[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及IC、LSI等半导体装置。 

背景技术

以往，在IC、LSI等半导体装置中广泛使用的是在沟道区域形成反型层形式的反型晶体管。在该晶体管中，为了抑制随着晶体管的构造微细化而影响变大的短沟道效果，需要提高沟道区域的杂质原子浓度。另一方面，晶体管的阈值的偏差是由沟道区域的杂质原子浓度的偏差引起的。另外，晶体管的阈值的偏差大致与沟道面积的平方根呈反比而增加。由于这些原因，在反型晶体管中存在的问题是：无法抑制伴随着构造微细化的晶体管的阈值的偏差，不能确保LSI的可靠性。 

例如，为了使由1兆(10¹²)个晶体管构成的LSI以10GHz的时钟频率动作且10年间没有发生任何错误动作，提出了电源电压与阈值电压需要满足下式(1)的关系(非专利文献1)。 

数学式1 

VDD>23·σVth---(1)]]>

此处，VDD是LSI的电源电压，σ_Vth是阈值的偏差的标准偏差。 

从式(1)可知，为了抑制阈值的偏差导致的LSI的错误动作，提高电源电压是比较有效的。但是，若考虑晶体管的栅极绝缘膜的可靠性，则将可施加在栅极绝缘膜上的电场的绝对值决定为例如8MV/cm等。结果，施加在栅极电极的电源电压必须与构造微细化的同时膜厚度变薄的栅极绝缘膜的微细化一起减小，阈值的偏差随着微细化，必须控制得更小。 

另一方面，在为了使半导体具有作为n型半导体或p型半导体的功能所需的掺杂技术或杂质的活化技术中，已知若最终活化的杂质原子数在某一区域为平均n个，则在该区域有多个时，该区域所包含的杂质原子数会产生依照具有平均个数的平方根即 个标准偏差的正态分布的统计偏差。 

在使用体型半导体(bulk semiconductor)的反型晶体管的情况 下，一般而言晶体管的阈值V_th如下式(2)所示。 

数学式2 

Vth=Vfb+2φB+2ϵsiqNA(2φB)Cox---(2)]]>

此处，ε_si[F/cm]是硅的介电常数，q[C]是基本电荷量，N_A[cm^-3]是沟道区域的受主型杂质原子浓度，C_ox[F/cm²]是栅极绝缘膜电容。另外，V_fb[V]是平带电压，φ_B[V]是硅的从带隙的中间的能级到费米级的电位差。 

式(2)是表示n沟道反型晶体管的阈值的式子，在p沟道反型晶体管的情况下，N_A使用施主型杂质原子浓度即N_D[cm^-3]。