JPH02159767A - 絶縁体基板上の半導体層に形成されたmos型電界効果トランジスタ - Google Patents
絶縁体基板上の半導体層に形成されたmos型電界効果トランジスタInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は絶縁体基板上の半導体層に形成されたMOS
(Metal 0xide Sem1c。
(Metal 0xide Sem1c。
nductor)型電界効果トランジスタ(以下、rs
OI−MOSFETJと略称する)に関し特に、ソース
・ドレイン間の耐圧の改善に関するものである。
OI−MOSFETJと略称する)に関し特に、ソース
・ドレイン間の耐圧の改善に関するものである。
[従来の技術]
第8図を参照して、従来のSOI−MOSFETが断面
図で示されている。シリコン基板1上に絶縁体層2が形
成されており、絶縁体層2上にシリコン層3が形成され
ている。シリコン層3内において、低いp型不純物濃度
(たとえば、10’’ −10” a t oms/c
m3)を有するチャンネル領域6が形成されており、高
いn型不純物濃度(たとえば10’ 9101021a
to/cm3)を有するソース領域7とドレイン領域8
がそれぞれチャンネル領域6の一方側と他方側に接して
形成されている。
図で示されている。シリコン基板1上に絶縁体層2が形
成されており、絶縁体層2上にシリコン層3が形成され
ている。シリコン層3内において、低いp型不純物濃度
(たとえば、10’’ −10” a t oms/c
m3)を有するチャンネル領域6が形成されており、高
いn型不純物濃度(たとえば10’ 9101021a
to/cm3)を有するソース領域7とドレイン領域8
がそれぞれチャンネル領域6の一方側と他方側に接して
形成されている。
チャンネル領域6上にはゲート誘電体薄膜4が形成され
ており、誘電体薄膜4上にゲート電極5が形成されてい
る。シリコン層3とゲート電極5は層間絶縁膜11によ
って覆われている。層間絶縁膜11にはコンタクトホー
ル12a、12bなどが開けられ、それぞれのコンタク
トホールに対応する導電体13a、13bなどが形成さ
れている。
ており、誘電体薄膜4上にゲート電極5が形成されてい
る。シリコン層3とゲート電極5は層間絶縁膜11によ
って覆われている。層間絶縁膜11にはコンタクトホー
ル12a、12bなどが開けられ、それぞれのコンタク
トホールに対応する導電体13a、13bなどが形成さ
れている。
以上のように構成されたSOI−MOSFETにおいて
、ゲート電極5に正の電圧を印加するとき、p型のチャ
ンネル領域6の上層部にn導電型のキャリア(電子)が
誘引され、その上層部はソース領域7およびドレイン領
域8と同じn導電型に反転させられる。したがって、ソ
ース領域7とドレイン領域8との間で電流が流れること
が可能となる。また、チャンネル領域6の上層部に誘引
されるn型キャリアの濃度はゲート電圧によって変化す
るので、チャンネル領域6を流れる電流量をケート電圧
によって制御することができる。これがMOSFETの
動作原理である。
、ゲート電極5に正の電圧を印加するとき、p型のチャ
ンネル領域6の上層部にn導電型のキャリア(電子)が
誘引され、その上層部はソース領域7およびドレイン領
域8と同じn導電型に反転させられる。したがって、ソ
ース領域7とドレイン領域8との間で電流が流れること
が可能となる。また、チャンネル領域6の上層部に誘引
されるn型キャリアの濃度はゲート電圧によって変化す
るので、チャンネル領域6を流れる電流量をケート電圧
によって制御することができる。これがMOSFETの
動作原理である。
[発明が解決しようとする課題]
シリコン層が比較的厚い(たとえば、約5000人厚さ
)場合、ゲート電圧を印加して801MOSFETを動
作状態にするとき、ドレイン領域8からチャンネル領域
6内に延びた空乏層がソース領域7にまで届くことがあ
る。空乏層がソース領域7にまで届けば、ソース領域7
とチャンネル領域6との間の電気的障壁が低下し、また
ゲート電極で制御できない比較的深い領域のポテンシャ
ルが上昇し、それによってチャンネル電流が急激に増加
する現象(いわゆるパンチスルー現象)が生じる。この
パンチスルー現象は、ソース・ドレイン間の耐圧を低下
させることになる。
)場合、ゲート電圧を印加して801MOSFETを動
作状態にするとき、ドレイン領域8からチャンネル領域
6内に延びた空乏層がソース領域7にまで届くことがあ
る。空乏層がソース領域7にまで届けば、ソース領域7
とチャンネル領域6との間の電気的障壁が低下し、また
ゲート電極で制御できない比較的深い領域のポテンシャ
ルが上昇し、それによってチャンネル電流が急激に増加
する現象(いわゆるパンチスルー現象)が生じる。この
パンチスルー現象は、ソース・ドレイン間の耐圧を低下
させることになる。
また、ソース・ドレイン間に印加される電圧が高いとき
、チャンネル領域6内でキャリアが高速に加速される。
、チャンネル領域6内でキャリアが高速に加速される。
チャンネル領域6内で加速されたキャリアはドレイン領
域8の近傍で衝突電離によって電子と正孔のベアを発生
させる。この発生した電子はn+型のドレイン領域8に
流れ込む。しかし、正孔はチャンネル領域6内に蓄積さ
れて電位を上昇させるので、チャンネル電流を増加させ
、ドレイン電圧とドレイン電流の関係を表わす曲線上に
好ましくないキンク効果を生じさせる。このキンク効果
は、たとえばIEEE Electron Dev
ice Letter、Vol、9゜No、2.
pp、97−99.1988において述べられている。
域8の近傍で衝突電離によって電子と正孔のベアを発生
させる。この発生した電子はn+型のドレイン領域8に
流れ込む。しかし、正孔はチャンネル領域6内に蓄積さ
れて電位を上昇させるので、チャンネル電流を増加させ
、ドレイン電圧とドレイン電流の関係を表わす曲線上に
好ましくないキンク効果を生じさせる。このキンク効果
は、たとえばIEEE Electron Dev
ice Letter、Vol、9゜No、2.
pp、97−99.1988において述べられている。
一方、非常に薄い(たとえば、500人−1500人の
厚さ)シリコン層3を有する薄膜SOIMOSFETは
、厚いシリコン層3を有する通常のSOI−MOSFE
Tに比べて優れた特性を有している。たとえば、その薄
いチャンネル領域6はゲート電極5に電圧を印加するこ
とによって全体が空乏層化されまた電位もゲート電極に
より制御されるため、前述のパンチスルー現象やキンク
効果が消失する。また、ゲート長さが短いときに、ゲー
トしきい値電圧が異常に低くなるショートチャンネル効
果も低減される。
厚さ)シリコン層3を有する薄膜SOIMOSFETは
、厚いシリコン層3を有する通常のSOI−MOSFE
Tに比べて優れた特性を有している。たとえば、その薄
いチャンネル領域6はゲート電極5に電圧を印加するこ
とによって全体が空乏層化されまた電位もゲート電極に
より制御されるため、前述のパンチスルー現象やキンク
効果が消失する。また、ゲート長さが短いときに、ゲー
トしきい値電圧が異常に低くなるショートチャンネル効
果も低減される。
しかし、チャンネル領域6全体が完全に空乏層化される
とき、チャンネル領域6内のポテンシャルか通常のMO
SFETにおける場合より高くなる。したがって、ソー
ス領域7とチャンネル領域6の間の電気的障壁が低くな
る上、前述の衝突電離によって生じた正孔がチャンネル
領域6内に一時的に蓄積されれば、チャンネル領域6内
のポテンシャルがさらに上昇し、ソース領域7からチャ
ンネル領域6内に電子が急激に注入される。すなわち、
薄膜Sol−MO5FETにおいても、ソース・ドレイ
ン間の耐圧が低くなりやすいという課題がある。
とき、チャンネル領域6内のポテンシャルか通常のMO
SFETにおける場合より高くなる。したがって、ソー
ス領域7とチャンネル領域6の間の電気的障壁が低くな
る上、前述の衝突電離によって生じた正孔がチャンネル
領域6内に一時的に蓄積されれば、チャンネル領域6内
のポテンシャルがさらに上昇し、ソース領域7からチャ
ンネル領域6内に電子が急激に注入される。すなわち、
薄膜Sol−MO5FETにおいても、ソース・ドレイ
ン間の耐圧が低くなりやすいという課題がある。
以上のような先行技術の課題に鑑み、本発明の目的は、
ソース・ドレイン間の耐圧が改善されたSOI−MOS
FETを提供することである。
ソース・ドレイン間の耐圧が改善されたSOI−MOS
FETを提供することである。
[課題を解決するための手段]
本発明の1つの態様によれば、SOI−MOSFETは
、絶縁体基板と、絶縁体基板上に形成された約1500
Å以下の厚さの半導体層と、半導体層内に形成された第
1導電型のチャンネル領域と、半導体層内でチャンネル
領域の一方側に接して形成された第2導電型のソース領
域と、半導体層内でチャンネル領域の他方側に接して形
成された第2導電型のドレイン領域と、半導体層内でチ
ャンネル領域の少なくとも一部に接するようにソース領
域下の少なくとも一部の領域に形成されかつチャンネル
領域より高い不純物濃度を有する第1導電型のキャリア
蓄積領域と、チャンネル領域上に形成されたゲート誘電
体薄膜と、誘電体薄膜上に形成されたゲート電極とを含
んでいる。
、絶縁体基板と、絶縁体基板上に形成された約1500
Å以下の厚さの半導体層と、半導体層内に形成された第
1導電型のチャンネル領域と、半導体層内でチャンネル
領域の一方側に接して形成された第2導電型のソース領
域と、半導体層内でチャンネル領域の他方側に接して形
成された第2導電型のドレイン領域と、半導体層内でチ
ャンネル領域の少なくとも一部に接するようにソース領
域下の少なくとも一部の領域に形成されかつチャンネル
領域より高い不純物濃度を有する第1導電型のキャリア
蓄積領域と、チャンネル領域上に形成されたゲート誘電
体薄膜と、誘電体薄膜上に形成されたゲート電極とを含
んでいる。
本発明のもう1つの態様によれば、Sol−MOSFE
Tは、絶縁体基板と、絶縁体基板上に形成された半導体
層と、半導体層内に形成された第1導電型のチャンネル
領域と、半導体層内でチャンネル領域の一方側に接して
形成された第2導電型のソース領域と、半導体層内でチ
ャンネル領域の他方側に接して形成された第2導電型の
ドレイン領域と、少なくともチャンネル領域内でソース
領域近傍の下層部に結晶欠陥が導入された結晶欠陥領域
と、チャンネル領域上に形成されたゲート誘電体薄膜と
、誘電体薄膜上に形成されたゲート電極とを含んでいる
。
Tは、絶縁体基板と、絶縁体基板上に形成された半導体
層と、半導体層内に形成された第1導電型のチャンネル
領域と、半導体層内でチャンネル領域の一方側に接して
形成された第2導電型のソース領域と、半導体層内でチ
ャンネル領域の他方側に接して形成された第2導電型の
ドレイン領域と、少なくともチャンネル領域内でソース
領域近傍の下層部に結晶欠陥が導入された結晶欠陥領域
と、チャンネル領域上に形成されたゲート誘電体薄膜と
、誘電体薄膜上に形成されたゲート電極とを含んでいる
。
[作用]
本発明の1つの態様によるSO[−MOSFETにおい
ては、約1500Å以下の厚さの半導体層内で、チャン
ネル領域より高い不純物濃度を有する第1導電型のキャ
リア蓄積領域がチャンネル領域の少なくとも一部に接す
るようにソース領域下の少なくとも一部の領域に形成さ
れている。したがって、衝突電離によってチャンネル領
域内で発生した余剰の第1導電型のキャリアがチャンネ
ル領域から除去されてキャリア蓄積領域内に吸収蓄積さ
れるので、SOI−MOSFETにおけるソース・ドレ
イン間の耐圧が改善される。
ては、約1500Å以下の厚さの半導体層内で、チャン
ネル領域より高い不純物濃度を有する第1導電型のキャ
リア蓄積領域がチャンネル領域の少なくとも一部に接す
るようにソース領域下の少なくとも一部の領域に形成さ
れている。したがって、衝突電離によってチャンネル領
域内で発生した余剰の第1導電型のキャリアがチャンネ
ル領域から除去されてキャリア蓄積領域内に吸収蓄積さ
れるので、SOI−MOSFETにおけるソース・ドレ
イン間の耐圧が改善される。
本発明のもう1つの態様によるSOI−MOSFETに
おいては、少なくとも第1導電型のチャンネル領域内で
ソース領域近傍の下層部に結晶欠陥領域が導入されてい
る。したがって、衝突電離によってチャンネル領域内で
発生した余剰の第1導電型のキャリアが結晶欠陥領域内
で第2導電型のキャリアと素早く再結合して消失するの
で、SOI−MOSFETにおけるソース・ドレイン間
の耐圧が改善される。
おいては、少なくとも第1導電型のチャンネル領域内で
ソース領域近傍の下層部に結晶欠陥領域が導入されてい
る。したがって、衝突電離によってチャンネル領域内で
発生した余剰の第1導電型のキャリアが結晶欠陥領域内
で第2導電型のキャリアと素早く再結合して消失するの
で、SOI−MOSFETにおけるソース・ドレイン間
の耐圧が改善される。
[実施例]
第1図を参照して、本発明の一実施例による薄膜SOI
−MO,5FETが断面図で示されている。
−MO,5FETが断面図で示されている。
シリコン基板1上には絶縁体層2が形成されており、絶
縁体層2上に厚さが約500A−150OAのシリコン
薄膜3の島が形成されている。低いp型不純物濃度(た
とえば、1016−10”atoms/cm3)を有す
るチャンネル領域6がシリコン層3内に形成されており
、高いn型不純物濃度(たとえば、10”−1027a
t。
縁体層2上に厚さが約500A−150OAのシリコン
薄膜3の島が形成されている。低いp型不純物濃度(た
とえば、1016−10”atoms/cm3)を有す
るチャンネル領域6がシリコン層3内に形成されており
、高いn型不純物濃度(たとえば、10”−1027a
t。
ms/cm”)を有するソース領域7とドレイン領域8
がそれぞれチャンネル領域8の一方側と他方側に接する
ようにシリコン層3の上層部に形成されている。ソース
領域7とドレイン領域8の下の層には、高いp型不純物
濃度(たとえば、1゜” −10” a toms/c
maのボロン)を有するキャリア蓄積領域9aと108
がそれぞれ形成されており、これらのキャリア蓄積領域
9aと10aもチャンネル層6に接している。
がそれぞれチャンネル領域8の一方側と他方側に接する
ようにシリコン層3の上層部に形成されている。ソース
領域7とドレイン領域8の下の層には、高いp型不純物
濃度(たとえば、1゜” −10” a toms/c
maのボロン)を有するキャリア蓄積領域9aと108
がそれぞれ形成されており、これらのキャリア蓄積領域
9aと10aもチャンネル層6に接している。
チャンネル領域6上にはゲート誘電体薄膜4が形成され
ており、誘電体薄膜4上にゲート電極5が形成されてい
る。シリコン層3とゲート電極5は層間絶縁膜]1によ
って覆われている。層間絶縁膜11にはコンタクトホー
ル1.2a、12bなどが開けられ、それぞれのコンタ
クトホールに対応する導電体13a、1.3bなどか形
成されている。
ており、誘電体薄膜4上にゲート電極5が形成されてい
る。シリコン層3とゲート電極5は層間絶縁膜]1によ
って覆われている。層間絶縁膜11にはコンタクトホー
ル1.2a、12bなどが開けられ、それぞれのコンタ
クトホールに対応する導電体13a、1.3bなどか形
成されている。
なお、シリコン層3の上層部のソース領域7とドレイン
領域8は、ゲート電極5をマスクとして用いながらn型
不純物を低エネルギで浅くイオン注入することによって
自己整合的に形成され得る。
領域8は、ゲート電極5をマスクとして用いながらn型
不純物を低エネルギで浅くイオン注入することによって
自己整合的に形成され得る。
同様に、シリコラ層3の下層部のキャリア蓄積領域9a
と10 aは、p型不純物を高エネルギで深くイオン注
入することによって容易に形成され得る。
と10 aは、p型不純物を高エネルギで深くイオン注
入することによって容易に形成され得る。
第1図の薄膜SOI−MOSFETにおいては、衝突電
離によって余剰の正孔がチャンネル領域6内に発生して
も、ゲート電圧によって全体が空乏層化してポテンシャ
ルの上昇している薄いチャンネル領域6からポテンシャ
ルの低いキャリア蓄積領域9a、10a内に余剰の正孔
が流入して蓄積される。したがって、衝突電離によって
生じた余剰の正孔がチャンネル領域6内に蓄積されるこ
とがなく、ソース領域7からチャンネル領域6への電子
の注入の急激な増大を誘発しない。すなわち、薄膜SO
I−MOSFETにおけるソース・ドレイン間の耐圧が
改善されることになる。
離によって余剰の正孔がチャンネル領域6内に発生して
も、ゲート電圧によって全体が空乏層化してポテンシャ
ルの上昇している薄いチャンネル領域6からポテンシャ
ルの低いキャリア蓄積領域9a、10a内に余剰の正孔
が流入して蓄積される。したがって、衝突電離によって
生じた余剰の正孔がチャンネル領域6内に蓄積されるこ
とがなく、ソース領域7からチャンネル領域6への電子
の注入の急激な増大を誘発しない。すなわち、薄膜SO
I−MOSFETにおけるソース・ドレイン間の耐圧が
改善されることになる。
なお、特開昭62−193170および特開昭62−1
931−71は、厚さ約5000人のシリコン層を有す
る通常のSOI−MOSFETにおいて第1図のSol
−MOSFETと類似の構造を開示している。しかし、
特開昭62−193170と特開昭62−193171
は、絶縁体基板とチャンネル領域との界面近傍にバック
チャンネルが生じるのを防止することを目的としている
。
931−71は、厚さ約5000人のシリコン層を有す
る通常のSOI−MOSFETにおいて第1図のSol
−MOSFETと類似の構造を開示している。しかし、
特開昭62−193170と特開昭62−193171
は、絶縁体基板とチャンネル領域との界面近傍にバック
チャンネルが生じるのを防止することを目的としている
。
第2図を参照して、本発明のもう1つの実施例による薄
膜Sol−MOSFETが断面図で示されている。第2
図の薄膜SOI−MOSFETは第1図のものに類似し
ているが、第2図において]2 はソース領域7下にのみキャリア蓄積領域9aが設けら
れており、ドレイン領域8はシリコン層3の底部にまで
及んでいる。
膜Sol−MOSFETが断面図で示されている。第2
図の薄膜SOI−MOSFETは第1図のものに類似し
ているが、第2図において]2 はソース領域7下にのみキャリア蓄積領域9aが設けら
れており、ドレイン領域8はシリコン層3の底部にまで
及んでいる。
ソース領域7とドレイン領域8の上層部とには、ゲート
電極5をマスクとして用いながら、n型不純物が高濃度
(たとえば、10’ ” =1020atOms/cm
”)に低エネルギでイオン注入される。続いて、ドレイ
ン領域8の下層部を形成するために、n型不純物が低濃
度(たとえば、10” 7a t oms/cm3)に
高エネルギでイオン注入される。その後、ドレイン領域
8をレジストマスクで覆い、ソース領域7下の層にp型
不純物が高濃度(たとえば、10” −10’ ” a
t。
電極5をマスクとして用いながら、n型不純物が高濃度
(たとえば、10’ ” =1020atOms/cm
”)に低エネルギでイオン注入される。続いて、ドレイ
ン領域8の下層部を形成するために、n型不純物が低濃
度(たとえば、10” 7a t oms/cm3)に
高エネルギでイオン注入される。その後、ドレイン領域
8をレジストマスクで覆い、ソース領域7下の層にp型
不純物が高濃度(たとえば、10” −10’ ” a
t。
ms/cm3)に高エネルギでイオン注入される。
こうして、第2図に示す構造を有するシリコン層3が形
成され得る。
成され得る。
第2図の薄膜Sol−MO5FETにおいては、高いn
型不純物濃度のドレイン領域8が高いn型不純物濃度の
キャリア蓄積領域と直接接触することがないので、ドレ
イン9の接合耐圧の劣化に起因するソース・ドレイン間
の耐圧低下を生じるおそれがない。
型不純物濃度のドレイン領域8が高いn型不純物濃度の
キャリア蓄積領域と直接接触することがないので、ドレ
イン9の接合耐圧の劣化に起因するソース・ドレイン間
の耐圧低下を生じるおそれがない。
第3A図ないし第3E図は本発明のさらにもう1つの実
施例によるSOI−MOSFETの構造と製造方法を説
明するための断面図である。
施例によるSOI−MOSFETの構造と製造方法を説
明するための断面図である。
第3A図を参照して、シリコン基板1上に絶縁体層2が
形成され、絶縁体層2上には低い(たとえば、10”
−10” a t oms/cm’ )n型不純物濃度
のシリコン薄膜3が島状に形成される。このシリコン薄
膜の島3は他の島(図示せず)から電気的に分離されて
いる。
形成され、絶縁体層2上には低い(たとえば、10”
−10” a t oms/cm’ )n型不純物濃度
のシリコン薄膜3が島状に形成される。このシリコン薄
膜の島3は他の島(図示せず)から電気的に分離されて
いる。
第3B図を参照して、シリコン層3上に薄いゲート誘電
体膜4が形成され、ゲート誘電体薄膜4上にゲート電極
5が形成される。その後、ゲート電極5をマスクとして
用いながら、p型不純物17a(たとえば、ボロン)を
シリコン層3の下層部にイオン注入することによって、
高不純物濃度(たとえば、10”、’−10” a t
oms/’cm3)のキャリア蓄積領域9bと10b
が形成される。
体膜4が形成され、ゲート誘電体薄膜4上にゲート電極
5が形成される。その後、ゲート電極5をマスクとして
用いながら、p型不純物17a(たとえば、ボロン)を
シリコン層3の下層部にイオン注入することによって、
高不純物濃度(たとえば、10”、’−10” a t
oms/’cm3)のキャリア蓄積領域9bと10b
が形成される。
第3C図を参照して、同じくゲート電極5をマスクとし
て用いなから、n型不純物18(たとえば、リン)をシ
リコン層3の上層部にイオン注入することによって、中
程度の不純物濃度(たとえば 1017−コ、0” 8
a t oms/cm3)の付加的ソース領域7aと付
加的ドレイン領域8aが形成される。
て用いなから、n型不純物18(たとえば、リン)をシ
リコン層3の上層部にイオン注入することによって、中
程度の不純物濃度(たとえば 1017−コ、0” 8
a t oms/cm3)の付加的ソース領域7aと付
加的ドレイン領域8aが形成される。
第3D図を参照して、シリコン層3とゲート電極5を覆
うようにシリコン酸化膜(図示せず)がCVD (化学
気相析出)法によって堆積される。
うようにシリコン酸化膜(図示せず)がCVD (化学
気相析出)法によって堆積される。
その堆積された酸化膜に反応性イオンエツチングを施す
ことによって、ゲート電極5の側壁に絶縁体壁14が残
される。その後、ゲート電極5と絶縁体壁14をマスク
として用いながら、n型の不純物17b(たとえば、砒
素)をシリコン層3の全厚さに及んでイオン注入するこ
とによって、高不純物濃度(たとえば、1019 10
21 atoms/cm3)を有するソース領域7とド
レイン領域8か形成される。
ことによって、ゲート電極5の側壁に絶縁体壁14が残
される。その後、ゲート電極5と絶縁体壁14をマスク
として用いながら、n型の不純物17b(たとえば、砒
素)をシリコン層3の全厚さに及んでイオン注入するこ
とによって、高不純物濃度(たとえば、1019 10
21 atoms/cm3)を有するソース領域7とド
レイン領域8か形成される。
第3E図を参照して、シリコン層3およびゲト電極5を
覆うように層間絶縁膜11か形成される。層間絶縁膜1
1にはコンタクトホール12a。
覆うように層間絶縁膜11か形成される。層間絶縁膜1
1にはコンタクトホール12a。
12bなどが開けられ、それらのコンタクトホールに対
応する導電体13a、13bなどが形成された薄膜So
l−MOSFETが完成する。
応する導電体13a、13bなどが形成された薄膜So
l−MOSFETが完成する。
第3E図の薄膜Sol−MO5FETは、キャリア蓄積
領域9b、10bを備えているのみならず、付加的なL
DD(Lightly Doped Drain)
8aをも備えている。LDD9aは、ドレイン近傍の電
界を緩和するので、チャンネル領域6内に余剰の正孔を
発生させる衝突電離自体を減少させるように寄与する。
領域9b、10bを備えているのみならず、付加的なL
DD(Lightly Doped Drain)
8aをも備えている。LDD9aは、ドレイン近傍の電
界を緩和するので、チャンネル領域6内に余剰の正孔を
発生させる衝突電離自体を減少させるように寄与する。
また、LDD9aは、高いp型不純物濃度のキャリア蓄
積領域10bが存在することによるドレインの接合耐圧
の低下をも防止するように寄与する。すなわち、キャリ
ア蓄積領域9bおよび10bは、それぞれ付加的ソース
領域7aおよび付加的ドレイン領域8aとともに薄膜S
OI−MOSFETへ組込まれることによって、ソース
・ドレイン間の耐圧を一層改善することになる。
積領域10bが存在することによるドレインの接合耐圧
の低下をも防止するように寄与する。すなわち、キャリ
ア蓄積領域9bおよび10bは、それぞれ付加的ソース
領域7aおよび付加的ドレイン領域8aとともに薄膜S
OI−MOSFETへ組込まれることによって、ソース
・ドレイン間の耐圧を一層改善することになる。
なお、キャリア蓄積領域9bおよび10bは、それぞれ
ソース領域7の下層部およびドレイン領域8の下層部に
延び込んでいてもよいことが当業者にとって容易に理解
されよう。
ソース領域7の下層部およびドレイン領域8の下層部に
延び込んでいてもよいことが当業者にとって容易に理解
されよう。
第4図を参照して、本発明のさらにもう1つの実施例に
よる薄膜SO■−MOSFETが断面図で示されている
。第4図の薄膜Sol−MOSFETは、第3E図のも
のと類似しているが、第4図においては付加的ソース領
域7a下にのみキャリア蓄積領域9bが設けられており
、付加的ドレイン領域8a下にはキャリア蓄積領域が設
けられていない。したがって、第4図の薄膜SOI−M
OSFETにおいては、ドレインの接合耐圧が劣化する
おそれがない。
よる薄膜SO■−MOSFETが断面図で示されている
。第4図の薄膜Sol−MOSFETは、第3E図のも
のと類似しているが、第4図においては付加的ソース領
域7a下にのみキャリア蓄積領域9bが設けられており
、付加的ドレイン領域8a下にはキャリア蓄積領域が設
けられていない。したがって、第4図の薄膜SOI−M
OSFETにおいては、ドレインの接合耐圧が劣化する
おそれがない。
第5図を参照して、本発明のさらにもう1つの実施例に
よる薄膜SOI−MOSFETが断面図で示されている
。第5図の薄膜SOI−MO5FETは第2図のものに
類似しているが、第5図においては絶縁体壁14が設け
られており、ソース領域7とドレイン領域8の上表面か
らそれぞれ厚さの不均一なチタンシリサイド層20aと
20bが自己整合的に形成されている。チタンシリサイ
ド層の厚さは熱処理によって不均一にすることができる
。
よる薄膜SOI−MOSFETが断面図で示されている
。第5図の薄膜SOI−MO5FETは第2図のものに
類似しているが、第5図においては絶縁体壁14が設け
られており、ソース領域7とドレイン領域8の上表面か
らそれぞれ厚さの不均一なチタンシリサイド層20aと
20bが自己整合的に形成されている。チタンシリサイ
ド層の厚さは熱処理によって不均一にすることができる
。
この不均一なチタンシリサイド層20aは局所的にキャ
リア蓄積領域9aの深さまで届いている。
リア蓄積領域9aの深さまで届いている。
したがって、キャリア蓄積領域9aに蓄積された余剰の
正孔はチタンシリサイド層20と導電体13aを介して
除去することが可能である。その結果、衝突電離によっ
て発生した余剰の正孔をさらに効率良く迅速にチャンネ
ル領域6から除去することができ、ソースφドレイン間
の耐圧が一層改善される。また、チタンシリサイド層2
0aおよび20bは、それぞれソース領域7およびドレ
イン領域8の導電性をも改善する。
正孔はチタンシリサイド層20と導電体13aを介して
除去することが可能である。その結果、衝突電離によっ
て発生した余剰の正孔をさらに効率良く迅速にチャンネ
ル領域6から除去することができ、ソースφドレイン間
の耐圧が一層改善される。また、チタンシリサイド層2
0aおよび20bは、それぞれソース領域7およびドレ
イン領域8の導電性をも改善する。
なお、ゲート電極5がポリシリコンで形成されている場
合には、ゲート電極の導電性を改善するために、ゲート
電極5の上表面にもチタンシリサイド層を形成してもよ
いことが当業者にとって明らかであろう。
合には、ゲート電極の導電性を改善するために、ゲート
電極5の上表面にもチタンシリサイド層を形成してもよ
いことが当業者にとって明らかであろう。
第6図を参照して、本発明のさらにもう1つの実施例に
よる薄膜SOI−MOSFETが断面図で示されている
。第6図の薄膜SO■−MOSFETは第5図のものに
類似しているが、第6図においてはチタンシリサイド層
20aおよび20bのそれぞれの代わりにアロイスパイ
ク21aおよび21bが形成されている。導電体13a
および13bがアルミニウムで形成されているとき、シ
リコン層3と反応させることによって、それらの導電体
下にアロイスパイク21aおよび21bを形成すること
ができるのである。この場合も、キャリア蓄積領域9a
がアロイスパイク21aを介して導電体13、aへ電気
的に接続されるので、キャリア蓄積領域9aに蓄積され
た余剰の正孔を除去することができる。
よる薄膜SOI−MOSFETが断面図で示されている
。第6図の薄膜SO■−MOSFETは第5図のものに
類似しているが、第6図においてはチタンシリサイド層
20aおよび20bのそれぞれの代わりにアロイスパイ
ク21aおよび21bが形成されている。導電体13a
および13bがアルミニウムで形成されているとき、シ
リコン層3と反応させることによって、それらの導電体
下にアロイスパイク21aおよび21bを形成すること
ができるのである。この場合も、キャリア蓄積領域9a
がアロイスパイク21aを介して導電体13、aへ電気
的に接続されるので、キャリア蓄積領域9aに蓄積され
た余剰の正孔を除去することができる。
ところで、第5図と第6図においてはドレイン領域8下
にキャリア蓄積領域か設けられていないので、不拘−厚
さのチタンシリサイド層20bやアロイスパイク21b
によってドレインの接合破壊を生じることがない。
にキャリア蓄積領域か設けられていないので、不拘−厚
さのチタンシリサイド層20bやアロイスパイク21b
によってドレインの接合破壊を生じることがない。
また、キャリア蓄積領域9aに蓄積された余剰の正孔を
除去するためには、コンタクトホール12aをオーバエ
ツチングして導電体13aをキャリア蓄積領域9aとソ
ース領域7の双方に直接接続してもよい。
除去するためには、コンタクトホール12aをオーバエ
ツチングして導電体13aをキャリア蓄積領域9aとソ
ース領域7の双方に直接接続してもよい。
第7図を参照して、本発明のさらにもう1つの実施例に
よる薄膜SOI−MOSFETが断面図で示されている
。第7図の薄膜SOI−MOSFETは第2図のもの類
似しているが、キャリア蓄積領域9aの代わりに、ソー
ス領域7の下層部とチャンネル領域6の下層部でソース
領域7の近傍に結晶欠陥が導入された結晶欠陥領域9C
が設けられている。このような欠陥領域9cは、たとえ
ばレジストパターンをマスクとして用いながらのシリコ
ンや酸素のイオン注入、FIB (focused
ion beam)法、レーザビーム照射などによっ
て形成することができる。
よる薄膜SOI−MOSFETが断面図で示されている
。第7図の薄膜SOI−MOSFETは第2図のもの類
似しているが、キャリア蓄積領域9aの代わりに、ソー
ス領域7の下層部とチャンネル領域6の下層部でソース
領域7の近傍に結晶欠陥が導入された結晶欠陥領域9C
が設けられている。このような欠陥領域9cは、たとえ
ばレジストパターンをマスクとして用いながらのシリコ
ンや酸素のイオン注入、FIB (focused
ion beam)法、レーザビーム照射などによっ
て形成することができる。
第7図の薄膜SOI−MOSFETにおいては、衝突電
離によって余剰の正孔がチャンネル層6内で生じても、
欠陥領域9C内で電子と再結合して消滅する。したがっ
て、チャンネル領域6内に余剰の正孔が蓄積されず、ソ
ース・ドレイン間の耐圧が改善される。
離によって余剰の正孔がチャンネル層6内で生じても、
欠陥領域9C内で電子と再結合して消滅する。したがっ
て、チャンネル領域6内に余剰の正孔が蓄積されず、ソ
ース・ドレイン間の耐圧が改善される。
しかし欠陥領域9cは、チャンネル領域6とドレイン領
域8との境界近傍、すなわちチャンネル領域6とドレイ
ン領域8との界面に生じる空乏層に及ぶように形成され
てはならない。なぜならば、結晶欠陥を通して空乏層か
ら多量のリーク電流が生じ、トランジスタ特性を劣化さ
せるからである。
域8との境界近傍、すなわちチャンネル領域6とドレイ
ン領域8との界面に生じる空乏層に及ぶように形成され
てはならない。なぜならば、結晶欠陥を通して空乏層か
ら多量のリーク電流が生じ、トランジスタ特性を劣化さ
せるからである。
しかし、ソース領域7とチャンネル領域6との界面を横
切って欠陥領域9cが形成されても、半導体接合が順方
向にバイアスされるので特に不都合を生じることはない
。もちろん、欠陥領域9Cをソース領域7内にまで延び
込ませずに形成してもよい。但し、欠陥領域9Cはチャ
ンネル領域6の上層部に及ばないのが望ましい。なぜな
らば、キャリアが流れるチャンネル部に欠陥領域が及べ
ば、キャリアの移動度が低下してトランジスタの電流駆
動能力が低下するおそれがあるからである。
切って欠陥領域9cが形成されても、半導体接合が順方
向にバイアスされるので特に不都合を生じることはない
。もちろん、欠陥領域9Cをソース領域7内にまで延び
込ませずに形成してもよい。但し、欠陥領域9Cはチャ
ンネル領域6の上層部に及ばないのが望ましい。なぜな
らば、キャリアが流れるチャンネル部に欠陥領域が及べ
ば、キャリアの移動度が低下してトランジスタの電流駆
動能力が低下するおそれがあるからである。
ところで、シリコン層3の下層部に形成された欠陥領域
9Cは不純物金属原子などを吸収するゲッタリング効果
を生じるので、シリコン層3の上層部の結晶性が向上す
る。
9Cは不純物金属原子などを吸収するゲッタリング効果
を生じるので、シリコン層3の上層部の結晶性が向上す
る。
また、欠陥領域9cは約5000A厚さのシリコン層を
有する通常のSOI−MOSFETにも有益であって、
前述のキング効果の防止などに寄与する。
有する通常のSOI−MOSFETにも有益であって、
前述のキング効果の防止などに寄与する。
なお、以上の種々の実施例は、nチャンネル型のSOI
−MOSFETについて説明したが、本発明はpチャン
ネル型のSOI−MOSF、ETについても適用し得る
ことが当業者にとって明らかであろう。また、シリコン
層3は他の半導体層であっちでよいことが明らかであろ
う。
−MOSFETについて説明したが、本発明はpチャン
ネル型のSOI−MOSF、ETについても適用し得る
ことが当業者にとって明らかであろう。また、シリコン
層3は他の半導体層であっちでよいことが明らかであろ
う。
[発明の効果コ
以上のように、本発明によれば、キャリア蓄積領域また
は結晶欠陥領域を設けることによってチャンネル領域と
同一の導電型の余剰のキャリアをそのチャンネル領域か
ら除去することができるので、ソース・ドレイン間の耐
圧の改善された薄膜So I−MOSFETを提供する
ことができる。
は結晶欠陥領域を設けることによってチャンネル領域と
同一の導電型の余剰のキャリアをそのチャンネル領域か
ら除去することができるので、ソース・ドレイン間の耐
圧の改善された薄膜So I−MOSFETを提供する
ことができる。
第1図は本発明の一実施例による薄膜SOIMO5FE
Tを示す断面図である。 第2図は、もう1の実施例を示す断面図である。 第3A図ないし第3E図は、さらにもう1つの実施例に
よる薄膜SOI−MOSFETの構造と製造方法を説明
するための断面図である。 第4図ないし第7図は、他の実施例を示す断面図である
。 第8図は、従来のSOI−MOSFETを示す断面図で
ある。 図において、1はシリコン基板、2は絶縁体層、3はシ
リコン層、4はゲート誘電体薄膜、5はゲト電極、6は
チャンネル領域、7はソース領域、7aは付加的ソース
領域、8aは付加的ドレイン領域、8はドレイン領域、
9a、9b、10aおよび10bはキャリア蓄積領域、
9Cは結晶欠陥領域、11は層間絶縁膜、12aと12
bはコンタクトホール、そして13aと]−3bは導電
体を示す。 なお、各図において、 は相当部分を示す。 同一符号は同一内容また
Tを示す断面図である。 第2図は、もう1の実施例を示す断面図である。 第3A図ないし第3E図は、さらにもう1つの実施例に
よる薄膜SOI−MOSFETの構造と製造方法を説明
するための断面図である。 第4図ないし第7図は、他の実施例を示す断面図である
。 第8図は、従来のSOI−MOSFETを示す断面図で
ある。 図において、1はシリコン基板、2は絶縁体層、3はシ
リコン層、4はゲート誘電体薄膜、5はゲト電極、6は
チャンネル領域、7はソース領域、7aは付加的ソース
領域、8aは付加的ドレイン領域、8はドレイン領域、
9a、9b、10aおよび10bはキャリア蓄積領域、
9Cは結晶欠陥領域、11は層間絶縁膜、12aと12
bはコンタクトホール、そして13aと]−3bは導電
体を示す。 なお、各図において、 は相当部分を示す。 同一符号は同一内容また
Claims (2)
- (1)絶縁体基板と、 前記絶縁体基板上に形成された約1500Å以下の厚さ
の半導体層と、 前記半導体層内に形成された第1導電型のチャンネル領
域と、 前記半導体層内で前記チャンネル領域の一方側に接して
形成された第2導電型のソース領域と、前記半導体層内
で前記チャンネル領域の他方側に接して形成された第2
導電型のドレイン領域と、前記半導体層内で前記チャン
ネル領域の少なくとも一部に接するように前記ソース領
域下の少なくとも一部の領域に形成され、かつ前記チャ
ンネル領域より高い不純物濃度を有する第1導電型のキ
ャリア蓄積領域と、 前記チャンネル領域上に形成されたゲート誘電体薄膜と
、 前記誘電体薄膜上に形成されたゲート電極とを含むこと
を特徴とする絶縁体基板上の半導体層に形成されたMO
S型電界効果トランジスタ。 - (2)絶縁体基板と、 前記絶縁体基板上に形成された半導体層と、前記半導体
層内に形成された第1導電型のチャンネル領域と、 前記半導体層内で前記チャンネル領域の一方側に接して
形成された第2導電型のソース領域と、前記半導体層内
で前記チャンネル領域の他方側に接して形成された第2
導電型のドレイン領域と、少なくとも前記チャンネル領
域内で前記ソース領域近傍の下層部に結晶欠陥が導入さ
れた結晶欠陥領域と、 前記チャンネル領域上に形成されたゲート誘電体薄膜と
、 前記誘電体薄膜上に形成されたゲート電極とを含むこと
を特徴とする絶縁体基板上の半導体層に形成されたMO
S型電界効果トランジスタ。
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