JPH0330371A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0330371A
JPH0330371A JP16426889A JP16426889A JPH0330371A JP H0330371 A JPH0330371 A JP H0330371A JP 16426889 A JP16426889 A JP 16426889A JP 16426889 A JP16426889 A JP 16426889A JP H0330371 A JPH0330371 A JP H0330371A
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crystal silicon
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Tadashi Nishimura
正 西村
Yasuaki Inoue
靖朗 井上
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体装置に関し、特に′f@縁層上層上結
晶シリコン層を有する、いわゆる5ol(Stlico
n on 1nsulation)構造のMOS F 
F、Tの特性向上に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、Sol構造のMOSFETは基板を含めた素子
の完全分離が実現でき、CMO3構成を採った際にn9
5域、p領域を近づけてもラッチアップが生じず、信頼
性の高いデバイスを実現できるので各所で研究開発が盛
んである。
とりわけシリコン層の厚みが0.3μm〜0゜1μm程
度に薄くなると形状効果によってMOSFETの駆動能
力やサブスレッショルド特性が向上することが原理的に
示されている。
第4図ないし第6図はそのような薄膜SO1/MOS 
F ETの特長、特性を端的に示したものである。
即ち、第4図fa)は基板シリコンのMOSトランジス
タの断面図、第4図(b)は三種管領域のキャリアの移
動の様子、及び第4図(C)は五掻管領域でのキャリア
の移動の様子を示しており、図において、21はシリコ
ン基板、22はゲート1橿、23はソース電極、24は
ドレイン電橋である。第4図(C1に示すようにドレイ
ン領域端でインパクトイオン化が起こり、電子ホールペ
アーが生成され、電子はドレイン領域に吸い込まれ、一
部の他の場所で発生した電子ホールベアーが下方からき
ている様子を示している。また、ホールは基板21へ流
れている。
また、第5図fa)は従来の厚いSol構造のMOSト
ランジスタの断面とインパクトイオン化で生じたホール
の動きを示す図であり、第5図(b)にその電流−電圧
特性を示す。図において、22はゲート1橿、25は単
結晶シリコン層、26は絶縁膜、27はシリコン基板で
ある。図に示すように、ドレイン端でのインパクトイオ
ン化で生じたホールは行き場がなく基板の下部に溜まり
、このために電位が上昇する。従って、この場合におい
ては第5図(b)に示すように電流−電圧特性が折れ曲
がったようになり (キンク)電流が増大してしまう。
そこで、上記第5図(a)に示したSol構造MOSト
ランジスタによる問題点を改善するために単結晶シリコ
ン層25の厚みを薄く形成したものを第6図(a)に示
す。本構造では単結晶シリコン層25の厚みは0.1μ
m程度と薄く、このためゲートからの電界に強くコント
ロールされるので、効率よく可動を荷が生成でき電流は
多く流れる。インパクトイオン化で生成されたホールも
溜まり場がないためにソース領域側に注入されやすいと
いう利点がある。また、第6図(b)に本構造の素子の
t流−電圧特性を示す。
しかしながら、この構造における問題点はホールがスム
ースに注入されるかわりに電子もソースから注入されや
すく、−度注入された電子はドI/イン端に達するとさ
らにインパクトイオン化を起こし多量のホールを生成し
、正帰還が起きてしまうという問題点がある。この現象
はゲートに電圧がかかっていない方がドレイン端の電界
が強いために起こり易くなる。従ってこれによりOFF
耐圧が低下するということになる。また、第7図は短チ
ヤネル化したSol/MO3FETの典型的な電流−電
圧特性を示す図である。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上のように、従来の薄膜Sol構造MO3)ランジス
タにおいては、第7図に示すようにチャネル長が短くな
ってくると、ドレイン端でのインパクトイオン化で生じ
たホールがソース側へ拡散し、チャネル部の電位を上げ
て、さらにチャネル電流を増加させるとともにソースか
ら電子の注入を誘ってバイポーラ動作を起こし、正帰還
的に電流が流れてブレイクダウンを起こすという問題点
があることが鋭意、研究の結果わかってきた。この現象
はしきい値電圧の変化を誘うことから特にサブスレッシ
ョルド領域から弱反転状態で最も顕著に効果が現れ、O
FF耐圧が低下し、回路動作に重大な支障をきたすこと
がわかった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、耐圧を向上できるとともに、高い電流駆動能
力を得ることができる薄膜Sol構造MO8)ランジス
タからなる半導体装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体装置は、第1導電形のシリコン基
板の一主面上に絶縁膜を介して薄い単結晶シリコン層を
有するSol構造のMO3I−ランジスタにおいて、単
結晶シリコン層の上面から下面に達するソース、ドレイ
ン領域としての第2導電形の高濃度不純物拡散領域と、
これらの領域に対しその内側でこれらに隣接する単結晶
シリコン層内、及びソース領域とドレイン領域の中間付
近に位置するゲート電極直下の単結晶シリコン層の一部
に、上面から下面に達して形成した上記の高濃度不純物
拡散領域よりもやや濃度の低い同種導電形を与える不純
物をドープした低濃度不純物拡散領域とを備えることを
特徴とするものである。
〔作用〕
この発明においては、以上のように、高濃度拡散層であ
るドレイン、ソース領域間の中間に掻く狭い低濃度拡散
層を設けるような構造としたので、短チャネルMO3I
−ランジスタが2ケ接続された構造となり、薄膜Sol
/MO5)ランジスタの微細化において耐圧の低下を抑
制することができるとともに高い電流駆動能力を得るこ
とができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図(a)、 (b)は本発明の一実施例による半導
体装置の断面図、及び平面図を示し、図において、1は
p型ci 00)のシリコン基板、2は厚さ5000人
のSiO□層からなる埋込み絶縁膜、20は厚さ1oo
o人からなる表面単結晶シリコン層、3a23bはソー
スドレイン領域で砒素が1g !0/c−3ドープされ
たn゛型領領域4a、4bは砒素が10 ”/ct*”
ドープされたn −61域、いわゆるLDDml域、5
は本発明によるn−81域で、IQ l 9 / cr
s3程度に砒素がドープされている。6a。
6bはp”チャネル領域であり、例えばn−tJU域5
は0.2μm1その左側のp−チャネル領域6aは0.
3μm、右側のp−チャネル領域6bは0.3μmで、
従ってゲート電極9は0.8μmに設定されている。8
はゲート酸化膜、lOはLDD形成用サイドウオール、
11は眉間絶縁膜、12はAll配線である。
さて、このSo I/MO3FETをドレインに5v印
加させて動作させて、この発明の効果を示す前に、基本
的な電流−電圧特性を第2図fa)、 (blに示す。
第2図(a)は通常のチャネル長0.8μmのSo I
/MO3FET、第2図(blはチャネル長0.3μm
のSol/MO3FETの場合の電流−電圧特性であり
、これらの図かられかるようにドレイン電圧vD−5v
印加時には0.8μmのSOI/MOSFETは0 、
F F耐圧がもたず、正常動作が得られない。チャネル
長0.3μmのSOf/MOSFETも5v印加時には
同様に動作できない、しかし、チャネル長0.3μmの
ものではドレイン電圧■。−2,5Vでは正常動作し、
かつドレイン電流はチャネル長0.8μmの5V動作時
より多いことがわかる。本発明はこの両者の特徴を利用
したもので、第3図に示すようにチャネル長0.8μm
のゲート下にチャネル長O03μmのMO3)ランジス
タを2個直列に接続したことになる。5Vを印加した時
、右側のチャネル長が0.3.umMO3FETはOF
F時の耐圧がもたず電流が流れるが、このために電位が
低下し、左側のMOSFETには2.5V以下のドレイ
ン電圧しかかからない。従って、全体としてOFF時に
は電流は流れず、ON時には右側はやはりブレイクダウ
ンしているが、ドレイン電圧が低下するので、左側のM
OSFETは正常動作し、かつ右側はブレイクダウン状
態なので、電流駆動能力は左側のMOSFETの基本特
性で決定される。この特性は第2図山)に示したように
0.3μmのMOS F ETの特性であり、ドレイン
電圧の低下をおぎなって、さらにそれ以上の特性を得る
ことができるのである。
以上のように、この発明によれば薄膜Sol/MO3F
ETの微細化において、ゲート中に中間ドレインを形成
し、短チャネルMO3FETを2ヶ直列接続するような
構造としたので、耐圧の低下を抑制でき、かつ高い電流
駆動能力が得られる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、m1導電形のシリコン
基板上に絶縁膜を介して形成した単結晶シリコン層中に
形成した第2導電形の高濃度不純物拡散層からなるドレ
イン・ソ°−ス間中間のゲート電橋直下の単結晶シリコ
ン層中に極く狭い第2導電形の低濃度不純物拡散層を設
けるようにしたので、ゲート中に中間ドレインを設けて
短チャネルMO3FETを2ヶ直列接続するような構造
となり、薄膜Sol/MO3FETの微細化において、
耐圧の低下を抑制し、かつ高い電流駆動能力を得られる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)はそれぞれ本発明の一実施例に
よる半導体装置の断面図、及び平面図、第2図(a)。 (b)はそれぞれチャネル長0.8μm及び0.3μm
のSol/MO5FETの電流−電圧特性を示す図、第
3図は本発明の一実施例による半導体装置の動作時のポ
テンシャル分布を示す図、第4図(a)〜tc)はそれ
ぞれ基板シリコンのMOSトランジスタの断面図、二極
管領域のキャリアの移動の様子を示す図、及び五極管領
域でのキャリアの移動の様子を示す図、第5図(a)、
(1))はそれぞれ従来の厚膜Sol構造のMOSトラ
ンジスタの断面図とインパクトイオン化で生じたホール
の動きを示す図、及びこの構造の電流−電圧特性を示す
図、第6図fan、 (b)は薄膜Sol構造のMOS
トランジスタの断面図とインパクトイオン化で生じたホ
ールの動きを示す図、及びこの構造の電流−電圧特性を
示す図、第7図は従来の短チヤネル化したSOI構造の
MOSトランジスタの典型的な電流−電圧特性を示す図
である。 図において、1はp形シリコン基板、2は絶縁膜、3a
、3bはn 4 ’il域、4a、4b、5はn−領域
、(3a、5bはp−チャネル領域、8はゲート酸化膜
、9はゲート1橿、10はサイドウオール、11は眉間
絶縁膜、12はAxik!線である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電形のシリコン基板の一主面上に絶縁膜を
    介して設けた単結晶シリコン層を基体としたMOSFE
    Tの構造を含む半導体装置において、上記単結晶シリコ
    ン層の上面から下面に達して形成したソース、及びドレ
    イン領域としての第2導電形の高濃度不純物拡散領域と
    、 該ソース・ドレイン領域に対しその内側でこれらに隣接
    する単結晶シリコン層内、及び上記ソース領域とドレイ
    ン領域の中間付近に位置するゲート電極直下の単結晶シ
    リコン層内の一部に、上面から下面に達して形成した上
    記高濃度不純物拡散領域よりもやや濃度の低い同種導電
    形を与える不純物をドープした低濃度拡散領域とを備え
    たことを特徴とする半導体装置。
JP16426889A 1989-06-27 1989-06-27 半導体装置 Expired - Fee Related JPH0760901B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064090A (en) * 1996-01-17 2000-05-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a portion of gate electrode formed on an insulating substrate
US6693326B2 (en) 2000-04-04 2004-02-17 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device of SOI structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6064090A (en) * 1996-01-17 2000-05-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a portion of gate electrode formed on an insulating substrate
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