【手続補正書】
【提出日】平成15年9月8日(2003.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有し、前記ドレイン領域より前記チャネル形成領域および前記ソース領域に向かって広がる空乏層をピニングすることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項３】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有して、しきい値電圧を制御することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項４】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置において、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Eg）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項５】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Eg）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有し、前記ドレイン領域より前記チャネル形成領域および前記ソース領域に向かって広がる空乏層をピニングすることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項６】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有して、前記ドレイン領域より前記チャネル形成領域および前記ソース領域に向かって広がる空乏層をピニングし、
前記キャリアが移動する領域においてはキャリアの不純物散乱を防止する手段若しくはキャリアの格子散乱以外の要因による移動度低下を防止する手段が施されていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項７】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Eg）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有して、しきい値電圧を制御することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項８】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置であって、
前記チャネル形成領域はキャリアが移動する領域と、炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域とを有し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有して、しきい値電圧を制御し、
前記キャリアが移動する領域においてはキャリアの不純物散乱を防止する手段若しくはキャリアの格子散乱以外の要因による移動度低下を防止する手段が施されていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項９】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域に、前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Ｅｇ）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を添加することにより、局部的に形成された不純物領域と、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極と、
を有する絶縁ゲイト型半導体装置において、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有する絶縁性の領域であり、
前記チャネル形成領域において前記不純物領域以外の領域には前記元素が添加されない又は極微量に添加されていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１０】
請求項1乃至請求項９のいずれか一において、前記チャネル形成領域の幅Wに対して前記不純物領域および前記不純物領域間の幅が占有する割合をそれぞれWpi、Wpaとするとき、前記W、前記Wpiおよび前記Wpaとの間には、Wpi／W＝0.1 〜0.9 、Wpa／W＝0.1 〜0.9 、Wpi／Wpa＝1/9 〜9 の関係式が成り立つことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１１】
請求項1乃至請求項１０のいずれか一において、前記チャネル形成領域のチャネル方向に垂直な少なくとも一断面は、前記不純物領域により区切られた複数のチャネル形成領域の集合体であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１２】
請求項1乃至請求項１１のいずれか一において、前記チャネル形成領域において駆動時に生じる短チャネル効果に伴うしきい値電圧の低下は、前記不純物領域を利用することで得られる狭チャネル効果に伴うしきい値電圧の増加により緩和されることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１３】
請求項1乃至請求項１２のいずれか一において、前記不純物領域は10〜300ｎｍの間隔で配置されることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１４】
請求項1乃至請求項１３のいずれか一において、前記チャネル形成領域内の前記不純物領域以外の領域は真性または実質的に真性な領域であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１５】
請求項1乃至請求項１４のいずれか一において、前記不純物領域に含まれる前記元素の濃度によってしきい値電圧が制御され、前記チャネル形成領域内の前記不純物領域以外の領域においてキャリアがソース／ドレイン領域間を移動するように構成されることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１６】
請求項1乃至請求項１５のいずれか一において、前記結晶半導体とは単結晶半導体であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１７】
請求項1乃至請求項1６のいずれか一において、前記パターンは線状パターンであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１８】
請求項1乃至請求項1６のいずれか一において、前記パターンはジグザグのパターンであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１９】
請求項1乃至請求項1６のいずれか一において、前記パターンはフィッシュボーン形状であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２０】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域を形成し、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成する絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
前記チャネル形成領域にキャリアが移動する領域と、
前記ドレイン領域より前記チャネル形成領域および前記ソース領域に向かって広がる空乏層をピニングする、炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域と、
を形成し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域を形成し、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成する絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
前記チャネル形成領域に対してキャリアが移動する領域と、
しきい値電圧を制御し、且つ炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を含む不純物領域と、
を形成し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
結晶半導体を利用してソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域とを形成し、
前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Eg）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を添加することにより、前記チャネル形成領域に局部的に不純物領域を形成し、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成する絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法において、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２３】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域を形成し、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成する絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
前記ドレイン領域より前記チャネル形成領域および前記ソース領域に向かって広がる空乏層をピニングする不純物領域を形成するために、前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Eg）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を前記チャネル形成領域に局部的に添加し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２４】
結晶半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域を形成し、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成する絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法であって、
しきい値電圧を制御するために、前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Eg）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を前記チャネル形成領域に局部的に添加し、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２５】
結晶半導体を利用してソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域とを形成し、
前記チャネル形成領域のエネルギーバンド幅（Eg）を広げる炭素、窒素、酸素から選ばれた一種または複数種類の元素を添加することにより、前記チャネル形成領域に局部的に不純物領域を形成し、
前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成する絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法において、
前記不純物領域は前記ドレイン領域から前記ソース領域に延びるパターンを有する絶縁性の領域であり、
前記チャネル形成領域において前記不純物領域以外の領域には前記元素が添加されない又は極微量に添加されていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２６】
請求項２０乃至請求項２５のいずれか一において、前記チャネル形成領域内の前記不純物領域以外の領域は真性または実質的に真性な領域であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２７】
請求項２０乃至請求項２６のいずれか一において、前記チャネル形成領域の幅Wに対して前記不純物領域および前記不純物領域間の幅が占有する割合をそれぞれWpi、Wpaとするとき、前記W、前記Wpiおよび前記Wpaとの間には、Wpi／W＝0.1 〜0.9 、Wpa／W＝0.1 〜0.9 、Wpi／Wpa＝1/9 〜9 の関係式が成り立つことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２８】
請求項２０乃至請求項２７のいずれか一において、前記チャネル形成領域のチャネル方向に垂直な少なくとも一断面は、実質的に前記不純物領域により区切られた複数のチャネル形成領域の集合体と見なせることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項２９】
請求項２０乃至請求項２８のいずれか一において、前記不純物領域は10〜300ｎｍの間隔で配置されることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項３０】
請求項２０乃至請求項２９のいずれか一において、前記結晶半導体とは単結晶半導体であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項３１】
請求項２０乃至請求項３０のいずれか一において、前記パターンは線状パターンであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項３２】
請求項２０乃至請求項３０のいずれか一において、前記パターンはジグザグのパターンであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【請求項３３】
請求項1乃至請求項３０のいずれか一において、前記パターンはフィッシュボーン形状であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
添加された不純物はチャネル形成領域１０３内に局部的にエネルギーバンド幅の大きいエネルギー障壁を形成する。本発明の様に炭素、窒素、酸素を用いた場合には、図１５（Ａ）で示す状態であったエネルギーバンドを図１５（Ｂ）で示す状態とし、エネルギーバンド幅（Ｅｇ）を広げることで障壁ΔＥがさらに大きな障壁ΔＥ’となる。例えば、酸素を添加した場合には SiOxで示される様な構造の絶縁性の高抵抗領域となり電気的にも障壁となる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
まず、７０１はＰ型シリコン基板であり、その上にはパッド酸化膜として酸化珪素膜７０２、さらにその上には後に選択酸化の際のマスクとして機能する窒化珪素膜７０３を形成する。酸化珪素膜７０２および窒化珪素膜７０３の膜厚は50〜200ｎｍもあれば良い。（図７（Ａ））


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
そして、窒化珪素膜７０３、酸化珪素膜（パッド酸化膜）７０２を除去して図７（Ｂ）に示す状態が得られる。この様な選択酸化工程に際してはＬＯＣＯＳ法、ＰＬＡＮＯＸ法、Ｉｓｏｐｌａｎａｒ法、ＳＷＡＭＩ法などの様々な選択酸化方法を用いることが可能である。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
不純物の添加が終了したら、熱酸化処理を行い10〜50ｎｍの熱酸化膜７０８を形成する。この熱酸化処理により形成された薄い熱酸化膜７０８はそのままゲイト絶縁膜として機能する。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
その後、図７（Ｄ）に示す様に、Ｎ型を付与する不純物元素（ＰまたはＡｓ）を添加し、自己整合的にソース領域７１０、ドレイン領域７１１を形成する。その後、ゲイト電極７０９を覆う様にして窒化珪素膜を300ｎｍの厚さに成膜し、エッチバック法を用いてゲイト電極７０９の側面のみにサイドウォール７１２を残存させる。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
図８において、８０１はチャネル形成領域の一部を示している。チャネル幅はＷである。ここで、チャネル幅Ｗの内、線状パターン８０２が占有している幅をＷpi,nと定義する。Ｗpi,nの値としては例えば1〜10 ｎｍもあれば十分である。また、任意の線状パターン８０２の幅をＷpi,1、Ｗpi,2、Ｗpi,3・・・Ｗpi,nとすると、Ｗpiは次式で表される。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
また、チャネル幅Ｗの内、線状パターン間の領域（電流の流れるパス）８０３が占有している幅をＷpa,mと定義する。Ｗpa,mの値としては例えば10 〜300ｎｍ（代表的には50〜150ｎｍ）とすることができる。また、任意の線状パターン間の領域８０３をＷpa,1、Ｗpa,2、Ｗpa,3・・・Ｗpa,mとすると、Ｗpaは次式で表される。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４１】
また、本実施例の様なＣＭＯＳ回路を構成する場合、図１４（Ａ）に示す様にドレイン領域１４０７、１４０８内にも不純物領域１４１１、１４１２がかかる様に形成しておくことが望ましい。