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半導体用語集

ナローチャネル効果

英語表記：narrow channel effect

　トランジスタのチャネル幅が狭くなるにつれて、トランジスタのしきい値電圧が上昇していく現象をナローチャネル効果という。一般的に素子分離にLOCOS法を用いた場合にみられる。素子分離、特にLOCOS法の絶縁性を向上させるためには、隣接した素子領域（ソース、ドレイン）からの空乏層の伸びを抑える必要がある。そこでnMOSの場合はホウ素、pMOSの場合はリン、あるいはヒ素といった不純物（この場合、チャネルストッパと呼ばれる）をフィールド酸化膜下部に注入して基板の不純物濃度を濃くする方法が一般的に用いられている。しかしながら、LOCOS法を用いた場合には、注入した不純物がフィールド酸化や、その他の熱処理時にバーズビーク領域、あるいは素子領域部に拡散するため、素子領域両端の基板濃度が上昇する。チャネル幅が狭くなるとチャネル全体に占める素子領域端部の割合が大きくなり、結果的に素子領域全体の基板濃度が濃くなる。そのため、チャネル幅の狭いトランジスタのしきい値電圧が上昇する。
　一方、素子分離にSTIを用いると、これとは反対にチャネル幅が狭くなるにつれてしきい値電圧が低下する現象が生じる。これはチャネル両端部のしきい値電圧がナローチャネル効果の場合とは逆に低下するためであり、逆ナローチャネル効果（Inverse Narrow Channel Effect : INCE）と呼ばれる。STIを用いると、トランジスタのしきい値電圧に対するチャネルストッパの熱拡散の影響がLOCOSの場合と比較して小さい。STIにはフィールド酸化工程がないため素子領域端へのチャネルストッパの熱拡散が起きにくく、またチャネルストッパもLOCOSの場合にくらべて深く注入されるためである。逆にSTIの場合は、素子領域端部の形状がLOCOSの場合とくらべて尖鋭な形状になるため、トランジスタがオンした時にチャネル端部で電界集中が起きる。そのため素子領域端のチャネルがチャネル中央部よりも先にオンしやすくなる。チャネル幅が狭くなるとチャネル全体に占める素子領域端の割合が大きくなるためしきい値電圧が低下する。逆ナローチャネル効果は、トレンチ端部におけるゲート電界の集中の影響だけではなく、トレンチ端部での不純物（特にホウ素）の偏析やゲート酸化膜の薄膜化の影響により生じることもある。
　これらの現象が生じると、狭いチャネル幅のトランジスタの寸法がわずかに変化しただけでもしきい値電圧が大きく変動してしまうため、回路全体の動作が不安定になるので微細化の妨げとなる。

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