a P-type impurity is introduced, and the P − layer is not provided above the N-type channel region. Since the gate electrode G is made of P-type polysilicon, the problem that the gate threshold voltage Vth is increased does not occur even if the PN junction is not formed in the channel region. That is, this PMOS is an example of a so-called "surface type" PMOS.
【0011】図10は、図9のJ−J’切断線に沿った
不純物濃度およびポテンシャルの分布を示すグラフであ
る。図10(a)に示すように、N型のチャネル領域に
対応してN型不純物の濃度にピークが現れる。また、こ
の不純物濃度分布を反映して、ポテンシャル曲線は、図
10(b)に示すように、基板の深部から上面に向かっ
て単調に下降する。FIG. 10 is a graph showing the distribution of the impurity concentration and the potential along the line JJ ′ of FIG. As shown in FIG. 10A, a peak appears in the concentration of N-type impurities corresponding to the N-type channel region. Also, the potential curve monotonously decreases from the deep portion of the substrate toward the upper surface, as shown in FIG. 10B, reflecting this impurity concentration distribution.
【0012】つぎに、これらのPMOSの中から代表と
して図7の埋め込み型PMOSを選んで、その製造方法
について説明する。製造方法を明らかにすることによっ
て、従来装置の問題点の所在がより明確となる。また、
埋め込み型PMOSを例として説明するが、問題点に関
わる構成上、製法上の特徴部は、表面型PMOSにおい
ても共通である。Next, the embedded PMOS shown in FIG. 7 will be selected as a representative among these PMOSs, and the manufacturing method thereof will be described. By clarifying the manufacturing method, the location of the problem of the conventional device becomes clearer. Also,
The embedded PMOS will be described as an example, but the characteristic features of the manufacturing method are common to the surface PMOS as well because of the configuration related to the problem.
【0013】図11〜図17は、図7に示した埋め込み
型PMOSの製造工程図である。このPMOSを製造す
るには、まず図11に示すように、半導体基板の上面に
おいて、活性領域の外側に、LOCOS技術を用いるな
どによって、素子分離のためのフィールド酸化膜FLO
xを形成する。11 to 17 are manufacturing process diagrams of the embedded PMOS shown in FIG. In order to manufacture this PMOS, first, as shown in FIG. 11, on the upper surface of the semiconductor substrate, a field oxide film FLO for element isolation is formed outside the active region by using the LOCOS technique or the like.
forming x.
【0014】つぎに、図12に示すように、フィールド
酸化膜FLOxで挟まれた活性領域にイオンを注入する
ことによって、P型のチャネルドープ層CD、N型のパ
ンチスルーストッパ層PS、および、N型のアイソレー
ション層Isoを形成する。これらの層を形成する際に
は、活性領域中の図12の紙面に垂直な方向に沿った一
部領域に相当するPMOSを形成すべき領域外の半導体
基板の上面には、図示しないレジスト膜をあらかじめ形
成することによって、PMOSを形成すべき領域外にこ
れらのイオンが注入されることを防止している。Next, as shown in FIG. 12, by implanting ions into the active region sandwiched by the field oxide film FLOX, a P-type channel dope layer CD, an N-type punch through stopper layer PS, and An N type isolation layer Iso is formed. When forming these layers, a resist film (not shown) is formed on the upper surface of the semiconductor substrate outside the region where the PMOS is to be formed, which corresponds to a partial region in the active region along the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Are formed in advance to prevent these ions from being implanted outside the region where the PMOS is to be formed.
【0015】チャネルドープ層CDは、所望のゲート閾
電圧Vthおよび駆動電流が得られるようにイオンの注
入条件が設定される。チャネルドープ層CDは、例え
ば、10〜30keVの注入エネルギー、および1〜8
x1012cm-2の線量をもって、ボロンを注入すること
によって形成される。In the channel dope layer CD, ion implantation conditions are set so that desired gate threshold voltage Vth and drive current can be obtained. The channel dope layer CD has, for example, an implantation energy of 10 to 30 keV, and 1 to 8
It is formed by implanting boron with a dose of x10 12 cm -2 .
【0016】パンチスルーストッパ層PSの形成条件
は、パンチスルーをできるだけ抑え得るように設定され
る。パンチスルーストッパ層PSは、例えば、注入エネ
ルギー120〜200keV、線量1〜5x1012cm
-2でリンを注入することによって形成される。The conditions for forming the punch through stopper layer PS are set so that punch through can be suppressed as much as possible. The punch-through stopper layer PS has, for example, an implantation energy of 120 to 200 keV and a dose of 1 to 5 × 10 12 cm.
Formed by injecting phosphorus at -2 .
【0017】アイソレーション層Isoは、隣接するP
MOS同士を分離するために設けられる。アイソレーシ
ョン層Isoは、例えば、注入エネルギー250〜50
0keV、線量1〜8x1012cm-2でリンを注入する
ことによって形成される。The isolation layer Iso has an adjacent P
It is provided to separate the MOSs. The isolation layer Iso has, for example, an implantation energy of 250 to 50.
It is formed by implanting phosphorus at 0 keV and a dose of 1-8 × 10 12 cm -2 .
【0018】また、これらのイオンを注入するのに先だ
って、活性領域の上面には「下敷き酸化膜」SOxが形
成される。この下敷き酸化膜SOxは、イオンの注入に
ともなう活性領域の上面の損傷を防ぐために設けられる
ものである。Prior to the implantation of these ions, an "underlay oxide film" SOx is formed on the upper surface of the active region. This underlying oxide film SOx is provided to prevent damage to the upper surface of the active region due to ion implantation.
【0019】なお、フィールド酸化膜FLOxを形成す
る前に、フィールド領域下に注入が行われることもあ
る。Implantation may be performed under the field region before forming the field oxide film FLOX.
【0020】図12におけるA−A’切断線、およびB
−B’切断線に沿った不純物濃度の分布をそれぞれ図1
3および図14のグラフに示す。図13に示すように、
A−A’切断線に沿った不純物濃度分布では、チャネル
ドープ層CDに対応してP型不純物の濃度にピークが現
れる。また、パンチスルーストッパ層PSおよびアイソ
レーション層Isoのそれぞれに対応して、N型不純物
の濃度にピークが現れる。また、図14に示すように、
B−B’切断線に沿った不純物濃度分布ではフィールド
酸化膜FLOxの深部において、N型不純物の濃度にア
イソレーション層Isoに相当するピークが現れる。AA 'section line in FIG. 12, and B
Fig. 1 shows the distribution of the impurity concentration along the -B 'cutting line.
3 and the graph of FIG. As shown in FIG.
In the impurity concentration distribution along the AA ′ cutting line, a peak appears in the concentration of the P-type impurity corresponding to the channel dope layer CD. Further, a peak appears in the concentration of the N-type impurity corresponding to each of the punch-through stopper layer PS and the isolation layer Iso. Also, as shown in FIG.
In the impurity concentration distribution along the BB ′ cutting line, a peak corresponding to the isolation layer Iso appears in the concentration of the N-type impurity in the deep portion of the field oxide film FLOX.
【0021】つぎに、下敷き酸化膜SOxをエッチング
処理によって除去した後に、図15に示すように、活性
領域の上面に熱酸化等の処理を施すことによって、ゲー
ト酸化膜GOxを所望の厚さに形成する。さらに、ゲー
ト酸化膜GOxを含む領域のの上に、例えばポリシリコ
ン層を積層した後に、所望の幅にパターニングすること
によってゲート電極Gを形成する。ゲート電極Gは、ポ
リシリコンで構成される代わりに、ポリシリコン層の上
にシリサイド層が積層されて成る、いわゆる「ポリサイ
ド」構造を採ることもある。Next, after removing the underlying oxide film SOx by etching, as shown in FIG. 15, the upper surface of the active region is subjected to a process such as thermal oxidation so that the gate oxide film GOx has a desired thickness. Form. Further, a gate electrode G is formed by stacking, for example, a polysilicon layer on the region including the gate oxide film GOx and then patterning it to a desired width. The gate electrode G may have a so-called “polycide” structure in which a silicide layer is stacked on a polysilicon layer instead of being composed of polysilicon.
【0022】つぎに、図16に示すように、ゲート電極
Gの両側に、いわゆるサイドウォールSWを形成する。
サイドウォールSWは、例えば、CVD等を用いて上面
全体に酸化膜を堆積した後に、この酸化膜に異方性エッ
チングを施すことによって形成される。このサイドウォ
ールSWは、PMOSをいわゆるLDD(Lightly Dope
d Drain)構造とするために形成されるものである。Next, as shown in FIG. 16, so-called sidewalls SW are formed on both sides of the gate electrode G.
The sidewall SW is formed, for example, by depositing an oxide film on the entire upper surface by using CVD or the like and then subjecting this oxide film to anisotropic etching. This sidewall SW is a so-called LDD (Lightly Dope
d Drain) is formed to have a structure.
【0023】LDD構造のトランジスタは、ドレイン/
ソース領域のチャネルに隣接する部分の不純物濃度を低
くすることによって、ソース・ドレイン間の電界を緩和
したトランジスタである。LDD構造のトランジスタで
は、ソース・ドレイン間の電界で加速されたいわゆるホ
ットキャリアが、ゲート酸化膜GOxへ侵入することに
起因するトランジスタ寿命の劣化が抑えられるという利
点がある。The LDD transistor has a drain /
This is a transistor in which the electric field between the source and the drain is relaxed by lowering the impurity concentration of the portion of the source region adjacent to the channel. The LDD-structured transistor has an advantage that so-called hot carriers accelerated by the electric field between the source and the drain enter the gate oxide film GOx, thereby suppressing deterioration of the transistor life.
【0024】つぎに、図17に示すように、サイドウォ
ールSWとフィールド酸化膜FLOxに挟まれた領域
に、P型イオンの注入を2段階で実行する。このとき、
サイドウォールSWとフィールド酸化膜FLOxに挟ま
れた領域の中で、図17の紙面に垂直な方向に沿った一
部領域に相当するPMOSを形成すべき領域外の半導体
基板の上面には、図示しないレジスト膜をあらかじめ形
成することによって、PMOSを形成すべき領域外にイ
オンが注入されることを防止している。Next, as shown in FIG. 17, P-type ion implantation is performed in two steps in the region sandwiched between the sidewall SW and the field oxide film FLOX. At this time,
In the region sandwiched by the sidewall SW and the field oxide film FLOx, a part of the region along the direction vertical to the paper surface of FIG. By forming a resist film in advance, ions are prevented from being implanted outside the region where the PMOS is to be formed.
【0025】注入すべきP型イオンとして、ボロンまた
はBF2が用いられる。第1段階の注入は、例えば、1
0〜40keV程度の注入エネルギー、1〜8x1013
cm-2程度の線量で、しかも、半導体基板上面の法線に
対して20〜60゜程度の入射角をもって、ボロンイオ
ンを入射することによって達成される。法線に対して傾
斜して行われる注入は、入射角を一定に保ちつつ入射方
向を法線の周りに回転させつつ行われる。Boron or BF 2 is used as P-type ions to be implanted. The first stage injection is, for example, 1
Implant energy of about 0 to 40 keV, 1 to 8 × 10 13
This is achieved by injecting boron ions at a dose of about cm −2 and at an incident angle of about 20 to 60 ° with respect to the normal line to the upper surface of the semiconductor substrate. The implantation performed with an inclination with respect to the normal line is performed while rotating the incident direction around the normal line while keeping the incident angle constant.
【0026】つづいて行われる第2段階の注入は、例え
ば、20〜50keVの注入エネルギー、1〜5x10
15cm-2程度の線量で、しかも、半導体基板上面の法線
に沿った方向に、BF2を入射することによって達成さ
れる。ボロンイオンのエネルギーに換算すると、第2段
階の注入エネルギーは第1段階の注入エネルギーよりも
低くなっている。その後、熱処理を加えることによっ
て、注入されたイオンが拡散するとともに活性化され、
その結果、P型のソース・ドレイン領域S/Dが形成さ
れる。The second-stage implantation to be subsequently performed is, for example, an implantation energy of 20 to 50 keV, and 1 to 5 × 10 5.
This is achieved by injecting BF 2 at a dose of about 15 cm −2 and in a direction along the normal line to the upper surface of the semiconductor substrate. When converted to the energy of boron ions, the implantation energy of the second stage is lower than the implantation energy of the first stage. Then, by applying heat treatment, the implanted ions are diffused and activated,
As a result, P-type source / drain regions S / D are formed.
【0027】第1段階の注入(以下、「P(−)注入」
と記す)によって導入された注入量の少ないP型イオン
は、ソース・ドレイン領域S/Dの上層部に分布する。
このP(−)注入は、LDD構造を形成するために行わ
れる。一方、第2段階の注入(以下、「P(+)注入」
と記す)によって導入されたP型イオンは、注入量が多
いために熱拡散によって大きく広がるので、P(−)注
入によって導入されたP型イオンが分布する領域を覆う
ように、深い分布をなす。P(+)注入の条件は、ソー
ス・ドレイン領域S/Dのソース・ドレイン電極(配
線)との接続部(コンタクト)からゲート電極Gの直下
までの拡散層領域における電気抵抗によってトランジス
タの特性が劣化することを防ぐように設定されている。
その後、配線を形成する工程等が後続するが、それらの
説明は略する。First-stage injection (hereinafter referred to as "P (-) injection")
The P-type ions having a small implantation amount introduced by the above) are distributed in the upper layer portion of the source / drain region S / D.
This P (−) implantation is performed to form an LDD structure. On the other hand, the second stage injection (hereinafter referred to as “P (+) injection”)
Since the P-type ions introduced by () are widely spread by thermal diffusion due to the large amount of implantation, a deep distribution is formed so as to cover the region where the P-type ions introduced by P (-) implantation are distributed. . The P (+) implantation condition depends on the electrical resistance in the diffusion layer region from the connection (contact) of the source / drain region S / D with the source / drain electrode (wiring) to immediately below the gate electrode G. It is set to prevent deterioration.
After that, the process of forming the wiring and the like follow, but the description thereof will be omitted.
【0028】つぎに、この発明の背景に関わるもっとも
重要な概念であるトランジスタの耐圧について詳細に説
明する。例えば、フラッシュメモリのメモリセルを駆動
するために、10Vの電圧が印加されるとするならば、
このメモリセルの駆動回路を構成するトランジスタの耐
圧には、その10%程度以上高い耐圧が要求される。こ
こで、耐圧とは、ゲート電極Gの電位を0Vにしてトラ
ンジスタをオフ状態としたときに、ソースまたはドレイ
ンにのみ逆方向電圧を印加したした場合に、リーク電流
が所定の微小なレベル(例えば、数μAのレベル)とな
るときの電圧値として定義される。このときのリーク電
流は、ショックレーリードホールによって発生したキャ
リアがPN接合における電界によって加速され、アバラ
ンシェ現象によって増倍されてなるキャリア成分に由来
するものである。Next, the breakdown voltage of the transistor, which is the most important concept related to the background of the present invention, will be described in detail. For example, if a voltage of 10V is applied to drive a memory cell of a flash memory,
The withstand voltage of the transistor forming the drive circuit of the memory cell is required to have a withstand voltage as high as about 10% or more. Here, the breakdown voltage means that when a reverse voltage is applied only to the source or drain when the potential of the gate electrode G is set to 0 V and the transistor is turned off, the leak current has a predetermined minute level (for example, , A level of several μA). The leakage current at this time is derived from the carrier component in which the carriers generated by the Shockley lead holes are accelerated by the electric field in the PN junction and multiplied by the avalanche phenomenon.
【0029】この耐圧に対するマージンは、外部電源電
圧に対する許容度からの要請、あるいは、周辺回路とし
て昇圧回路を半導体チップ内に有するメモリにおいては
メモリセルへ設定したい電圧を超える大きさの電圧が昇
圧回路内で生じることを考慮した上での要請等にもとづ
いて決定される。耐圧は、高く設定できるほど、回路の
設計上の自由度が拡大するので望ましい。The margin for the withstand voltage is required from the tolerance for the external power supply voltage, or in a memory having a booster circuit as a peripheral circuit in a semiconductor chip, the booster circuit has a voltage larger than the voltage to be set in the memory cell. It will be decided based on the request, etc. after taking into consideration what will happen in the company. The higher the breakdown voltage, the more flexible the circuit can be designed, which is desirable.
【0030】上述したPMOSにおける耐圧は、ソース
・ドレイン領域S/Dとパンチスルーストッパ層PSお
よびアイソレーション層Isoとの間のPN接合によっ
て決定される。このPN接合は、P(+)注入の条件
と、パンチスルーストッパ層PSおよびアイソレーショ
ン層Isoを形成するためのN型不純物の注入条件とに
よって主として決定される。このことを、以下に図に沿
って説明する。The withstand voltage of the PMOS described above is determined by the PN junction between the source / drain region S / D and the punch-through stopper layer PS and the isolation layer Iso. This PN junction is mainly determined by the P (+) implantation conditions and the N-type impurity implantation conditions for forming the punch-through stopper layer PS and the isolation layer Iso. This will be described below with reference to the drawings.
【0031】図18〜図25は、PMOSについてシミ
ュレーションを実行した結果を示す図である。このPM
OSでは、P(−)注入は、ボロンイオンを注入エネル
ギー30keV、線量2x1013cm-2、入射角45゜
で注入することによって行われ、P(+)注入は、同じ
くボロンイオンを注入エネルギー10keV、線量4x
1015cm-2、入射角0゜で注入することによって行わ
れている。なお、10keVのボロンイオンのエネルギ
ーは、約40〜50keVのBF2のエネルギーに相当
する。また、サイドウォールSWの幅は0.15μmに
設定されている。さらに、ボロンイオンを注入した後の
熱処理では、850゜Cの昇温が30分間行われてい
る。18 to 25 are diagrams showing the results of executing the simulation for the PMOS. This PM
In the OS, P (−) implantation is performed by implanting boron ions at an implantation energy of 30 keV, a dose of 2 × 10 13 cm −2 , and an incident angle of 45 °, and P (+) implantation is also performed at a boron ion implantation energy of 10 keV. , Dose 4x
It is performed by implanting at 10 15 cm -2 and an incident angle of 0 °. The energy of boron ions of 10 keV corresponds to the energy of BF 2 of about 40 to 50 keV. The width of the sidewall SW is set to 0.15 μm. Further, in the heat treatment after implanting boron ions, the temperature is raised to 850 ° C. for 30 minutes.
【0032】図18は、ソース・ドレイン領域S/Dの
近傍領域におけるPMOSの正面断面に沿ったP型不純
物の濃度分布を等濃度線で示している。図18におい
て、ゲート電極Gは、x(水平位置)≦1.00μmの
領域に位置している。また、図19〜図22は、それぞ
れ、図18におけるx=0.95μm、1.00μm、
1.05μm、および、1.32μmの位置でのY(基
板上面からの深さ)方向に沿ったP型およびN型不純物
の濃度分布を示している。FIG. 18 shows the concentration distribution of the P-type impurities along the front cross section of the PMOS in the region near the source / drain regions S / D by isoconcentration lines. In FIG. 18, the gate electrode G is located in a region of x (horizontal position) ≦ 1.00 μm. 19 to 22 are x = 0.95 μm, 1.00 μm, and
It shows the concentration distributions of P-type and N-type impurities along the Y (depth from the top surface of the substrate) direction at the positions of 1.05 μm and 1.32 μm.
【0033】図19および図20が示すように、x=
0.95μmまたは1.00μmの水平位置では、P型
不純物が低濃度に分布している。このことから、ゲート
電極Gおよびその近傍の直下に分布するP型不純物は、
サイドウォールSWの直下へ侵入するように斜め入射が
行われた低線量のP(−)注入によって導入されたもの
であることがわかる。このように、ソース・ドレイン領
域S/Dの互いに対向する端部にP型不純物濃度の低い
領域が形成されることによって、電界が緩和されるの
で、トランジスタの寿命の劣化が抑制される。As shown in FIGS. 19 and 20, x =
At the horizontal position of 0.95 μm or 1.00 μm, P-type impurities are distributed in a low concentration. From this, the P-type impurity distributed immediately below the gate electrode G and its vicinity is
It can be seen that it was introduced by the low dose P (−) implantation in which the oblique incidence was performed so as to penetrate directly below the sidewall SW. As described above, the electric field is relaxed by forming the regions having a low P-type impurity concentration at the ends of the source / drain regions S / D facing each other, and thus the deterioration of the lifetime of the transistor is suppressed.
【0034】一方、図21が示すように、ゲート電極G
の端部からやや離れたサイドウォールSW直下の位置で
あるx=1.05μmの近辺においては、P型不純物が
高い濃度で分布している。このことから、この領域のP
型不純物は、主として高線量のP(+)注入によって導
入されたP型不純物が、熱拡散によってサイドウォール
SWの直下にまで広がったものであることがわかる。On the other hand, as shown in FIG. 21, the gate electrode G
In the vicinity of x = 1.05 μm, which is a position just below the sidewall SW, which is slightly away from the end portion of P, the P-type impurity is distributed at a high concentration. From this, P of this area
It can be seen that the type impurities are mainly P-type impurities introduced by high-dose P (+) implantation and spread to just below the sidewalls SW by thermal diffusion.
【0035】さらに、図22に示されるように、サイド
ウォールSWとフィールド酸化膜FLOxとに挟まれた
領域中の略中央に位置するx=1.32μm(図18に
おける切断線Hの位置)では、基板の表面(Y=0.0
0μm)におけるP型不純物の濃度が、1.0x1020
cm-3を超える高いレベルにまで達している。この領域
のP型不純物は、主として高線量のP(+)注入によっ
て導入されたものである。そして、図22に代表される
ように、ソース・ドレイン領域S/Dの表面におけるP
型不純物濃度が高いために、ソース・ドレイン領域S/
Dとソース・ドレイン電極(配線)との接続部(コンタ
クト)からチャネル領域までの間の電気抵抗による電圧
降下が低く抑えられる。Further, as shown in FIG. 22, at x = 1.32 μm (the position of the cutting line H in FIG. 18) located substantially in the center in the region sandwiched by the sidewall SW and the field oxide film FLOX. , Substrate surface (Y = 0.0
0 μm), the concentration of P-type impurities is 1.0 × 10 20
It has reached a high level exceeding cm -3 . The P-type impurities in this region are mainly introduced by high dose P (+) implantation. Then, as typified by FIG. 22, P on the surface of the source / drain region S / D is
Source / drain region S /
The voltage drop due to electric resistance between the connection portion (contact) between D and the source / drain electrode (wiring) and the channel region can be suppressed low.
【0036】また、図21および図22から、x=1.
05μmないし1.32μmの領域のPN接合では、P
型のソース・ドレイン領域S/Dは、パンチスルースト
ッパ層PSまたはアイソレーション層Isoに相当する
N型不純物層(N型不純物濃度が、約1x1017c
m-3)と接していることがわかる。Further, from FIG. 21 and FIG. 22, x = 1.
In the PN junction in the region of 05 μm to 1.32 μm, P
The source / drain region S / D of the type has an N-type impurity layer (N-type impurity concentration of about 1 × 10 17 c) corresponding to the punch-through stopper layer PS or the isolation layer Iso.
It can be seen that it is in contact with m -3 ).
【0037】図23〜図25は、このPMOSのソース
・ドレイン領域S/Dに、−10Vの逆方向電圧を印加
したときの電界の分布に関するシミュレーションの結果
を示す図である。これらの中で、図23は、ソース・ド
レイン領域S/Dの近傍領域における正面断面に沿った
電界分布を等電位線で示している。図23では、水平位
置の原点(x’=0.00μm)は、ゲート電極Gの端
部に設定されている。図23に示すように、ソース・ド
レイン領域S/DとN型不純物層との間のPN接合の付
近からN型不純物層の内部へ向かう領域において、電位
に変化が現れている。23 to 25 are diagrams showing the results of simulation concerning the distribution of the electric field when a reverse voltage of -10 V is applied to the source / drain region S / D of the PMOS. Among these, FIG. 23 shows the electric field distribution along the front cross section in the region near the source / drain regions S / D by equipotential lines. In FIG. 23, the origin of the horizontal position (x ′ = 0.00 μm) is set at the end of the gate electrode G. As shown in FIG. 23, a potential change appears in the region from the vicinity of the PN junction between the source / drain region S / D and the N-type impurity layer toward the inside of the N-type impurity layer.
【0038】図24は、電位勾配すなわち電界が最も強
いx’=0.617μmの水平位置(図23における切
断線Kの位置)における電界の分布を示すグラフであ
る。図24には、P(+)注入を4x1015cm-2の線
量で行った場合の電界分布と、その半分の2x1015c
m-2の線量で行った場合の電界分布の双方が示されてい
る。図17に例示したP(+)注入を4x1015cm-2
の線量で行う場合には、電界の最高値は約0.7MV/
cmとなる。この最高値によって耐圧の大きさが決ま
る。また、図24から、空乏層が主としてN型不純物層
に延びていることがわかる。FIG. 24 is a graph showing the distribution of the electric field at the horizontal position (position of the cutting line K in FIG. 23) at x '= 0.617 μm where the electric potential gradient, that is, the electric field is the strongest. Figure A 24, P (+) and the electric field distribution in the case of performing a dose of injection of 4x10 15 cm -2, the half 2x10 15 c
Both electric field distributions are shown when performed at a dose of m -2 . The P (+) implantation illustrated in FIG. 17 is performed at 4 × 10 15 cm −2.
The maximum value of the electric field is about 0.7 MV /
cm. The maximum value determines the withstand voltage. Further, it can be seen from FIG. 24 that the depletion layer mainly extends to the N-type impurity layer.
【0039】電界の最高値によって耐圧が決まることか
ら、耐圧を高めるためには、最高値となる付近における
電界を緩和すればよい。そのためには、第1の対応策と
して、P(+)注入における注入線量を下げること、第
2の対応策として、パンチスルーストッパ層PSにおけ
る不純物濃度を下げることが有効であることが容易に想
像される。Since the breakdown voltage is determined by the maximum value of the electric field, the breakdown voltage can be increased by relaxing the electric field in the vicinity of the maximum value. For that purpose, it is easy to imagine that the first countermeasure is to reduce the implantation dose in P (+) implantation, and the second countermeasure is to reduce the impurity concentration in the punch-through stopper layer PS. To be done.
【0040】[0040]
【発明が解決しようとする課題】第1の対応策では、図
24において、P(+)注入を2x1015cm-2の線量
で行った場合の曲線が示すように確かに電界の最高値は
低下する。しかしながら、コンタクトからゲート電極G
直下すなわちチャネル領域までの間の電気抵抗が高まる
ので、トランジスタの電流駆動能力が低下するという問
題点がある。According to the first countermeasure, as shown in the curve in FIG. 24 when P (+) implantation is performed at a dose of 2 × 10 15 cm -2 , the maximum value of the electric field is certainly descend. However, from the contact to the gate electrode G
There is a problem in that the current drive capability of the transistor is reduced because the electrical resistance immediately underneath, that is, up to the channel region is increased.
【0041】第2の対応策の効果を図25に示す。すな
わち、図25は、パンチスルーストッパ層PSにおける
N型不純物濃度が高い場合(PSアップ)と低い場合
(PSノーマル)における、x’=0.61μmの水平
位置での電界分布を示している。この図25が示すよう
に、パンチスルーストッパ層PSにおける不純物濃度を
低くすると、確かに電界の最高値は低下する。The effect of the second countermeasure is shown in FIG. That is, FIG. 25 shows the electric field distribution at the horizontal position of x ′ = 0.61 μm when the N-type impurity concentration in the punch-through stopper layer PS is high (PS up) and low (PS normal). As shown in FIG. 25, when the impurity concentration in the punch-through stopper layer PS is lowered, the maximum value of the electric field certainly lowers.
【0042】しかしながら、図8において、点線で描か
れる曲線が示すように、パンチスルーストッパ層PSの
不純物濃度を下げると、ゲート閾電圧Vthを同一値に
保つためには、チャネル領域における空乏層が半導体基
板の深部へと拡大するので、ソース・ドレイン間でパン
チスルーが起こり易くなるという問題点がある。このこ
とは、ゲート長の短いトランジスタを得ることが困難で
あることを意味する。However, in FIG. 8, when the impurity concentration of the punch-through stopper layer PS is lowered, the depletion layer in the channel region is reduced in order to keep the gate threshold voltage Vth at the same value, as indicated by the dotted curve. Since it expands to the deep part of the semiconductor substrate, there is a problem that punch-through easily occurs between the source and drain. This means that it is difficult to obtain a transistor having a short gate length.
【0043】以上のように、従来の装置においては、電
流駆動能力を低下させることなく、しかも、パンチスル
ーを抑えつつ、耐圧を高めることが困難であるという問
題点があった。As described above, the conventional device has a problem that it is difficult to increase the breakdown voltage without reducing the current driving capability and suppressing the punch through.
【0044】この発明は、従来の装置における上記した
問題点を解消するためになされたもので、電流駆動能力
を低下させることなく、しかも、パンチスルーを抑えつ
つ、耐圧を向上させることのできる絶縁ゲート型半導体
装置を提供することを目的としており、さらにこの絶縁
ゲート型半導体装置の製造に適した方法を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the conventional device, and it is possible to improve the withstand voltage without lowering the current driving capability and suppressing the punch through. It is an object of the present invention to provide a gate type semiconductor device, and further to provide a method suitable for manufacturing this insulated gate semiconductor device.
【0045】[0045]
【課題を解決するための手段】第1の発明の装置は、半
導体基板の主面に、ゲート電極に対向するチャネル領域
と、当該チャネル領域を挟むソース・ドレイン領域とが
形成され、当該ソース・ドレイン領域に配線が接続され
ている絶縁ゲート型半導体装置において、前記ソース・
ドレイン領域の導電型を形成する不純物の濃度の前記半
導体基板の深さに対する微分係数の絶対値が、当該深さ
が増加するのにともなって、PN接合よりも浅い少なく
とも一箇所において、増加から減少へと転じるように、
前記濃度が分布することを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, a channel region facing a gate electrode and source / drain regions sandwiching the channel region are formed on a main surface of a semiconductor substrate, and the source / drain region is formed. In an insulated gate semiconductor device in which wiring is connected to the drain region,
The absolute value of the differential coefficient of the concentration of impurities forming the conductivity type of the drain region with respect to the depth of the semiconductor substrate decreases from the increase at at least one position shallower than the PN junction as the depth increases. To turn to
The concentration is distributed.
【0046】第2の発明の装置は、第1の発明の絶縁ゲ
ート型半導体装置において、前記ソース・ドレイン領域
が、前記配線との接続部におけるよりも低い不純物濃度
で前記ゲート電極の直下に一部侵入していることを特徴
とする。The device of the second invention is the insulated gate semiconductor device of the first invention, wherein the source / drain regions are formed directly below the gate electrode with a lower impurity concentration than in the connection portion with the wiring. It is characterized by having invaded a part.
【0047】第3の発明の製造方法は、半導体基板の主
面に、ゲート電極に対向するチャネル領域と、当該チャ
ネル領域を挟むソース・ドレイン領域とが形成され、当
該ソース・ドレイン領域に配線が接続されている絶縁ゲ
ート型半導体装置を製造するための方法において、前記
ソース・ドレイン領域を形成する工程が、前記主面上に
形成された第1遮蔽体を用いて、前記ソース・ドレイン
領域の導電型を形成する不純物を、前記主面に選択的に
注入する第1工程と、前記主面上に形成された第2遮蔽
体を用いて、前記第1工程におけるよりも、低い線量か
つ高い注入エネルギーで、前記不純物を前記主面に選択
的に注入する第2工程と、前記第1および第2工程の後
に、加熱処理を施すことによって前記不純物を拡散およ
び活性化する第3工程と、を備え、前記第1工程で注入
される不純物が前記第3工程で拡散することによって形
成されるPN接合の付近にまで、前記第2工程で注入さ
れる不純物が達するように、前記第2工程における注入
エネルギーを設定することによって、前記不純物の濃度
の前記半導体基板の深さに対する微分係数の絶対値が、
当該深さが増加するのにともなって、前記PN接合より
も浅い少なくとも一箇所において、増加から減少へと転
じるように、前記ソース・ドレイン領域における前記不
純物の濃度分布を形成することを特徴とする。In the manufacturing method of the third invention, a channel region facing the gate electrode and a source / drain region sandwiching the channel region are formed on the main surface of the semiconductor substrate, and wiring is provided in the source / drain region. In the method for manufacturing a connected insulated gate semiconductor device, the step of forming the source / drain regions includes the step of forming the source / drain regions by using a first shield formed on the main surface. A lower dose and a higher dose than in the first step are used by using a first step of selectively implanting impurities forming a conductivity type into the main surface and a second shield formed on the main surface. A second step of selectively implanting the impurities into the main surface with implantation energy, and a third step of performing heat treatment after the first and second steps to diffuse and activate the impurities. And so that the impurities injected in the second step reach the vicinity of a PN junction formed by diffusing the impurities injected in the first step in the third step. By setting the implantation energy in the second step, the absolute value of the differential coefficient of the impurity concentration with respect to the depth of the semiconductor substrate is
The impurity concentration distribution in the source / drain regions is formed such that the depth / intensity is changed to increase / decrease at least at one location shallower than the PN junction. .
【0048】第4の発明の製造方法は、第3の発明の製
造方法において、前記ソース・ドレイン領域を形成する
工程が、前記第3工程に先だって、前記主面上に形成さ
れた第3遮蔽体を用いて、前記第1工程におけるよりも
低く前記第2工程におけるよりも高い線量で、しかも前
記第1工程におけるよりも高く前記第2工程におけるよ
りも低い注入エネルギーで、前記不純物を選択的に導入
する第4工程、をさらに備え、前記第1工程で注入され
る不純物が前記第3工程によって拡散する領域の中の前
記主面近傍の浅い層に、前記第4工程で注入される不純
物が分布するとともに、当該第4工程で注入される不純
物が、前記配線との接続部の不純物濃度よりも低い不純
物濃度で前記ゲート電極の直下の領域にまで一部侵入す
るように、前記第4工程が実行されることを特徴とす
る。The manufacturing method of the fourth invention is the manufacturing method of the third invention, wherein the step of forming the source / drain regions is a third shield formed on the main surface prior to the third step. The body is used to selectively remove the impurities at a dose lower than that in the first step and higher than that in the second step, and with a higher implantation energy than the first step and lower than the second step. And a fourth step of introducing the impurity into the shallow layer near the main surface in a region where the impurity injected in the first step diffuses in the third step. Is distributed, and the impurities injected in the fourth step partially penetrate into the region directly below the gate electrode with an impurity concentration lower than the impurity concentration of the connection portion with the wiring. Wherein the steps are performed.
【0049】第5の発明の製造方法は、第4の発明の製
造方法において、前記ソース・ドレイン領域を形成する
工程に先だって、前記主面の上にゲート絶縁膜を形成す
るとともに当該ゲート絶縁膜の上に前記ゲート電極を形
成する工程、をさらに備え、前記第3遮蔽体は前記ゲー
ト電極を少なくともその一部とし、前記第1および第2
遮蔽体は、互いに同一形状であって、側壁にサイドウォ
ールが付加された前記ゲート電極を少なくともその一部
とし、当該サイドウォールの分だけ前記第3遮蔽体より
も、その端縁が張り出していることを特徴とする。The manufacturing method of the fifth invention is the manufacturing method of the fourth invention, wherein a gate insulating film is formed on the main surface and the gate insulating film is formed prior to the step of forming the source / drain regions. And forming the gate electrode on the third shield, the third shield having the gate electrode as at least a part thereof, and the first and second shields.
The shields have the same shape as each other, and at least a part of the gate electrode has sidewalls added to the sidewalls, and the edge of the shield extends beyond the third shield by the amount of the sidewalls. It is characterized by
【0050】第6の発明の製造方法は、第4の発明の製
造方法において、前記ソース・ドレイン領域を形成する
工程に先だって、前記主面の上にゲート絶縁膜を形成す
るとともに当該ゲート絶縁膜の上に前記ゲート電極を形
成する工程、をさらに備え、前記第1ないし第3遮蔽体
は、互いに同一形状であって、側壁にサイドウォールが
付加された前記ゲート電極を少なくともその一部とし、
前記第1および第2工程では、前記主面の法線に沿った
方向に入射することで前記不純物の注入が行われ、前記
第4工程では、入射方向を前記法線に対して傾斜させし
かも当該法線の周りに回転させつつ、前記不純物の注入
が行われることを特徴とする。The manufacturing method of the sixth invention is the manufacturing method of the fourth invention, wherein a gate insulating film is formed on the main surface and the gate insulating film is formed prior to the step of forming the source / drain regions. A step of forming the gate electrode on the above, wherein the first to third shields have the same shape as each other, and at least a part of the gate electrode having sidewalls added to the sidewalls,
In the first and second steps, the impurity is injected by being incident in a direction along the normal to the main surface, and in the fourth step, the incident direction is inclined with respect to the normal. The impurity implantation is performed while rotating around the normal line.
【0051】[0051]
【作用】第1の発明の装置では、ソース・ドレイン領域
の不純物濃度の半導体基板の深さに対する微分係数の絶
対値が、深さが増加するのにともなって、PN接合に達
するまで単調に増加するのではなく、少なくとも一箇所
において、増加から減少へと転じるので、ゲート閾電
圧、駆動電流、パンチスルーに対する耐性等の特性が劣
化することなく耐圧が向上する。In the device of the first invention, the absolute value of the differential coefficient of the impurity concentration of the source / drain regions with respect to the depth of the semiconductor substrate increases monotonically until the PN junction is reached as the depth increases. Instead, the change is made from increase to decrease at least at one place, so that the breakdown voltage is improved without deteriorating the characteristics such as the gate threshold voltage, the drive current, and the resistance to punch through.
【0052】第2の発明の装置では、ソース・ドレイン
領域が、配線との接続部におけるよりも低い不純物濃度
でゲート電極の直下に一部侵入しているので、ソース・
ドレイン間の電界が緩和される。In the device of the second invention, the source / drain regions partially infiltrate directly below the gate electrode with a lower impurity concentration than in the connection portion with the wiring.
The electric field between the drains is relaxed.
【0053】第3の発明の製造方法では、ソース・ドレ
イン領域への不純物の注入が少なくとも2段階で行わ
れ、しかも、第1工程で高線量で注入された不純物によ
って形成されるPN接合付近に達するように、低線量の
不純物の注入が第2工程で行われる。このことによっ
て、不純物濃度の半導体基板の深さに対する微分係数の
絶対値が、深さが増加するのにともなって、PN接合に
達するまでに少なくとも一箇所において、増加から減少
へと転じるようなソース・ドレイン領域における不純物
の濃度分布が得られる。In the manufacturing method of the third invention, the impurity is implanted into the source / drain regions in at least two steps, and moreover, in the vicinity of the PN junction formed by the impurity implanted at a high dose in the first step. To reach, a low dose impurity implant is performed in the second step. As a result, the absolute value of the differential coefficient of the impurity concentration with respect to the depth of the semiconductor substrate changes from increasing to decreasing at least at one location before reaching the PN junction as the depth increases. The impurity concentration distribution in the drain region can be obtained.
【0054】第4の発明の製造方法では、ソース・ドレ
イン領域への不純物の注入が3段階で行われ、しかも、
第4工程で注入される不純物は、配線との接続部よりも
低い不純物濃度でゲート電極の直下の領域にまで一部侵
入するので、電界緩和効果を奏する絶縁ゲート型半導体
装置が得られる。しかも、第4工程で注入される不純物
は、第1工程で注入される不純物が拡散してなる領域内
の浅い層に分布するので、第2工程で注入される不純物
との干渉が抑えられる。したがって、第2工程で注入さ
れる不純物は、電界緩和効果を少なくとも大きくは妨げ
ない。In the manufacturing method of the fourth aspect of the invention, the implantation of impurities into the source / drain regions is performed in three steps, and
The impurities implanted in the fourth step partially infiltrate into the region directly below the gate electrode with an impurity concentration lower than that of the connection portion with the wiring, so that an insulated gate semiconductor device having an electric field relaxation effect can be obtained. Moreover, since the impurities implanted in the fourth step are distributed in the shallow layer in the region where the impurities implanted in the first step are diffused, interference with the impurities implanted in the second step can be suppressed. Therefore, the impurities implanted in the second step do not significantly hinder the electric field relaxation effect.
【0055】第5の発明の製造方法では、第1工程と第
2工程で使用される第1、第2遮蔽体は、第4工程で使
用される第3遮蔽体よりも、その端縁がゲート電極の側
壁に設けられたサイドウォールの分だけ張り出してい
る。このため、第4工程で注入されゲート電極直下の領
域に侵入する不純物への、第1工程および第2工程で注
入される不純物による干渉がさらに抑えられる。すなわ
ち、電界緩和効果がさらに有効に現れる。In the manufacturing method of the fifth invention, the edges of the first and second shields used in the first step and the second step are more edged than those of the third shield used in the fourth step. The side wall provided on the side wall of the gate electrode overhangs. Therefore, the interference of the impurities implanted in the first step and the second step with the impurities implanted in the fourth step and penetrating into the region immediately below the gate electrode can be further suppressed. That is, the electric field relaxation effect appears more effectively.
【0056】第6の発明の製造方法では、第1〜第3遮
蔽体のいずれもが同一形状で、側壁にサイドウォールが
付加されたゲート電極を少なくともその一部としてお
り、しかも、第1工程と第2工程での注入は垂直入射に
よって行われ、第4工程での注入は、法線の周りに回転
する斜め入射によって行われる。このため、第4工程で
注入されゲート電極直下の領域に侵入する不純物への、
第1工程および第2工程で注入される不純物による干渉
がさらに抑えられる。すなわち、電界緩和効果がさらに
有効に現れる。In the manufacturing method of the sixth invention, all of the first to third shields have the same shape, and at least a part of the gate electrode has sidewalls added to the sidewalls, and the first step The implantation in the second step is performed by vertical incidence, and the implantation in the fourth step is performed by oblique incidence rotating around the normal line. Therefore, the impurities that are injected in the fourth step and enter the region immediately below the gate electrode are
Interference due to impurities implanted in the first step and the second step is further suppressed. That is, the electric field relaxation effect appears more effectively.
【0057】[0057]
<1.実施例>この実施例のPMOSの正面断面図は、
図7と同一に描かれる。この実施例のPMOSでは、ソ
ース・ドレイン領域S/DにおけるP型不純物濃度の分
布が従来装置とは特徴的に異なっている。<1. Embodiment> A front sectional view of a PMOS of this embodiment is
It is drawn the same as in FIG. In the PMOS of this embodiment, the distribution of the P-type impurity concentration in the source / drain regions S / D is characteristically different from that of the conventional device.
【0058】図1はこの実施例のPMOSのソース・ド
レイン領域S/DにおけるP型不純物濃度のY(深さ)
方向の分布に関するシミュレーション結果を示すグラフ
である。図1は、従来装置に関するシミュレーション結
果を示す図18中のx=1.03μmに相当する水平位
置における分布を代表として示しており、しかも比較の
ために、従来装置に関する図18のシミュレーション結
果も同時に示している。FIG. 1 shows Y (depth) of the P-type impurity concentration in the source / drain region S / D of the PMOS of this embodiment.
It is a graph which shows the simulation result regarding distribution of directions. FIG. 1 shows representatively the distribution at the horizontal position corresponding to x = 1.03 μm in FIG. 18 showing the simulation result for the conventional device, and for comparison, the simulation result of FIG. 18 for the conventional device is also shown. Shows.
【0059】図1に示すように、従来装置では、ソース
・ドレイン領域S/DのP型不純物分布におけるY方向
の濃度勾配、すなわち微分係数:d(濃度)/dYは、
基板上面からPN接合に至るまで、深さ(Y)が増すの
にともなってマイナス方向に単調に増加している。すな
わち、微分係数:d(濃度)/dYの絶対値は、単調に
増加している。これに対して、実施例の装置では、微分
係数:d(濃度)/dYの絶対値は、少なくとも一度、
減少に転じている。しかも、減少に転じるのは、P型不
純物濃度が1x1017cm-3以上となる領域においであ
る。As shown in FIG. 1, in the conventional device, the concentration gradient in the Y direction in the P-type impurity distribution of the source / drain regions S / D, that is, the differential coefficient: d (concentration) / dY is
From the upper surface of the substrate to the PN junction, the depth (Y) increases monotonically in the negative direction as the depth (Y) increases. That is, the absolute value of the differential coefficient: d (density) / dY is monotonically increasing. On the other hand, in the apparatus of the embodiment, the absolute value of the differential coefficient: d (density) / dY is at least once,
It has started to decrease. Moreover, the decrease begins in the region where the P-type impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more.
【0060】ソース・ドレイン領域S/DのP型不純物
濃度に対して、このような特徴的なプロフィールを得る
には、つぎのような製造方法を実行すればよい。すなわ
ち、まず図11〜図16に示した製造工程を実行した
後、図17に示したように、P(−)注入およびP
(+)注入を実行する。そうして、図2の工程図に示す
ように、第3段階のP型イオンの注入(以下、「P0注
入」と略称する)を実行する。なお、図2において、図
7および図17に示した従来装置と同一部分あるいは相
当部分については、同一符号を付してその詳細な説明を
略する。In order to obtain such a characteristic profile with respect to the P-type impurity concentration of the source / drain regions S / D, the following manufacturing method may be executed. That is, first, after performing the manufacturing process shown in FIGS. 11 to 16, as shown in FIG. 17, P (−) implantation and P (−) implantation are performed.
(+) Perform injection. Then, as shown in the process diagram of FIG. 2, P-type ion implantation in the third stage (hereinafter abbreviated as “P 0 implantation”) is performed. In FIG. 2, the same or corresponding parts as those of the conventional device shown in FIGS. 7 and 17 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0061】このP0注入はP型イオンを注入すること
によって行われ、しかも、好ましくはP(+)注入と同
様に、半導体基板上面の法線方向に沿って、すなわち入
射角0゜で注入が行われる。さらに、注入エネルギー
は、注入されるP型イオンが、P(+)注入によって形
成されるPN接合の付近に達するような大きさに設定さ
れる。また好ましくは、注入線量は、P(−)注入の際
の線量よりも、低くなるように設定される。なお、P
(−)注入、P(+)注入、および、P0注入の順序は
任意でよい。This P 0 implantation is performed by implanting P-type ions, and preferably, like P (+) implantation, implantation is performed along the normal line direction of the upper surface of the semiconductor substrate, that is, at an incident angle of 0 °. Is done. Further, the implantation energy is set so that the implanted P-type ions reach the vicinity of the PN junction formed by the P (+) implantation. Further, preferably, the implantation dose is set to be lower than the dose at the time of P (−) implantation. Note that P
The order of (−) injection, P (+) injection, and P 0 injection may be arbitrary.
【0062】図1に示した実施例のP型不純物濃度のプ
ロフィールは、図18のシミュレーション条件でP
(−)注入およびP(+)注入を行うとともに、50k
eVの注入エネルギー、5x1012cm-2の線量、0゜
の入射角で、ボロンを注入することによってP0注入を
実行して得られたPMOSに関するものである。図1の
従来例の曲線は、P0注入を省いて、図18の条件で、
P(−)注入とP(+)注入のみを行って得られたPM
OSに関するものである。すなわち、図1の2本の曲線
の間の差異は、P0注入の有無に由来している。The P-type impurity concentration profile of the embodiment shown in FIG. 1 is P under the simulation conditions of FIG.
(-) Injection and P (+) injection are performed, and 50k
It concerns a PMOS obtained by performing a P 0 implant by implanting boron with an implantation energy of eV, a dose of 5 × 10 12 cm −2 and an incident angle of 0 °. The curve of the conventional example of FIG. 1 is obtained by omitting the P 0 injection and under the condition of FIG.
PM obtained by performing only P (-) injection and P (+) injection
It relates to the OS. That is, the difference between the two curves in FIG. 1 is due to the presence or absence of P 0 injection.
【0063】図1に示した実施例のPMOSにおける
x’=0.62μmの水平位置での電界の分布を図3の
グラフに示す。図3には、従来例のPMOS、すなわち
P0注入を省いてP(−)注入とP(+)注入のみを行
って得られたPMOSに関する曲線を、比較のために同
時に示している。図3から、実施例のPMOSでは、従
来例に比べて電界の最高値が20%程度も低下してお
り、電界緩和の効果が著しいことが理解できる。The electric field distribution at the horizontal position of x '= 0.62 μm in the PMOS of the embodiment shown in FIG. 1 is shown in the graph of FIG. For comparison, FIG. 3 simultaneously shows, for comparison, curves relating to the PMOS of the conventional example, that is, the PMOS obtained by omitting P 0 implantation and performing only P (−) implantation and P (+) implantation. It can be understood from FIG. 3 that in the PMOS of the embodiment, the maximum value of the electric field is reduced by about 20% as compared with the conventional example, and the effect of alleviating the electric field is remarkable.
【0064】図4は、P0注入を行った実施例のPMO
SとP0注入を行わない従来例のPMOSとについて、
ゲート電極Gと重なる水平位置であるx=0.95μm
における不純物濃度分布を示したグラフである。従来例
の曲線は、図19の曲線と同一である。図4からわかる
ように、P0注入を行った実施例のPMOSでは、ゲー
ト電極Gの直下の領域におけるP型不純物濃度が、従来
例のPMOSよりも幾分高くなっている。このことは、
ゲート電極Gの直下の領域のみを考えると、従来例より
もP(−)注入における注入イオンの量を増やしたもの
と同等である。FIG. 4 shows the PMO of the embodiment in which P 0 implantation was performed.
Regarding S and the conventional PMOS that does not perform P 0 implantation,
X = 0.95 μm, which is a horizontal position overlapping the gate electrode G
5 is a graph showing an impurity concentration distribution in FIG. The curve of the conventional example is the same as the curve of FIG. As can be seen from FIG. 4, the P 0 -implanted PMOS of the embodiment has a slightly higher P-type impurity concentration in the region immediately below the gate electrode G than the conventional PMOS. This means
Considering only the region directly below the gate electrode G, it is equivalent to the case where the amount of implanted ions in P (−) implantation is increased as compared with the conventional example.
【0065】すなわち、P0注入がゲート電極G直下の
領域の不純物濃度に影響しており、その結果、ソース・
ドレイン領域S/Dにおけるパンチスルーが幾分か起こ
り易くなる。しかしながら、P0注入の注入線量はP
(−)注入に比べると低く設定されており、パンチスル
ーへの影響は耐圧の向上ほどには大きくない。したがっ
て、P(−)注入とP0注入との双方によるゲート電極
G直下の不純物濃度が従来例のPMOSと同等となるよ
うに、P(−)注入とP0注入の双方の注入線量を調整
するならば、パンチスルーに対しては同等の耐性を保持
しつつ、耐圧を向上させることができる。That is, the P 0 implantation affects the impurity concentration in the region immediately below the gate electrode G, and as a result,
Punch through in the drain region S / D is somewhat likely to occur. However, the implantation dose for P 0 implantation is P
It is set lower than that of (-) implantation, and the effect on punch-through is not as great as the improvement in withstand voltage. Therefore, the implantation doses of both P (−) implantation and P 0 implantation are adjusted so that the impurity concentration directly under the gate electrode G by both P (−) implantation and P 0 implantation becomes equal to that of the PMOS of the conventional example. If so, the withstand voltage can be improved while maintaining the same resistance to punch-through.
【0066】このことを含めて実施例の装置の特性を実
証するために、試作を行うとともにその特性の測定を行
った。表1、図5、および図6にその結果を示す。表1
において、番号1〜3の装置は、従来例の装置であり、
注入条件としてP(−)注入の条件が記載されている。
また、番号4の装置は、実施例の装置であり、注入条件
として、P(−)注入とP0注入の双方が記載されてい
る。番号3の装置に関するデータは、番号1および番号
2の試作された装置に関するデータから内挿して得られ
た予測値である。なお、耐圧BVdsは、オフ時におい
て1μAのリーク電流が流れるときの印加電圧で定義さ
れている。In order to verify the characteristics of the apparatus of the embodiment including the above, a prototype was manufactured and the characteristics were measured. The results are shown in Table 1, FIG. 5, and FIG. Table 1
In, the devices numbered 1 to 3 are conventional devices,
As the injection conditions, the P (−) injection conditions are described.
Further, the device of number 4 is the device of the embodiment, and both P (−) injection and P 0 injection are described as injection conditions. The data regarding the device of number 3 is a predicted value obtained by interpolating from the data regarding the prototype devices of number 1 and number 2. The breakdown voltage BVds is defined by the applied voltage when a leak current of 1 μA flows when it is off.
【0067】[0067]
【表1】 [Table 1]
【0068】番号4の実施例の装置は、35keVの注
入エネルギー、2x1013cm-2の線量、45゜の入射
角で、ボロンを注入することによってP(−)注入が行
われ、しかも、50keVの注入エネルギー、5x10
12cm-2の線量、0゜の入射角で、ボロンを注入するこ
とによってP0注入が行われた装置である。一方、これ
と対比するのに最も好適な番号3の従来装置は、35k
eVの注入エネルギー、3x1013cm-2の線量、45
゜の入射角で、ボロンを注入することによってP(−)
注入が行われた装置である。実施例の装置で、P0注入
が入射角0゜で行われるのは、P(−)注入によるゲー
ト電極G直下の不純物濃度分布への影響を少なくするた
めである。The apparatus of the embodiment of No. 4 has the implantation energy of 35 keV, the dose of 2 × 10 13 cm -2 , the angle of incidence of 45 °, and the P (−) implantation is carried out by implanting boron. Injection energy, 5x10
This is a device in which P 0 implantation is performed by implanting boron at a dose of 12 cm −2 and an incident angle of 0 °. On the other hand, the conventional device of No. 3 which is most suitable for comparison is 35k.
eV implantation energy, 3 × 10 13 cm -2 dose, 45
By injecting boron at an incident angle of °, P (-)
The device that was injected. In the device of the embodiment, the P 0 implantation is performed at an incident angle of 0 ° in order to reduce the influence of the P (−) implantation on the impurity concentration distribution just below the gate electrode G.
【0069】これらの番号3の従来装置と番号4の実施
例の装置とを比較すると、ゲート閾電圧Vth、ソース
・ドレイン領域間の電流(すなわち駆動電流)Ids、
および、最小ゲート長Lminは、いずれも同等の値と
なっている。しかも、耐圧BVdsは、番号3の従来装
置に比べて番号4の実施例の装置では、高くなってい
る。すなわち、表1に示す実測結果は、実施例の装置で
は、従来例の装置と比較して、耐圧以外の特性を同等と
しつつ、耐圧を向上させることが可能であることを実証
している。Comparing the conventional device of No. 3 with the device of the embodiment of No. 4, the gate threshold voltage Vth, the current between the source and drain regions (that is, the drive current) Ids,
Also, the minimum gate length Lmin has the same value. Moreover, the breakdown voltage BVds is higher in the device of the example of No. 4 than in the conventional device of No. 3. That is, the actual measurement results shown in Table 1 demonstrate that the device of the example can improve the withstand voltage while making the characteristics other than the withstand voltage equivalent to those of the device of the conventional example.
【0070】パンチスルーに対する耐性についても同様
の結果が得られている。図5および図6はこのことを示
している。すなわち、図5および図6は、それぞれ表1
の番号2の従来装置および番号4の実施例の装置に関し
て、オフ時のリーク電流のドレイン電圧に対する依存性
を実測した結果を示すグラフである。従来装置、実施例
の装置ともに、ゲート長Lが0.55μm、0.60μ
m、0.65μmの3種が試作されており、ドレイン電
流Id、ソース電流Isの双方について実測がなされて
いる。Similar results are obtained with respect to resistance to punch-through. This is shown in FIGS. 5 and 6. That is, FIG. 5 and FIG.
3 is a graph showing the results of actually measuring the dependence of the leak current at the time of off on the drain voltage in the conventional device of No. 2 and the device of the example of No. 4. In both the conventional device and the device of the embodiment, the gate length L is 0.55 μm and 0.60 μm.
m and 0.65 μm have been experimentally manufactured, and both the drain current Id and the source current Is have been actually measured.
【0071】例えばドレイン電圧が−10.0Vである
通常の動作条件下で双方の装置を比較すると、ゲート長
Lが0.60μmの従来装置(図5)では、ドレイン電
流Id、ソース電流Isともに数百pAとなっている。
これに対して、同じくゲート長Lが0.60μmの実施
例の装置(図6)では、ドレイン電流Id、ソース電流
Isともに数十pAとなっており、従来装置に比べて1
桁低くなっている。ゲート長Lが0.65μmの装置で
も、同じく1桁近く低くなっており、ゲート長Lが0.
55μmの装置では、2桁近く低くなっている。For example, comparing the two devices under a normal operating condition where the drain voltage is -10.0 V, in the conventional device having the gate length L of 0.60 μm (FIG. 5), both the drain current Id and the source current Is are It is several hundred pA.
On the other hand, similarly, in the device of the embodiment (FIG. 6) having the gate length L of 0.60 μm, both the drain current Id and the source current Is are several tens pA, which is 1
It is an order of magnitude lower. Even in a device having a gate length L of 0.65 μm, it is also reduced by almost one digit, and the gate length L is 0.
In the device of 55 μm, it is almost two orders of magnitude lower.
【0072】リーク電流の高さは、パンチスルーの起こ
り易さと直結している。表1に示すように、番号2と番
号4の装置は、耐圧BVdsはほぼ同等である。これに
対して、図5および図6からわかるように、パンチスル
ーに対する耐性は改善されている。このことは、例えば
番号3の装置のように、P(−)注入とP0注入の条件
を最適化することによって、パンチスルーに対する耐性
を同等としつつ耐圧BVdsを向上させることが可能で
あることを十分に予測させるものである。The height of the leak current is directly related to the likelihood of punch through. As shown in Table 1, the devices of Nos. 2 and 4 have almost the same withstand voltage BVds. On the other hand, as can be seen from FIGS. 5 and 6, the resistance to punch-through is improved. This means that by optimizing the conditions of P (−) implantation and P 0 implantation as in the device of No. 3, it is possible to improve the withstand voltage BVds while making the punch-through resistance equal. Is sufficiently predicted.
【0073】以上のように、この実施例の装置は、耐圧
以外の特性、特に、ゲート閾電圧Vth、駆動電流Id
s、パンチスルーに対する耐性を従来装置と同一に保ち
つつ、耐圧BVdsを向上させることが可能である。As described above, the device of this embodiment has characteristics other than the withstand voltage, in particular, the gate threshold voltage Vth and the drive current Id.
It is possible to improve the breakdown voltage BVds while maintaining the same resistance to punch-through and punch-through as the conventional device.
【0074】<2.変形例> (1) P0注入の線量を高めて、代わりにP(−)注
入の線量を低くすることによって、あるいはさらに、P
(−)注入をなくしてP0注入のみを行うことによって
も、図1に例示したような、微分係数:d(濃度)/d
Yの絶対値が減少に転じる領域を作り出すことは可能で
ある。そうすることで、パンチスルーに対する耐性、L
DD構造の利点である高い寿命等を多少犠牲にしながら
も、耐圧の向上を図ることができる。このように形成さ
れたPMOSにおいても、サイドウォールSWなしで1
段階でP型不純物の注入を行って得られるPMOS、す
なわちLDD構造でないPMOSに比べると、他の特性
を劣化させることなく耐圧を向上させるという利点が得
られる。<2. Modifications> (1) By increasing the dose of P 0 implantation and instead lowering the dose of P (−) implantation, or in addition, P
Even if only the P 0 injection is performed without the (−) injection, the differential coefficient: d (concentration) / d as illustrated in FIG.
It is possible to create a region where the absolute value of Y turns to decrease. By doing so, resistance to punch through, L
The breakdown voltage can be improved while sacrificing some of the advantage of the DD structure such as long life. Even in the PMOS formed in this way, 1 without the sidewall SW.
Compared with a PMOS obtained by implanting P-type impurities at a stage, that is, a PMOS having no LDD structure, there is an advantage that the breakdown voltage is improved without deteriorating other characteristics.
【0075】(2) 上記の実施例では、サイドウォー
ルSWを遮蔽体として、P(−)注入、P(+)注入、
および、P0注入をそれぞれ実行した。しかしながら、
P(−)注入は、サイドウォールSWを形成する前に行
ってもよい。P(−)注入をこのように実行しても、L
DD構造のPMOSが得られる。また、このときには、
P(−)注入は、0゜の入射角で行うことも可能とな
る。もちろん、サイドウォールSWなしでP(−)注入
を斜め入射で行うならば、ゲート電極Gの直下へのP型
不純物領域の広がりが増すので、LDD構造としての特
性はより良好なものとなる。(2) In the above embodiment, P (-) implantation, P (+) implantation, using the sidewall SW as a shield.
And P 0 injection was performed respectively. However,
The P (−) implantation may be performed before forming the sidewall SW. Even if P (−) injection is performed in this way,
A PMOS with a DD structure is obtained. Also, at this time,
The P (−) implantation can also be performed at an incident angle of 0 °. Of course, if the P (−) implantation is performed by oblique incidence without the sidewall SW, the spread of the P-type impurity region immediately below the gate electrode G increases, so that the characteristics of the LDD structure become better.
【0076】また、P(−)注入と併せてP0注入もサ
イドウォールSW形成前に実行することが可能である。
P0注入はP(−)注入に比べて注入エネルギーが高い
ので、P0注入で導入されたP型不純物は、P(−)注
入で導入されたP型不純物よりも深部に主として分布す
る。このため、ゲート電極G直下のP型不純物濃度への
P0注入の影響は強くは現れない。しかも、P0注入の線
量をP(−)注入の線量よりも低くすることによって、
さらにその影響を希薄化することができる。In addition to P (−) implantation, P 0 implantation can be performed before forming the sidewall SW.
Since P 0 implantation has a higher implantation energy than P (−) implantation, the P-type impurities introduced by P 0 implantation are mainly distributed deeper than the P-type impurities introduced by P (−) implantation. Therefore, the influence of P 0 implantation on the P-type impurity concentration directly below the gate electrode G does not appear strongly. Moreover, by making the dose of P 0 implantation lower than the dose of P (−) implantation,
Furthermore, the influence can be diluted.
【0077】(3) 上記の実施例では、埋め込み型P
MOSトランジスタを例としたが、表面型PMOSトラ
ンジスタに対しても同様の構成が可能であり、同様の効
果が得られる。また、PMOSトランジスタに限らず、
NMOSトランジスタに対しても同様である。さらに、
MOSトランジスタに限らず、半導体基板の上面にMO
S構造を有する半導体装置、すなわちIGBT(絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ)などを含めた絶縁ゲー
ト型半導体装置一般についても、同様の構成が可能であ
り、しかも同様の効果が得られる。(3) In the above embodiment, the embedded type P
Although the MOS transistor is taken as an example, the same configuration can be applied to the surface type PMOS transistor and the same effect can be obtained. Also, not limited to the PMOS transistor,
The same applies to the NMOS transistor. further,
Not only the MOS transistor but also the MO on the upper surface of the semiconductor substrate.
A semiconductor device having an S structure, that is, a general insulated gate semiconductor device including an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and the like can have the same configuration and can also obtain the same effect.
【0078】[0078]
【発明の効果】第1の発明の装置では、ソース・ドレイ
ン領域の不純物濃度の半導体基板の深さに対する微分係
数の絶対値が、深さが増加するのにともなって、PN接
合に達するまで単調に増加するのではなく、少なくとも
一箇所において、増加から減少へと転じるので、ゲート
閾電圧、駆動電流、パンチスルーに対する耐性等の特性
が劣化することなく耐圧が向上する。In the device of the first invention, the absolute value of the differential coefficient of the impurity concentration of the source / drain regions with respect to the depth of the semiconductor substrate is monotonic until the PN junction is reached as the depth increases. Since the voltage changes from increase to decrease at least at one place, the breakdown voltage is improved without deterioration of characteristics such as gate threshold voltage, drive current, and resistance to punch through.
【0079】第2の発明の装置では、ソース・ドレイン
領域が、配線との接続部におけるよりも低い不純物濃度
でゲート電極の直下に一部侵入しているので、ソース・
ドレイン間の電界が緩和される。このため、ソース・ド
レイン間の電界で加速されたホットキャリアが、ゲート
酸化膜へ侵入することに起因するトランジスタ寿命の劣
化が抑えられる。In the device of the second invention, the source / drain region partially penetrates directly under the gate electrode with a lower impurity concentration than that at the connection portion with the wiring.
The electric field between the drains is relaxed. Therefore, the deterioration of the transistor life caused by the hot carriers accelerated by the electric field between the source and the drain entering the gate oxide film can be suppressed.
【0080】第3の発明の製造方法では、ソース・ドレ
イン領域への不純物の注入が少なくとも2段階で行わ
れ、しかも、第1工程で高線量で注入された不純物によ
って形成されるPN接合付近に達するように、低線量の
不純物の注入が第2工程で行われる。このため、ゲート
閾電圧、駆動電流、パンチスルーに対する耐性等の特性
を劣化させることなく耐圧が高められた絶縁ゲート型半
導体装置が得られる。According to the manufacturing method of the third invention, the impurity is implanted into the source / drain regions in at least two steps, and moreover, in the vicinity of the PN junction formed by the impurity implanted with a high dose in the first step. To reach, a low dose impurity implant is performed in the second step. Therefore, it is possible to obtain an insulated gate semiconductor device having an increased breakdown voltage without deteriorating characteristics such as gate threshold voltage, drive current, and resistance to punch through.
【0081】第4の発明の製造方法では、ソース・ドレ
イン領域への不純物の注入が3段階で行われ、しかも、
第4工程で注入される不純物は、配線との接続部よりも
低い不純物濃度でゲート電極の直下の領域にまで一部侵
入するので、電界緩和効果を奏する絶縁ゲート型半導体
装置が得られる。しかも、第4工程で注入される不純物
は、第1工程で注入される不純物が拡散してなる領域内
の浅い層に分布するので、第2工程で注入される不純物
によって、電界緩和効果が大きくは妨げられることがな
い。In the manufacturing method of the fourth aspect of the invention, the implantation of impurities into the source / drain regions is performed in three steps, and
The impurities implanted in the fourth step partially infiltrate into the region directly below the gate electrode with an impurity concentration lower than that of the connection portion with the wiring, so that an insulated gate semiconductor device having an electric field relaxation effect can be obtained. Moreover, since the impurities implanted in the fourth step are distributed in the shallow layer in the region where the impurities implanted in the first step are diffused, the impurities implanted in the second step have a large electric field relaxation effect. Is not disturbed.
【0082】第5の発明の製造方法では、第1工程と第
2工程で使用される第1、第2遮蔽体は、第4工程で使
用される第3遮蔽体よりも、その端縁がゲート電極の側
壁に設けられたサイドウォールの分だけ張り出してい
る。このため、ゲート電極直下の領域に侵入する不純物
への、第1工程および第2工程で注入される不純物によ
る干渉がさらに抑えられる。すなわち、電界緩和効果が
さらに有効に現れるので、さらに寿命の永い装置が得ら
れる。In the manufacturing method of the fifth invention, the edges of the first and second shields used in the first step and the second step are more edged than those of the third shield used in the fourth step. The side wall provided on the side wall of the gate electrode overhangs. Therefore, it is possible to further suppress the interference of the impurities implanted in the region immediately below the gate electrode with the impurities implanted in the first step and the second step. That is, since the electric field relaxation effect is more effectively exhibited, a device having a longer life can be obtained.
【0083】第6の発明の製造方法では、第1〜第3遮
蔽体のいずれもが同一形状で、側壁にサイドウォールが
付加されたゲート電極を少なくともその一部としてお
り、しかも、第1工程と第2工程での注入は垂直入射に
よって行われ、第4工程での注入は、法線の周りに回転
する斜め入射によって行われる。このため、ゲート電極
直下の領域に侵入する不純物への、第1工程および第2
工程で注入される不純物による干渉がさらに抑えられ
る。すなわち、電界緩和効果がさらに有効に現れるの
で、さらに寿命の永い装置が得られる。In the manufacturing method of the sixth invention, all of the first to third shields have the same shape, and at least a part of the gate electrode has sidewalls added to the side walls, and the first step The implantation in the second step is performed by vertical incidence, and the implantation in the fourth step is performed by oblique incidence rotating around the normal line. For this reason, the first step and the second step are carried out for impurities entering the region immediately below the gate electrode.
Interference due to impurities implanted in the process is further suppressed. That is, since the electric field relaxation effect is more effectively exhibited, a device having a longer life can be obtained.
【図1】 実施例の装置の不純物濃度プロフィールを示
すグラフである。FIG. 1 is a graph showing an impurity concentration profile of an apparatus according to an example.
【図2】 実施例の装置の製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the device of the example.
【図3】 実施例の装置の電界のプロフィールを示すグ
ラフである。FIG. 3 is a graph showing the electric field profile of an example device.
【図4】 実施例の装置の不純物濃度プロフィールを示
すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an impurity concentration profile of the device of the example.
【図5】 従来装置のリーク電流対印加電圧を示すグラ
フである。FIG. 5 is a graph showing leakage current vs. applied voltage in a conventional device.
【図6】 実施例の装置のリーク電流対印加電圧を示す
グラフである。FIG. 6 is a graph showing leakage current vs. applied voltage of the device of the example.
【図7】 従来装置の正面断面図である。FIG. 7 is a front sectional view of a conventional device.
【図8】 図7の従来装置の特性を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing characteristics of the conventional device of FIG.
【図9】 もう一つの従来装置の正面断面図である。FIG. 9 is a front sectional view of another conventional device.
【図10】 図9の従来装置の特性を示すグラフであ
る。10 is a graph showing characteristics of the conventional device of FIG.
【図11】 図7の従来装置の製造工程図である。FIG. 11 is a manufacturing process diagram of the conventional device of FIG. 7;
【図12】 図7の従来装置の製造工程図である。FIG. 12 is a manufacturing process diagram of the conventional device of FIG. 7;
【図13】 図7の従来装置の不純物濃度プロフィール
を示すグラフである。13 is a graph showing an impurity concentration profile of the conventional device of FIG.
【図14】 図7の従来装置の不純物濃度プロフィール
を示すグラフである。14 is a graph showing an impurity concentration profile of the conventional device of FIG.
【図15】 図7の従来装置の製造工程図である。FIG. 15 is a manufacturing process diagram of the conventional device of FIG. 7;
【図16】 図7の従来装置の製造工程図である。16 is a manufacturing process diagram of the conventional device of FIG. 7. FIG.
【図17】 図7の従来装置の製造工程図である。17 is a manufacturing process diagram of the conventional device of FIG. 7. FIG.
【図18】 図7の従来装置の不純物濃度分布を示す図
である。18 is a diagram showing an impurity concentration distribution of the conventional device of FIG.
【図19】 図7の従来装置の不純物濃度プロフィール
を示すグラフである。19 is a graph showing an impurity concentration profile of the conventional device of FIG.
【図20】 図7の従来装置の不純物濃度プロフィール
を示すグラフである。20 is a graph showing an impurity concentration profile of the conventional device of FIG.
【図21】 図7の従来装置の不純物濃度プロフィール
を示すグラフである。21 is a graph showing an impurity concentration profile of the conventional device of FIG.
【図22】 図7の従来装置の不純物濃度プロフィール
を示すグラフである。22 is a graph showing an impurity concentration profile of the conventional device of FIG.
【図23】 図7の従来装置の電位分布を示す図であ
る。FIG. 23 is a diagram showing a potential distribution of the conventional device of FIG. 7.
【図24】 図7の従来装置の電界プロフィールを示す
グラフである。FIG. 24 is a graph showing an electric field profile of the conventional device of FIG. 7.
【図25】 図7の従来装置の電界プロフィールを示す
グラフである。25 is a graph showing an electric field profile of the conventional device of FIG.
G ゲート電極、SW サイドウォール、S/D ソー
ス・ドレイン領域、GOx ゲート酸化膜、FLOx
フィールド酸化膜、CD チャネルドープ層、PS パ
ンチスルーストッパ層、Iso アイソレーション層。G gate electrode, SW sidewall, S / D source / drain region, GOx gate oxide film, FLOx
Field oxide film, CD channel dope layer, PS punch-through stopper layer, Iso isolation layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/792
Claims (6)
するチャネル領域と、当該チャネル領域を挟むソース・
ドレイン領域とが形成され、当該ソース・ドレイン領域
に配線が接続されている絶縁ゲート型半導体装置におい
て、 前記ソース・ドレイン領域の導電型を形成する不純物の
濃度の前記半導体基板の深さに対する微分係数の絶対値
が、当該深さが増加するのにともなって、PN接合より
も浅い少なくとも一箇所において、増加から減少へと転
じるように、前記濃度が分布することを特徴とする絶縁
ゲート型半導体装置。1. A channel region facing a gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate, and a source region sandwiching the channel region.
In an insulated gate semiconductor device in which a drain region is formed and wiring is connected to the source / drain region, a differential coefficient of a concentration of impurities forming a conductivity type of the source / drain region with respect to a depth of the semiconductor substrate. In the insulated gate semiconductor device, the concentration is distributed so that the absolute value of the value changes from increase to decrease at least at one position shallower than the PN junction as the depth increases. .
置において、 前記ソース・ドレイン領域が、前記配線との接続部にお
けるよりも低い不純物濃度で前記ゲート電極の直下に一
部侵入していることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装
置。2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the source / drain regions partially infiltrate immediately below the gate electrode with an impurity concentration lower than that in a connection portion with the wiring. An insulated gate semiconductor device characterized by the above.
するチャネル領域と、当該チャネル領域を挟むソース・
ドレイン領域とが形成され、当該ソース・ドレイン領域
に配線が接続されている絶縁ゲート型半導体装置を製造
するための方法において、 前記ソース・ドレイン領域を形成する工程が、 前記主面上に形成された第1遮蔽体を用いて、前記ソー
ス・ドレイン領域の導電型を形成する不純物を、前記主
面に選択的に注入する第1工程と、 前記主面上に形成された第2遮蔽体を用いて、前記第1
工程におけるよりも、低い線量かつ高い注入エネルギー
で、前記不純物を前記主面に選択的に注入する第2工程
と、 前記第1および第2工程の後に、加熱処理を施すことに
よって前記不純物を拡散および活性化する第3工程と、 を備え、 前記第1工程で注入される不純物が前記第3工程で拡散
することによって形成されるPN接合の付近にまで、前
記第2工程で注入される不純物が達するように、前記第
2工程における注入エネルギーを設定することによっ
て、前記不純物の濃度の前記半導体基板の深さに対する
微分係数の絶対値が、当該深さが増加するのにともなっ
て、前記PN接合よりも浅い少なくとも一箇所におい
て、増加から減少へと転じるように、前記ソース・ドレ
イン領域における前記不純物の濃度分布を形成すること
を特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。3. A main surface of a semiconductor substrate, a channel region facing a gate electrode, and a source region sandwiching the channel region.
A method for manufacturing an insulated gate semiconductor device in which a drain region is formed and wiring is connected to the source / drain region, wherein the step of forming the source / drain region is formed on the main surface. A first step of selectively implanting an impurity forming a conductivity type of the source / drain regions into the main surface using the first shield, and a second shield formed on the main surface. Using the first
A second step of selectively implanting the impurities into the main surface with a lower dose and a higher implantation energy than in the step; and, after the first and second steps, heat treatment is performed to diffuse the impurities. And a third step of activating, the impurities injected in the second step up to the vicinity of a PN junction formed by diffusing the impurities injected in the first step in the third step. By setting the implantation energy in the second step so that the absolute value of the differential coefficient of the impurity concentration with respect to the depth of the semiconductor substrate increases as the depth increases. The impurity concentration distribution in the source / drain region is formed so as to change from increasing to decreasing at least at one position shallower than the junction. Method for manufacturing an insulated gate semiconductor device which.
遮蔽体を用いて、前記第1工程におけるよりも低く前記
第2工程におけるよりも高い線量で、しかも前記第1工
程におけるよりも高く前記第2工程におけるよりも低い
注入エネルギーで、前記不純物を選択的に導入する第4
工程、 をさらに備え、 前記第1工程で注入される不純物が前記第3工程によっ
て拡散する領域の中の前記主面近傍の浅い層に、前記第
4工程で注入される不純物が分布するとともに、当該第
4工程で注入される不純物が、前記配線との接続部の不
純物濃度よりも低い不純物濃度で前記ゲート電極の直下
の領域にまで一部侵入するように、前記第4工程が実行
されることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造
方法。4. The manufacturing method according to claim 3, wherein the step of forming the source / drain regions is a third step formed on the main surface prior to the third step.
Select the impurities using a shield at a lower dose than in the first step and at a higher dose in the second step, and at a higher implant energy than in the first step and lower than in the second step. 4th to be introduced
The impurity implanted in the fourth step is distributed in a shallow layer near the main surface in a region where the impurity implanted in the first step diffuses in the third step, and The fourth step is performed so that the impurities injected in the fourth step partially infiltrate into a region directly below the gate electrode with an impurity concentration lower than that of a connection portion with the wiring. A method for manufacturing an insulated gate semiconductor device, comprising:
前記主面の上にゲート絶縁膜を形成するとともに当該ゲ
ート絶縁膜の上に前記ゲート電極を形成する工程、 をさらに備え、 前記第3遮蔽体は前記ゲート電極を少なくともその一部
とし、 前記第1および第2遮蔽体は、互いに同一形状であっ
て、側壁にサイドウォールが付加された前記ゲート電極
を少なくともその一部とし、当該サイドウォールの分だ
け前記第3遮蔽体よりも、その端縁が張り出しているこ
とを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。5. The manufacturing method according to claim 4, wherein prior to the step of forming the source / drain regions,
A step of forming a gate insulating film on the main surface and forming the gate electrode on the gate insulating film, the third shield having the gate electrode as at least a part thereof, The first and second shields have the same shape as each other, at least a part of the gate electrode having sidewalls added to the side walls, and the edge of the gate electrode is larger than the third shield by the amount of the sidewalls. A method of manufacturing an insulated gate semiconductor device, wherein the insulated gate semiconductor device is characterized by being overhanging.
前記主面の上にゲート絶縁膜を形成するとともに当該ゲ
ート絶縁膜の上に前記ゲート電極を形成する工程、 をさらに備え、 前記第1ないし第3遮蔽体は、互いに同一形状であっ
て、側壁にサイドウォールが付加された前記ゲート電極
を少なくともその一部とし、 前記第1および第2工程では、前記主面の法線に沿った
方向に入射することで前記不純物の注入が行われ、 前記第4工程では、入射方向を前記法線に対して傾斜さ
せしかも当該法線の周りに回転させつつ、前記不純物の
注入が行われることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装
置の製造方法。6. The manufacturing method according to claim 4, wherein prior to the step of forming the source / drain regions,
Forming a gate insulating film on the main surface and forming the gate electrode on the gate insulating film, wherein the first to third shields have the same shape, and The gate electrode having a sidewall added to at least a part thereof, and in the first and second steps, the impurity is injected by being incident in a direction along a normal line of the main surface, In the fourth step, the method of manufacturing an insulated gate semiconductor device, wherein the impurity implantation is performed while inclining an incident direction with respect to the normal line and rotating around the normal line.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7154834A JPH098294A (en) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7154834A JPH098294A (en) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098294A true JPH098294A (en) | 1997-01-10 |
Family
ID=15592908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7154834A Pending JPH098294A (en) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH098294A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002083958A (en) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Sony Corp | Method for setting ion implantation conditions and method for manufacturing semiconductor device |
-
1995
- 1995-06-21 JP JP7154834A patent/JPH098294A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002083958A (en) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Sony Corp | Method for setting ion implantation conditions and method for manufacturing semiconductor device |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040330 |