JPH0548088A - Mis transistor - Google Patents
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- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲート型トランジ
スタ、すなわちMIS(Metal―Insulator―Semiconduc
tor)トランジスタに関し、特に、ホットキャリア対策
を施したものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an insulated gate transistor, that is, MIS (Metal-Insulator-Semiconducer).
tor) Transistors, especially those with hot carrier countermeasures.
【0002】[0002]
【従来の技術】図8は従来のMISトランジスタを示す
図である。図において、1はp形基板、2はこの基板1
上に形成されたSiO2等のゲート絶縁膜、3はゲート絶
縁膜2上に形成されたポリシリコン等のゲート電極、
4、5はそれぞれゲート絶縁膜2の形成されていない基
板1表面に形成されたn形高濃度拡散領域であり、一方
がドレイン領域4、他方がソース領域5とされている。
また、6〜9はそれぞれゲート端子、ドレイン端子、ソ
ース端子および基板端子である。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a diagram showing a conventional MIS transistor. In the figure, 1 is a p-type substrate, 2 is this substrate 1
A gate insulating film such as SiO 2 formed on the gate electrode 3, a gate electrode such as polysilicon formed on the gate insulating film 2,
Reference numerals 4 and 5 denote n-type high-concentration diffusion regions formed on the surface of the substrate 1 on which the gate insulating film 2 is not formed, one of which is a drain region 4 and the other of which is a source region 5.
Further, 6 to 9 are a gate terminal, a drain terminal, a source terminal and a substrate terminal, respectively.
【0003】以上のような構成において、ドレイン端子
7に正電圧を印加してソース端子8および基板端子9を
接地するとともに、ゲート端子6に閾値を越える電圧を
印加すると、ゲート絶縁膜2直下の基板1表面に反転層
が形成され、これがチャネル領域10となってソース−
ドレイン間に電流が流れる。In the above structure, when a positive voltage is applied to the drain terminal 7 to ground the source terminal 8 and the substrate terminal 9 and a voltage exceeding a threshold value is applied to the gate terminal 6, the voltage directly below the gate insulating film 2 is applied. An inversion layer is formed on the surface of the substrate 1, which becomes the channel region 10 and the source-
Current flows between the drains.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のMISトランジスタにあっては、ゲート端子6
およびドレイン端子7に高電圧が印加され、ドレイン領
域4近傍の空乏層でホットキャリアが多量に発生する
と、このホットキャリアが最も多く発生する部分11
(以下、ホットスポットと称する)の上方にゲート絶縁
膜2が存在するため、このホットキャリアの一部が基板
−絶縁膜の界面の障壁を越えてホットスポット11上方
のゲート絶縁膜2内に注入される、という現象が発生し
ていた。そして、ゲート絶縁膜2に注入されたホットキ
ャリアの一部はこのゲート絶縁膜2にトラップされて固
定電荷となり、MISトランジスタの閾値電圧を徐々に
変化させてその特性を変動させ、長期的には素子寿命の
低下を招く、という問題があった。このような現象は、
ドレイン領域4近傍の高電界を緩和して高耐圧化を図っ
たDDD(Double Diffused Drain)構造またはLDD
(Lightly Doped Drain)構造のMISトランジスタに
おいても同様に問題となっていた。However, in the above-mentioned conventional MIS transistor, the gate terminal 6 is used.
When a high voltage is applied to the drain terminal 7 and a large amount of hot carriers are generated in the depletion layer near the drain region 4, the portion 11 where the hot carriers are most generated 11
Since the gate insulating film 2 exists above (hereinafter referred to as a hot spot), a part of this hot carrier crosses the barrier at the interface between the substrate and the insulating film and is injected into the gate insulating film 2 above the hot spot 11. There was a phenomenon that was being done. Then, a part of the hot carriers injected into the gate insulating film 2 is trapped in the gate insulating film 2 and becomes a fixed charge, which gradually changes the threshold voltage of the MIS transistor to change its characteristics, and in the long term, There is a problem that the life of the element is shortened. Such a phenomenon is
A DDD (Double Diffused Drain) structure or LDD in which a high electric field near the drain region 4 is relaxed to achieve a high breakdown voltage
The MIS transistor having a (Lightly Doped Drain) structure also has a problem.
【0005】本発明の目的は、ホットキャリアのゲート
絶縁膜への注入を抑制しうるMISトランジスタを提供
することにある。An object of the present invention is to provide a MIS transistor which can suppress injection of hot carriers into the gate insulating film.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図1およ
び図4に対応付けて説明すると、本発明は、基板21上
に形成されたソース領域25およびドレイン領域24
と、これらソース領域25およびドレイン領域24の間
に形成されるチャネル領域32と、このチャネル領域3
2に近接して設けられたゲート電極23とを備えたMI
Sトランジスタに適用される。そして、上述の目的は、
前記基板21とゲート電極23との間に形成され、少な
くとも前記ドレイン領域24とチャネル領域32との境
界部33の上方を覆う真空または不活性気体が充満され
た空洞領域28、29を設けることにより達成される。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載のMISトラ
ンジスタにおいて、空洞領域60を前記ゲート電極23
と前記基板21とで挟まれる領域の全体に亙って形成し
たものである。The present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 4 showing an embodiment. In the present invention, a source region 25 and a drain region 24 are formed on a substrate 21.
A channel region 32 formed between the source region 25 and the drain region 24, and the channel region 3
2 and a gate electrode 23 provided in proximity to the MI
Applies to S-transistors. And the above-mentioned purpose is
By providing cavity regions 28 and 29 formed between the substrate 21 and the gate electrode 23 and covering at least the boundary portion 33 between the drain region 24 and the channel region 32 and filled with a vacuum or an inert gas. To be achieved.
The invention of claim 2 is the MIS transistor according to claim 1, wherein the cavity region 60 is formed in the gate electrode 23.
It is formed over the entire region sandwiched between the substrate 21 and the substrate 21.
【0007】[0007]
【作用】チャネル領域32に電流が流れると、ドレイン
領域24近傍のホットスポット33において多量のホッ
トキャリアが発生し、その一部は基板−絶縁膜間の障壁
を越えてドレイン領域24近傍のゲート絶縁膜22や空
洞領域28に注入される。この際、空洞領域28は少な
くともチャネル領域32とドレイン領域24側部との境
界部、すなわちホットスポット33の上方に形成されて
いるので、そのほとんどが空洞領域28内に注入され
る。そして、空洞領域28内に注入されたホットキャリ
アは、ゲート電極23あるいはドレイン領域24により
空洞領域28内部に形成された電界により、これらゲー
ト電極23、ドレイン領域24へと流れる。When a current flows in the channel region 32, a large amount of hot carriers are generated in the hot spot 33 near the drain region 24, and a part of the hot carriers cross the barrier between the substrate and the insulating film to insulate the gate region near the drain region 24. It is injected into the film 22 and the cavity region 28. At this time, since the cavity region 28 is formed at least at the boundary between the channel region 32 and the drain region 24 side, that is, above the hot spot 33, most of the cavity region 28 is injected into the cavity region 28. The hot carriers injected into the cavity region 28 flow into the gate electrode 23 and the drain region 24 due to the electric field formed inside the cavity region 28 by the gate electrode 23 or the drain region 24.
【0008】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。Incidentally, in the section of means and action for solving the above-mentioned problems for explaining the constitution of the present invention, the drawings of the embodiments are used to make the present invention easy to understand. It is not limited to.
【0009】[0009]
【実施例】−第1実施例− 図1は、本発明によるMISトランジスタの第1実施例
を示す断面図である。本実施例のMISトランジスタの
基本構成は上述の従来例とほぼ同様であり、図におい
て、21はp形基板、22はこの基板21上に形成され
たゲート絶縁膜、23はゲート絶縁膜22上に形成され
たゲート電極、24、25はそれぞれゲート絶縁膜22
の形成されていない基板21表面に形成されたn形高濃
度拡散領域であり、一方がドレイン領域24、他方がソ
ース領域25とされている。また、26、27はそれぞ
れドレイン電極、ソース電極である。EXAMPLES First Example FIG. 1 is a sectional view showing a first example of an MIS transistor according to the present invention. The basic structure of the MIS transistor of this embodiment is almost the same as the above-mentioned conventional example. In the figure, 21 is a p-type substrate, 22 is a gate insulating film formed on this substrate 21, and 23 is a gate insulating film 22. And the gate electrodes 24 and 25 formed on the gate insulating film 22 respectively.
Is an n-type high-concentration diffusion region formed on the surface of the substrate 21 on which no is formed, one of which is a drain region 24 and the other of which is a source region 25. Further, 26 and 27 are a drain electrode and a source electrode, respectively.
【0010】本実施例の特徴は、ドレイン領域24側部
と基板21との境界部、およびソース領域25側部と基
板21との境界部のそれぞれ上方のゲート絶縁膜22が
取り除かれ、この部分に真空または不活性気体が充満さ
れた空洞領域28、29が形成されている点である。こ
の空洞領域28、29は、比較的薄い絶縁膜30および
層間絶縁膜31により囲繞されて内部が密閉されてい
る。なお、この絶縁膜30はドレイン領域24、ソース
領域25を含む基板21表面、およびゲート絶縁膜22
側面、ゲート電極23表面を覆うようにして形成されて
いる。The feature of this embodiment is that the gate insulating film 22 above the boundary between the side of the drain region 24 and the substrate 21 and the boundary between the side of the source region 25 and the substrate 21 is removed. That is, the hollow regions 28 and 29 filled with a vacuum or an inert gas are formed. The hollow regions 28 and 29 are surrounded by a relatively thin insulating film 30 and an interlayer insulating film 31 to hermetically seal the inside. The insulating film 30 is formed on the surface of the substrate 21 including the drain region 24 and the source region 25, and the gate insulating film 22.
It is formed so as to cover the side surface and the surface of the gate electrode 23.
【0011】図1のような構成のMISトランジスタ
は、一例として次のような方法により製作することがで
きる。The MIS transistor having the structure as shown in FIG. 1 can be manufactured by the following method as an example.
【0012】まず、p形基板21表面にSiO2等からな
るゲート絶縁膜22を形成し、このゲート絶縁膜22上
にポリシリコン等からなるゲート電極23を形成する。
次に、このゲート絶縁膜22およびゲート電極23をマ
スクとして、その両側の基板21表面にn形高濃度拡散
領域24、25を形成する。さらに、ゲート絶縁膜22
のみをその側面からオーバーエッチングしてゲート電極
23と基板21との間に空隙を形成した後、拡散領域2
4、25を含む基板21表面、およびゲート絶縁膜22
側面、ゲート電極23表面を覆う絶縁膜30を形成す
る。そして、真空雰囲気中あるいは不活性気体雰囲気中
において層間絶縁膜31を堆積等して形成すれば、真空
または不活性気体が充満された空洞領域28、29が形
成できる。この後、層間絶縁膜31および絶縁膜30を
貫いてドレイン電極26およびソース電極27を形成す
れば、図1に示すようなMISトランジスタを製作する
ことができる。First, a gate insulating film 22 made of SiO 2 or the like is formed on the surface of the p-type substrate 21, and a gate electrode 23 made of polysilicon or the like is formed on the gate insulating film 22.
Next, using the gate insulating film 22 and the gate electrode 23 as a mask, n-type high concentration diffusion regions 24 and 25 are formed on the surface of the substrate 21 on both sides thereof. Further, the gate insulating film 22
Only the side surface is over-etched to form a gap between the gate electrode 23 and the substrate 21, and then the diffusion region 2
4, the surface of the substrate 21 including 25, and the gate insulating film 22
An insulating film 30 is formed to cover the side surface and the surface of the gate electrode 23. Then, by forming the interlayer insulating film 31 by deposition or the like in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, the cavity regions 28 and 29 filled with the vacuum or inert gas can be formed. After that, by forming the drain electrode 26 and the source electrode 27 through the interlayer insulating film 31 and the insulating film 30, the MIS transistor as shown in FIG. 1 can be manufactured.
【0013】以上のような構成において、ソース電極2
7および図示されない基板端子を接地した状態でゲート
電極23およびドレイン電極26に正の高電圧を印加す
ると、ゲート絶縁膜22直下の基板21表面、すなわち
チャネル領域32に電流が流れ、そのチャネル電子はド
レイン領域24周辺の高電界によりホットエレクトロン
(ホットキャリア)化し、その一部は基板−絶縁膜間の
エネルギー障壁を越えてドレイン領域24近傍のゲート
絶縁膜22や空洞領域28に注入される。あるいは、チ
ャネル電子との衝突電離によりドレイン領域24近傍で
多量のホットキャリアが発生し、その一部は基板−絶縁
膜間の障壁を越えてドレイン領域24近傍のゲート絶縁
膜22や空洞領域28に注入される。この際、空洞領域
28は基板21とドレイン領域24側部との境界部、す
なわちホットスポット33の上方に形成されているの
で、そのほとんどが空洞領域28内に注入される。そし
て、空洞領域28内に注入されたホットキャリアは、ゲ
ート電極23あるいはドレイン領域24により空洞領域
28内部に形成された電界により、これらゲート電極2
3、ドレイン領域24へと流れる。In the above structure, the source electrode 2
When a positive high voltage is applied to the gate electrode 23 and the drain electrode 26 with 7 and a substrate terminal (not shown) grounded, a current flows to the surface of the substrate 21 immediately below the gate insulating film 22, that is, the channel region 32, and the channel electrons are Due to the high electric field around the drain region 24, it becomes hot electrons (hot carriers), and a part thereof is injected into the gate insulating film 22 and the cavity region 28 in the vicinity of the drain region 24 beyond the energy barrier between the substrate and the insulating film. Alternatively, a large amount of hot carriers are generated near the drain region 24 due to impact ionization with channel electrons, and a part of the hot carriers cross the barrier between the substrate and the insulating film to the gate insulating film 22 or the cavity region 28 near the drain region 24. Injected. At this time, since the cavity region 28 is formed at the boundary between the substrate 21 and the side of the drain region 24, that is, above the hot spot 33, most of the cavity region 28 is injected into the cavity region 28. The hot carriers injected into the cavity region 28 are generated by the electric field generated inside the cavity region 28 by the gate electrode 23 or the drain region 24.
3, flowing to the drain region 24.
【0014】従って、本実施例によれば、基板−絶縁膜
間の障壁を越えてくるホットキャリアのほとんどが空洞
領域28へ注入されるので、ゲート絶縁膜22に注入、
固定されるホットキャリアの数を減少させることがで
き、素子特性の変動や素子寿命の低下を抑制することが
できる。Therefore, according to this embodiment, most of the hot carriers that cross the barrier between the substrate and the insulating film are injected into the cavity region 28, so that they are injected into the gate insulating film 22.
The number of fixed hot carriers can be reduced, and fluctuations in device characteristics and device life can be suppressed.
【0015】−第1実施例の変形例− 図2は、上述の第1実施例の構成をLDD(Lightly Do
ped Drain)構造のMISトランジスタに適用した一例
を示す断面図である。なお、以下の説明において、上述
の第1実施例と同様の構成要素については同一の符号を
付してその説明を簡略化する。-Modification of First Embodiment- FIG. 2 shows an LDD (Lightly Do) configuration of the first embodiment described above.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example applied to a MIS transistor having a ped drain structure. In the following description, the same components as those in the above-described first embodiment will be designated by the same reference numerals to simplify the description.
【0016】図2において、40はチャネル領域32側
のドレイン領域24側部に形成されたn形低濃度拡散領
域、41はチャネル領域32側のソース領域25側部に
形成されたn形低濃度拡散領域であり、これらn形低濃
度拡散領域40、41の存在によりドレイン領域24側
部への電界集中が緩和されて高耐圧、高信頼性が図られ
ている。そして、これら低濃度拡散領域40、41の上
方に真空または不活性気体が充満された空洞領域28、
29が形成されている。なお、図2において、42、4
3はゲート絶縁膜22およびゲート電極23の側部に形
成されたSiO2等からなるサイドウォールである。In FIG. 2, 40 is an n-type low concentration diffusion region formed on the side of the drain region 24 on the channel region 32 side, and 41 is an n-type low concentration concentration formed on the side of the source region 25 on the channel region 32 side. These are diffusion regions, and the presence of these n-type low-concentration diffusion regions 40 and 41 alleviates the electric field concentration on the side of the drain region 24, thereby achieving high breakdown voltage and high reliability. Then, a cavity region 28 filled with a vacuum or an inert gas is provided above the low concentration diffusion regions 40, 41.
29 is formed. In addition, in FIG.
Reference numeral 3 is a sidewall formed of SiO 2 or the like on the side of the gate insulating film 22 and the gate electrode 23.
【0017】従って、図2に示す実施例であっても、上
述の第1実施例と同様の作用効果を得ることができる。Therefore, even in the embodiment shown in FIG. 2, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment.
【0018】次に、図3は、第1実施例の構成をDDD
(Double Diffused Drain)構造のMISトランジスタ
に適用した一例を示す断面図である。図3において、5
0、51はドレイン領域24、ソース領域25であるn
形高濃度拡散領域とともに二重拡散法により形成された
n形低濃度拡散領域であり、これらn形低濃度拡散領域
50、51の存在によりドレイン領域24側部への電界
集中が緩和されて高耐圧、高信頼性が図られている。そ
して、これら低濃度拡散領域50、51の側部上方に真
空または不活性気体が充満された空洞領域28、29が
形成されている。Next, FIG. 3 shows a DDD configuration of the first embodiment.
It is sectional drawing which shows an example applied to the MIS transistor of a (Double Diffused Drain) structure. In FIG. 3, 5
0 and 51 are the drain region 24 and the source region 25 n
N-type low-concentration diffusion regions formed by the double diffusion method together with the n-type high-concentration diffusion regions. Due to the presence of these n-type low-concentration diffusion regions 50 and 51, the concentration of the electric field on the side of the drain region 24 is relaxed. Withstand voltage and high reliability. Cavity regions 28 and 29 filled with a vacuum or an inert gas are formed above the side portions of the low concentration diffusion regions 50 and 51.
【0019】従って、図3に示す実施例であっても、上
述の第1実施例と同様の作用効果を得ることができる。Therefore, even in the embodiment shown in FIG. 3, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment.
【0020】−第2実施例− 図4および図5は本発明によるMISトランジスタの第
2実施例を示す図であって、図4はチャネル長方向に沿
った断面図、図5はチャネル幅方向に沿った断面図であ
る。Second Embodiment FIGS. 4 and 5 are views showing a second embodiment of the MIS transistor according to the present invention. FIG. 4 is a sectional view taken along the channel length direction, and FIG. 5 is a channel width direction. It is sectional drawing which followed.
【0021】本実施例の特徴は、空洞領域60がゲート
電極23と基板21とで挟まれる領域の全体に亙って形
成されている点、すなわち図8に示す従来のMISトラ
ンジスタにおいてゲート絶縁膜2を全く省略したような
構成になっている点である。従って、この空洞領域60
は、層間絶縁膜31およびフィールド酸化膜61により
囲繞されて内部が密閉されている。また、絶縁膜30は
ドレイン領域24およびソース領域25を含む基板21
表面とゲート電極23の表面を覆うように形成されてい
る。The feature of this embodiment is that the cavity region 60 is formed over the entire region sandwiched between the gate electrode 23 and the substrate 21, that is, in the conventional MIS transistor shown in FIG. 2 is omitted. Therefore, this cavity region 60
Is surrounded by the interlayer insulating film 31 and the field oxide film 61 to hermetically seal the inside. Further, the insulating film 30 is formed on the substrate 21 including the drain region 24 and the source region 25.
It is formed so as to cover the surface and the surface of the gate electrode 23.
【0022】図4および図5のような構成のMISトラ
ンジスタは、一例として次のような方法により製作する
ことができる。The MIS transistor having the structure as shown in FIGS. 4 and 5 can be manufactured by the following method as an example.
【0023】まず、フィールド酸化膜61により分離さ
れたp形基板21表面にSiO2等からなるゲート絶縁膜
22を形成し、このゲート絶縁膜22上にポリシリコン
等からなるゲート電極23を形成する。次に、このゲー
ト絶縁膜22、ゲート電極23およびフィールド酸化膜
61をマスクとして、その両側の基板21表面にn形高
濃度拡散領域24、25を形成する。さらに、ゲート絶
縁膜22のみをその側面からエッチングして全て取り除
いた後、拡散領域24、25を含む基板21表面および
ゲート電極23表面を覆う絶縁膜30を形成する。そし
て、真空雰囲気中あるいは不活性気体雰囲気中において
層間絶縁膜31を堆積等して形成すれば、真空または不
活性気体が充満された空洞領域60が形成できる。この
後、層間絶縁膜31および絶縁膜30を貫いてドレイン
電極26およびソース電極27を形成すれば、図4およ
び図5に示すようなMISトランジスタを製作すること
ができる。First, a gate insulating film 22 made of SiO 2 or the like is formed on the surface of the p-type substrate 21 separated by the field oxide film 61, and a gate electrode 23 made of polysilicon or the like is formed on the gate insulating film 22. .. Next, using the gate insulating film 22, the gate electrode 23 and the field oxide film 61 as a mask, n-type high concentration diffusion regions 24 and 25 are formed on the surface of the substrate 21 on both sides thereof. Further, after removing only the gate insulating film 22 by etching from its side surface, an insulating film 30 covering the surface of the substrate 21 including the diffusion regions 24 and 25 and the surface of the gate electrode 23 is formed. Then, by forming the interlayer insulating film 31 by deposition or the like in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, the cavity region 60 filled with vacuum or an inert gas can be formed. After that, if the drain electrode 26 and the source electrode 27 are formed by penetrating the interlayer insulating film 31 and the insulating film 30, the MIS transistor as shown in FIGS. 4 and 5 can be manufactured.
【0024】以上のような構成において、ソース電極2
7および図示されない基板端子を接地した状態でゲート
電極23およびドレイン電極26に正の高電圧を印加す
るとチャネル領域32に電流が流れ、そのチャネル電子
はドレイン領域24周辺の高電界によりホットエレクト
ロン(ホットキャリア)化し、その一部は基板−絶縁膜
間のエネルギー障壁を越えてドレイン領域24近傍の空
洞領域60に注入される。あるいは、チャネル電子との
衝突電離によりドレイン領域24近傍で多量のホットキ
ャリアが発生し、その一部は基板−絶縁膜間の障壁を越
えてドレイン領域24近傍の空洞領域60に注入され
る。そして、空洞領域60内に注入されたホットキャリ
アは、ゲート電極23あるいはドレイン領域24により
空洞領域60内部に形成された電界により、これらゲー
ト電極23、ドレイン領域24へと流れる。In the structure as described above, the source electrode 2
When a positive high voltage is applied to the gate electrode 23 and the drain electrode 26 with 7 and the substrate terminal (not shown) being grounded, a current flows in the channel region 32, and the channel electrons are hot electrons due to the high electric field around the drain region 24. It is converted into carriers, and a part thereof is injected into the cavity region 60 in the vicinity of the drain region 24 over the energy barrier between the substrate and the insulating film. Alternatively, a large amount of hot carriers are generated near the drain region 24 due to impact ionization with channel electrons, and a part of the hot carriers are injected into the cavity region 60 near the drain region 24 over the barrier between the substrate and the insulating film. Then, the hot carriers injected into the cavity region 60 flow into the gate electrode 23 and the drain region 24 by the electric field formed inside the cavity region 60 by the gate electrode 23 or the drain region 24.
【0025】従って、本実施例によれば、ドレイン領域
24近傍で発生し、基板−絶縁膜間の障壁を越えてくる
ホットキャリアは全て空洞領域60へ注入されるので、
従来のようにホットキャリアがゲート電極23と基板2
1との間で固定されるといった事態を招くことがなく、
素子特性の変動や素子寿命の低下を大幅に抑制すること
ができる。すなわち、上述の第1実施例では、注入され
るホットキャリアのほとんどが空洞領域28に注入され
るものの、ごく一部はゲート酸化膜22に注入される可
能性があるが、本実施例では障壁を越えてくるホットキ
ャリアの全てが空洞領域60に注入されると考えてよい
ため、従来のようなゲート酸化膜へのホットキャリアの
注入による素子特性変動、素子寿命の低下を極力抑制す
ることができるのである。Therefore, according to the present embodiment, all the hot carriers generated near the drain region 24 and crossing the barrier between the substrate and the insulating film are injected into the cavity region 60.
As in the conventional case, hot carriers are generated in the gate electrode 23 and the substrate 2.
It does not cause a situation such as being fixed with 1,
It is possible to significantly suppress variations in element characteristics and reduction in element life. That is, in the first embodiment described above, most of the injected hot carriers are injected into the cavity region 28, but only a small portion may be injected into the gate oxide film 22, but in this embodiment, the barrier is formed. It can be considered that all the hot carriers that exceed the temperature are injected into the cavity region 60. Therefore, it is possible to suppress variations in device characteristics and reduction in device life due to injection of hot carriers into the gate oxide film as in the conventional case. You can do it.
【0026】−第2実施例の変形例− 図6は、上述の第2実施例の構成をLDD(Lightly Do
ped Drain)構造のMISトランジスタに適用した一例
を示す断面図である。-Modification of Second Embodiment- FIG. 6 shows an LDD (Lightly Do) configuration of the second embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example applied to a MIS transistor having a ped drain structure.
【0027】図6において、70はチャネル領域32側
のドレイン領域24側部に形成されたn形低濃度拡散領
域、71はチャネル領域32側のソース領域25側部に
形成されたn形低濃度拡散領域である。そして、本実施
例においても、ゲート電極23と基板21とで挟まれる
領域の全体に亙って空洞領域60が形成されている。な
お、72、73はゲート絶縁膜22およびゲート電極2
3の側部に形成されたSiO2等からなるサイドウォール
である。In FIG. 6, 70 is an n-type low concentration diffusion region formed on the side of the drain region 24 on the side of the channel region 32, and 71 is an n-type low concentration concentration formed on the side of the source region 25 on the side of the channel region 32. It is a diffusion area. Also in this embodiment, the cavity region 60 is formed over the entire region sandwiched between the gate electrode 23 and the substrate 21. Note that 72 and 73 are the gate insulating film 22 and the gate electrode 2.
3 is a side wall made of SiO 2 or the like formed on the side portion of 3.
【0028】従って、図6に示す実施例であっても、上
述の第1実施例と同様の作用効果を得ることができる。Therefore, even in the embodiment shown in FIG. 6, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment.
【0029】次に、図7は、第1実施例の構成をDDD
(Double Diffused Drain)構造のMISトランジスタ
に適用した一例を示す断面図である。図3において、8
0、81はドレイン領域24、ソース領域25であるn
形高濃度拡散領域とともに二重拡散法により形成された
n形低濃度拡散領域である。そして、本実施例において
も、ゲート電極23と基板21とで挟まれる領域の全体
に亙って空洞領域60が形成されている。Next, FIG. 7 shows a DDD configuration of the first embodiment.
It is sectional drawing which shows an example applied to the MIS transistor of a (Double Diffused Drain) structure. In FIG. 3, 8
0 and 81 are the drain region 24 and the source region 25, n.
N-type low-concentration diffusion region formed by the double diffusion method together with the high-concentration diffusion region. Also in this embodiment, the cavity region 60 is formed over the entire region sandwiched between the gate electrode 23 and the substrate 21.
【0030】従って、図7に示す実施例であっても、上
述の第1実施例と同様の作用効果を得ることができる。Therefore, even in the embodiment shown in FIG. 7, it is possible to obtain the same effect as that of the above-mentioned first embodiment.
【0031】なお、本発明のMISトランジスタは、そ
の細部が上述の第1、第2実施例に限定されず、種々の
変形が可能である。一例として、上述の各実施例ではn
チャネルのMISトランジスタについて説明したが、p
チャネルのMISトランジスタについても同様の効果が
得られる。また、低濃度の基板に代えてエピタキシャル
層を有する基板を用いても同様である。The details of the MIS transistor of the present invention are not limited to those of the first and second embodiments described above, and various modifications are possible. As an example, in each of the above embodiments, n
The MIS transistor of the channel has been described, but p
The same effect can be obtained for the channel MIS transistor. The same applies when a substrate having an epitaxial layer is used instead of the low-concentration substrate.
【0032】さらに、本発明は埋め込みチャネル構造の
MISトランジスタやJMOSFET等にも適用可能で
ある。また、上述の空洞領域は少なくともドレイン側に
のみ設ければ所期の効果は達成でき、ソース側の空洞領
域は省略可能である。Further, the present invention can be applied to a MIS transistor having a buried channel structure, a JMOSFET, and the like. Further, if the above-mentioned cavity region is provided only at least on the drain side, the desired effect can be achieved, and the cavity region on the source side can be omitted.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、基板とゲート電極との間に、少なくともドレイン
領域とチャネル領域との境界部の上方を覆う真空または
不活性気体が充満された空洞領域を形成したので、ドレ
イン領域近傍で発生したホットキャリアの大半はこの空
洞領域に注入され、ゲート電極またはドレイン領域へと
流れる。従って、基板−絶縁膜の障壁を越えてゲート絶
縁膜に注入、固定されるホットキャリアの個数を減少で
き、素子特性の変動、素子寿命の低下を抑制することが
できる。特に、請求項2の発明によれば、ゲート電極と
基板とで挟まれる領域の全体に亙って空洞領域を形成し
たので、障壁を越えてくるホットキャリアの全てが空洞
領域に注入され、ゲート絶縁膜へのホットキャリアの注
入、固定を皆無とすることができ、素子特性の変動、素
子寿命の低下を大幅に抑制することができる。As described in detail above, according to the present invention, a vacuum or an inert gas is filled between the substrate and the gate electrode so as to cover at least the boundary between the drain region and the channel region. Since the hollow region is formed, most of the hot carriers generated near the drain region are injected into this hollow region and flow to the gate electrode or the drain region. Therefore, it is possible to reduce the number of hot carriers that are injected and fixed in the gate insulating film across the barrier between the substrate and the insulating film, and it is possible to suppress variations in device characteristics and a decrease in device life. In particular, according to the invention of claim 2, since the cavity region is formed over the entire region sandwiched between the gate electrode and the substrate, all the hot carriers that cross the barrier are injected into the cavity region, Injection and fixation of hot carriers to the insulating film can be eliminated, and fluctuations in element characteristics and reduction in element life can be significantly suppressed.
【図1】本発明の第1実施例であるMISトランジスタ
を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a MIS transistor which is a first embodiment of the present invention.
【図2】第1実施例の変形例であるLDD構造のMIS
トランジスタを示す断面図である。FIG. 2 is a MIS having an LDD structure, which is a modification of the first embodiment.
It is sectional drawing which shows a transistor.
【図3】第1実施例の他の変形例であるDDD構造のM
ISトランジスタを示す断面図である。FIG. 3 is an M of a DDD structure which is another modification of the first embodiment.
It is sectional drawing which shows an IS transistor.
【図4】本発明の第2実施例であるMISトランジスタ
を示すチャネル長方向に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the channel length direction showing a MIS transistor which is a second embodiment of the present invention.
【図5】第2実施例のチャネル幅に沿った断面図であ
る。FIG. 5 is a sectional view taken along the channel width of the second embodiment.
【図6】第2実施例の変形例であるLDD構造のMIS
トランジスタを示す断面図である。FIG. 6 is a MIS having an LDD structure which is a modification of the second embodiment.
It is sectional drawing which shows a transistor.
【図7】第2実施例の他の変形例であるDDD構造のM
ISトランジスタを示す断面図である。FIG. 7 is an M of a DDD structure which is another modification of the second embodiment.
It is sectional drawing which shows an IS transistor.
【図8】従来のMISトランジスタの一例を示す断面図
である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional MIS transistor.
21 p形基板 22 ゲート絶縁膜 23 ゲート電極 24 ドレイン領域 25 ソース領域 28、29、60 空洞領域 32 チャネル領域 21 p-type substrate 22 gate insulating film 23 gate electrode 24 drain region 25 source region 28, 29, 60 cavity region 32 channel region
Claims (2)
イン領域と、 これらソース領域およびドレイン領域の間に形成される
チャネル領域と、 このチャネル領域に近接して設けられたゲート電極とを
備えたMISトランジスタにおいて、 前記基板とゲート電極との間に形成され、少なくとも前
記ドレイン領域とチャネル領域との境界部の上方を覆う
真空または不活性気体が充満された空洞領域を備えたこ
とを特徴とするMISトランジスタ。1. A MIS including a source region and a drain region formed on a substrate, a channel region formed between the source region and the drain region, and a gate electrode provided in proximity to the channel region. In the transistor, there is provided a MIS cavity which is formed between the substrate and the gate electrode and which covers at least the boundary between the drain region and the channel region and which is filled with a vacuum or an inert gas. Transistor.
おいて、 前記空洞領域は前記ゲート電極と前記基板とで挟まれる
領域の全体に亙って形成されていることを特徴とするM
ISトランジスタ。2. The MIS transistor according to claim 1, wherein the cavity region is formed over the entire region sandwiched between the gate electrode and the substrate.
IS transistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3225019A JPH0548088A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Mis transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3225019A JPH0548088A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Mis transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0548088A true JPH0548088A (en) | 1993-02-26 |
Family
ID=16822803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3225019A Pending JPH0548088A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Mis transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0548088A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6649969B2 (en) | 2001-01-26 | 2003-11-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Nonvolatile semiconductor device |
JP2008270641A (en) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Elpida Memory Inc | Field-effect transistor |
JP2010080561A (en) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | Nonvolatile semiconductor memory device |
JP2010114370A (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Toshiba Corp | Nonvolatile semiconductor storage and method of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3225019A patent/JPH0548088A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8569133B2 (en) | 2008-09-25 | 2013-10-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
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