JPH04364074A - 絶縁ゲート電界効果トランジスタ - Google Patents
絶縁ゲート電界効果トランジスタInfo
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- JPH04364074A JPH04364074A JP13811191A JP13811191A JPH04364074A JP H04364074 A JPH04364074 A JP H04364074A JP 13811191 A JP13811191 A JP 13811191A JP 13811191 A JP13811191 A JP 13811191A JP H04364074 A JPH04364074 A JP H04364074A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタに関し、特に薄膜MOSトランジスタに関する
。
ンジスタに関し、特に薄膜MOSトランジスタに関する
。
【0002】
【従来の技術】従来の多結晶シリコンを使用した上部ゲ
ート型の薄膜MOSトランジスタの構造を図6に示す。 シリンコ基板601上に二酸化シリコン膜602を形成
し、更に多結晶シリコン薄膜603を堆積する。多結晶
シリコン薄膜603の結晶性、特に平均粒径は形成され
るトランジスタの特性に強い影響を与えることから、非
晶質シリコンをまず堆積し、600℃程度の温度で長時
間熱処理を行い粒径増大を図ることが多い。その後、ホ
トリソグラフィオー技術とイオンエッチング技術を用い
、多結晶シリコン薄膜603をパターニングした後、表
面にゲート酸化膜604を形成する。ゲート酸化膜の形
成は、多結晶シリコン薄膜603の表面を熱酸化する場
合と化学堆積法でシリコン酸化膜を堆積する場合がある
。その後、多結晶シリコンを全面に堆積し、拡散法ある
いはイオン注入法でリンなどを高濃度に多結晶シリコン
中にドープした後、ホトリソグラフィー技術とイオンエ
ッチング技術を用いパターニングし、多結晶シリコンゲ
ート電極605を形成する。ヒ素やリン(N型トランジ
スタの場合)あるいはボロンやBF2 (P型トランジ
スタの場合)のイオン注入によりドレイン領域606と
ソース領域607を形成すると多結晶シリコン薄膜MO
Sトランジスタの基本構造が形成される。図6の構造は
導電部である多結晶シリコン薄膜の上にゲート電極が有
ることから、上部ゲート型と呼ばれる。ドレイン端での
電界集中がトランジスタ特性の悪化、特に漏れ電流を増
加させる原因になる。それを避けるため、ゲート端付近
に不純物が注入されないオフセット領域608を設ける
方法が用いられている。その後、層間膜609を堆積し
、コンタクトホール610を形成し、配線金属を堆積し
ドレイン電極611d、ソース電極611Sを形成する
。
ート型の薄膜MOSトランジスタの構造を図6に示す。 シリンコ基板601上に二酸化シリコン膜602を形成
し、更に多結晶シリコン薄膜603を堆積する。多結晶
シリコン薄膜603の結晶性、特に平均粒径は形成され
るトランジスタの特性に強い影響を与えることから、非
晶質シリコンをまず堆積し、600℃程度の温度で長時
間熱処理を行い粒径増大を図ることが多い。その後、ホ
トリソグラフィオー技術とイオンエッチング技術を用い
、多結晶シリコン薄膜603をパターニングした後、表
面にゲート酸化膜604を形成する。ゲート酸化膜の形
成は、多結晶シリコン薄膜603の表面を熱酸化する場
合と化学堆積法でシリコン酸化膜を堆積する場合がある
。その後、多結晶シリコンを全面に堆積し、拡散法ある
いはイオン注入法でリンなどを高濃度に多結晶シリコン
中にドープした後、ホトリソグラフィー技術とイオンエ
ッチング技術を用いパターニングし、多結晶シリコンゲ
ート電極605を形成する。ヒ素やリン(N型トランジ
スタの場合)あるいはボロンやBF2 (P型トランジ
スタの場合)のイオン注入によりドレイン領域606と
ソース領域607を形成すると多結晶シリコン薄膜MO
Sトランジスタの基本構造が形成される。図6の構造は
導電部である多結晶シリコン薄膜の上にゲート電極が有
ることから、上部ゲート型と呼ばれる。ドレイン端での
電界集中がトランジスタ特性の悪化、特に漏れ電流を増
加させる原因になる。それを避けるため、ゲート端付近
に不純物が注入されないオフセット領域608を設ける
方法が用いられている。その後、層間膜609を堆積し
、コンタクトホール610を形成し、配線金属を堆積し
ドレイン電極611d、ソース電極611Sを形成する
。
【0003】図7に下部ゲート型の薄膜MOSトラジス
タの構造を示す。
タの構造を示す。
【0004】上部ゲート型の場合と同様に、シリコン基
板701上に二酸化シリコン膜702を形成したのち、
多結晶シリコンゲート電極705の形成を行い、ゲート
酸化膜704を形成し、その後でチャンネル部分に多結
晶シリコン薄膜703の形成を行うと図7のような構造
ができる。図6に対し、図7ではチャンネル部分である
多結晶シリコン薄膜の下にゲート電極が有ることから下
部ゲート型と呼ばれる。下部ゲート型の場合、ドレイン
領域706とソース領域707は、レジスト膜をマスク
にした高濃度イオン注入によって形成するが、その際ド
レイン側の不純物の注入領域をゲート端から離すことに
よって、上部ゲート型と同様、オフセット領域708を
設けることが行われている。
板701上に二酸化シリコン膜702を形成したのち、
多結晶シリコンゲート電極705の形成を行い、ゲート
酸化膜704を形成し、その後でチャンネル部分に多結
晶シリコン薄膜703の形成を行うと図7のような構造
ができる。図6に対し、図7ではチャンネル部分である
多結晶シリコン薄膜の下にゲート電極が有ることから下
部ゲート型と呼ばれる。下部ゲート型の場合、ドレイン
領域706とソース領域707は、レジスト膜をマスク
にした高濃度イオン注入によって形成するが、その際ド
レイン側の不純物の注入領域をゲート端から離すことに
よって、上部ゲート型と同様、オフセット領域708を
設けることが行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】多結晶シリコン薄膜M
OSトランジスタは、導電部が多結晶シリコンであるこ
とから単結晶と特性が較べると特性が劣る。特性が劣る
第1の原因は多結晶シリコン薄膜中の粒界であるといわ
れていて、大粒径化は粒界の密度を減らす点で有効であ
る。しかし、大粒径化を図ってもゲート端の電界集中部
に欠陥があると漏れ電流増加の原因になる。この漏れ電
流を避ける方法として従来例で述べたようなドレイン側
の不純物の注入領域をゲート端から離す(オフセット領
域を設ける)構造が有効であるが、オン電流が減ったり
、あるいはサブスレッシュホールド特性が悪化するなど
の欠点があった。
OSトランジスタは、導電部が多結晶シリコンであるこ
とから単結晶と特性が較べると特性が劣る。特性が劣る
第1の原因は多結晶シリコン薄膜中の粒界であるといわ
れていて、大粒径化は粒界の密度を減らす点で有効であ
る。しかし、大粒径化を図ってもゲート端の電界集中部
に欠陥があると漏れ電流増加の原因になる。この漏れ電
流を避ける方法として従来例で述べたようなドレイン側
の不純物の注入領域をゲート端から離す(オフセット領
域を設ける)構造が有効であるが、オン電流が減ったり
、あるいはサブスレッシュホールド特性が悪化するなど
の欠点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の絶縁ゲート電界
効果トランジスタは、ゲート端部のチャンネル領域が絶
縁膜を介して導電膜に接し、その導電膜がドレイン領域
と電気的に接続しているかあるいはドレイン領域とほぼ
同電位になっているというものである。
効果トランジスタは、ゲート端部のチャンネル領域が絶
縁膜を介して導電膜に接し、その導電膜がドレイン領域
と電気的に接続しているかあるいはドレイン領域とほぼ
同電位になっているというものである。
【0007】
【作用】ゲート端部にオフセット領域を設けるか、ある
いは低不純物濃度の領域を設けた上で、その領域に絶縁
膜を介してドレインと同じ極性の電圧が加えられる構造
になっている。このような構造だと、ゲートに電圧(N
型トランジスタでは正、P型トランジスタでは負の電圧
)が加わるとオフセット領域がオンしやすい状態であり
、同じゲート電圧でのオン電流が増加する。一方、ゲー
トが0ボトルでは接合端での電界が緩和され、オフ電流
が減少するという効果が得られる。
いは低不純物濃度の領域を設けた上で、その領域に絶縁
膜を介してドレインと同じ極性の電圧が加えられる構造
になっている。このような構造だと、ゲートに電圧(N
型トランジスタでは正、P型トランジスタでは負の電圧
)が加わるとオフセット領域がオンしやすい状態であり
、同じゲート電圧でのオン電流が増加する。一方、ゲー
トが0ボトルでは接合端での電界が緩和され、オフ電流
が減少するという効果が得られる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例を示す断面図で
ある。
ある。
【0009】次に、この実施例についてその製造工程に
沿って説明する。
沿って説明する。
【0010】シリコン基板101上に形成された二酸化
シリコン膜102の上に約50nmの多結晶シリコン薄
膜103を形成する。すなわち、非晶質シリコン膜を堆
積した後、600℃、10時間の熱処理によって多結晶
化する。ホトリソグラフィー技術とイオンエッチング技
術を用い多結晶シリコン薄膜103をアイランド化した
後、例えば厚さ50nmのゲート酸化膜104を形成し
、その上に多結晶シリコンゲート電極105を形成する
。レジスト膜をマスクとしてBF2 のイオン注入を行
い、ドレイン領域106とソース領域107を形成する
が、その際、多結晶シリコンゲート電極105とドレイ
ン領域106との間には、BF2 が注入されないオフ
セット領域108を設ける。もちろんオフセット領域1
08には低濃度に不純物(この場合はP型不純物)を注
入する場合もある。約100nmの層間膜109を堆積
し、コンタクトホール110を形成した後配線金属を堆
積し、パターニングしてドレイン電極111d,ソース
電極111sを形成する。その際、ドレイン領域106
と接続している配線金属(ドレイン電極111d)がオ
フセット領域108を被覆するようにすることによりド
レイン電圧VD =−5ボルトの下で、ゲート電圧VG
=−5ボルトでのオン電流が約50%増加し、ゲート
電圧VG =0ボルトでのオフ電流は1/10近くまで
低減された。
シリコン膜102の上に約50nmの多結晶シリコン薄
膜103を形成する。すなわち、非晶質シリコン膜を堆
積した後、600℃、10時間の熱処理によって多結晶
化する。ホトリソグラフィー技術とイオンエッチング技
術を用い多結晶シリコン薄膜103をアイランド化した
後、例えば厚さ50nmのゲート酸化膜104を形成し
、その上に多結晶シリコンゲート電極105を形成する
。レジスト膜をマスクとしてBF2 のイオン注入を行
い、ドレイン領域106とソース領域107を形成する
が、その際、多結晶シリコンゲート電極105とドレイ
ン領域106との間には、BF2 が注入されないオフ
セット領域108を設ける。もちろんオフセット領域1
08には低濃度に不純物(この場合はP型不純物)を注
入する場合もある。約100nmの層間膜109を堆積
し、コンタクトホール110を形成した後配線金属を堆
積し、パターニングしてドレイン電極111d,ソース
電極111sを形成する。その際、ドレイン領域106
と接続している配線金属(ドレイン電極111d)がオ
フセット領域108を被覆するようにすることによりド
レイン電圧VD =−5ボルトの下で、ゲート電圧VG
=−5ボルトでのオン電流が約50%増加し、ゲート
電圧VG =0ボルトでのオフ電流は1/10近くまで
低減された。
【0011】図2は本発明の第2の実施例を示す断面図
である。
である。
【0012】これは下部ゲートの例であるが、第1の実
施例と同様、ドレイン領域206と多結晶シリコンゲー
ト電極205との間にBF2 が注入されないオフセッ
ト領域108を設け、例えば厚さ100nmの層間膜2
09を介して配線金属(ドレイン電極211d)がオフ
セット領域208を被覆している。下部ゲートの場合、
配線金属が下部ゲートの上にかかっている領域が増える
と、ゲート端での電界集中が起きたり、ゲート長Lを大
きめにする必要があるなどの問題が生じやすくなるので
、多結晶シリコンゲート電極205と配線金属(211
d)が重ならないように注意する必要がある。
施例と同様、ドレイン領域206と多結晶シリコンゲー
ト電極205との間にBF2 が注入されないオフセッ
ト領域108を設け、例えば厚さ100nmの層間膜2
09を介して配線金属(ドレイン電極211d)がオフ
セット領域208を被覆している。下部ゲートの場合、
配線金属が下部ゲートの上にかかっている領域が増える
と、ゲート端での電界集中が起きたり、ゲート長Lを大
きめにする必要があるなどの問題が生じやすくなるので
、多結晶シリコンゲート電極205と配線金属(211
d)が重ならないように注意する必要がある。
【0013】図3は本発明の第3の実施例を示す断面図
である。
である。
【0014】この実施例は下部ゲート型であるが、二酸
化シリコン膜302の上に導電膜312(たとえば不純
物をドープした多結晶シリコン膜)を形成し、更に、例
えば厚さ100nmの二酸化シリコン膜313を形成し
た後に従来例(図7)のトランジスタを形成するが、ゲ
ート酸化膜304形成後に、所定箇所にコンタクトホー
ル314を形成したのち非晶質シリコン膜を堆積し、熱
処理により多結晶シリコン薄膜303にっ変換する。ド
レイン領域306に接続された導電膜312による電界
がオフセット領域308に加わり、オン電流の増加とオ
フ電流の低減に有効となる。
化シリコン膜302の上に導電膜312(たとえば不純
物をドープした多結晶シリコン膜)を形成し、更に、例
えば厚さ100nmの二酸化シリコン膜313を形成し
た後に従来例(図7)のトランジスタを形成するが、ゲ
ート酸化膜304形成後に、所定箇所にコンタクトホー
ル314を形成したのち非晶質シリコン膜を堆積し、熱
処理により多結晶シリコン薄膜303にっ変換する。ド
レイン領域306に接続された導電膜312による電界
がオフセット領域308に加わり、オン電流の増加とオ
フ電流の低減に有効となる。
【0015】図4は本発明の第4の実施例を示す断面図
である。
である。
【0016】これも下部ゲート型であるが、ドレイン領
域406およびソース領域407の下には導電膜415
と416が形成されている。導電膜415,416を多
結晶シリコン膜で形成する場合、ドレイン領域と同じ導
電型にする必要があるが、トランジスタの型(P型かN
型か)やドープしておくべき不純物の型によっては、多
結晶シリコンゲート電極405と同時に形成することも
可能である。この実施例では、多結晶シリコン薄膜40
3が導電膜415側面部にゲート酸化膜404を介して
接している部分にオフセット領域408が設けられてい
る。ドレイン領域406とほぼ同じ電位による電界がゲ
ート酸化膜404を介してオフセット領域408に加わ
る構造になっている。従来、チャンネルの膜厚が薄くな
ることによるソース/ドレイン領域の層抵抗増加やコン
タクト形成時でのシリコン層の打ち抜きを防止する目的
でソース/ドレイン領域下部に導電膜(多くは多結晶シ
リコン)を敷くことが試みられており、従って図4の構
造はそのような従来例とほとんどプロセス変更を必要と
しないと考えることができる。
域406およびソース領域407の下には導電膜415
と416が形成されている。導電膜415,416を多
結晶シリコン膜で形成する場合、ドレイン領域と同じ導
電型にする必要があるが、トランジスタの型(P型かN
型か)やドープしておくべき不純物の型によっては、多
結晶シリコンゲート電極405と同時に形成することも
可能である。この実施例では、多結晶シリコン薄膜40
3が導電膜415側面部にゲート酸化膜404を介して
接している部分にオフセット領域408が設けられてい
る。ドレイン領域406とほぼ同じ電位による電界がゲ
ート酸化膜404を介してオフセット領域408に加わ
る構造になっている。従来、チャンネルの膜厚が薄くな
ることによるソース/ドレイン領域の層抵抗増加やコン
タクト形成時でのシリコン層の打ち抜きを防止する目的
でソース/ドレイン領域下部に導電膜(多くは多結晶シ
リコン)を敷くことが試みられており、従って図4の構
造はそのような従来例とほとんどプロセス変更を必要と
しないと考えることができる。
【0017】図5は本発明の第5の実施例を示す断面図
である。
である。
【0018】この実施例は、第4の実施例の上部ゲート
構造バージョンである。導電膜515による電界は絶縁
膜517を介してオフセット領域508に加わっている
。導電性膜515と516のパターンを形成したあと絶
縁膜517を堆積し、平坦化することで絶縁膜517の
表面が平坦な図5の構造を作ることができる。導電膜5
15と516の形成時あるいは直後に不純物をドープし
ておく(多結晶シリコンなどの場合)のではなく、ゲー
ト電極505を形成したあと導電膜515と516にヒ
素やリン(N型の場合)あるいはボロンやBF2 (P
型の場合)をイオン注入し、そこからの拡散によってソ
ース領域507,ドレイン領域506を形成することも
可能である。その場合、イオン注入深さにすることによ
って自己整合的に(ホトリソグラフィー工程無しに)オ
フセット領域508に低濃度に不純物をドープすること
も可能である。以上、導電膜がドレイン領域に接続され
ている例をあげたが、導電膜はドレイン領域とほぼ同電
位になっていればよい。
構造バージョンである。導電膜515による電界は絶縁
膜517を介してオフセット領域508に加わっている
。導電性膜515と516のパターンを形成したあと絶
縁膜517を堆積し、平坦化することで絶縁膜517の
表面が平坦な図5の構造を作ることができる。導電膜5
15と516の形成時あるいは直後に不純物をドープし
ておく(多結晶シリコンなどの場合)のではなく、ゲー
ト電極505を形成したあと導電膜515と516にヒ
素やリン(N型の場合)あるいはボロンやBF2 (P
型の場合)をイオン注入し、そこからの拡散によってソ
ース領域507,ドレイン領域506を形成することも
可能である。その場合、イオン注入深さにすることによ
って自己整合的に(ホトリソグラフィー工程無しに)オ
フセット領域508に低濃度に不純物をドープすること
も可能である。以上、導電膜がドレイン領域に接続され
ている例をあげたが、導電膜はドレイン領域とほぼ同電
位になっていればよい。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、ゲート端部
のチャンネル領域が絶縁膜を介して導電膜に接し、その
導電膜がドレイン領域と電気的に接続しているかあるい
はドレイン領域とほぼ同電位になっている構造を有して
いるので、従来の構造に較ベオン電流が約50%増加し
オフ電流は1/10近くまで低減することができる。特
にオフ電流が1/10に改善されたというのはオフセッ
ト構造を用いた場合との比較、すなわちゲート端での電
界集中による漏れ電流増加がない場合との比較であり、
オフセット構造でない場合との比較でいえば1/100
近い改善になる。
のチャンネル領域が絶縁膜を介して導電膜に接し、その
導電膜がドレイン領域と電気的に接続しているかあるい
はドレイン領域とほぼ同電位になっている構造を有して
いるので、従来の構造に較ベオン電流が約50%増加し
オフ電流は1/10近くまで低減することができる。特
にオフ電流が1/10に改善されたというのはオフセッ
ト構造を用いた場合との比較、すなわちゲート端での電
界集中による漏れ電流増加がない場合との比較であり、
オフセット構造でない場合との比較でいえば1/100
近い改善になる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す断面図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す断面図である。
【図5】本発明の第5の実施例を示す断面図である。
【図6】従来の上部ゲート型薄膜MOSトランジスタを
示す断面図である。
示す断面図である。
【図7】従来の下部ゲート型薄膜MOSトランジスタを
示す断面図である。
示す断面図である。
101〜701 シリコン基板
102〜702 二酸化シリコン膜103〜70
3 多結晶シリコン薄膜104〜704
ゲート酸化膜 105〜705 多結晶シリコンゲート電極10
6〜706 ドレイン領域 207〜707 ソース領域 108〜708 オフセット領域109〜709
層間膜 110〜710 コンタクトホール111d〜7
11d ドレイン電極111s〜711s
ソース電極(導電膜)312 導電膜 313 絶縁膜 314 コンタクトホール 415 導電膜 416 導電膜 517 絶縁膜
3 多結晶シリコン薄膜104〜704
ゲート酸化膜 105〜705 多結晶シリコンゲート電極10
6〜706 ドレイン領域 207〜707 ソース領域 108〜708 オフセット領域109〜709
層間膜 110〜710 コンタクトホール111d〜7
11d ドレイン電極111s〜711s
ソース電極(導電膜)312 導電膜 313 絶縁膜 314 コンタクトホール 415 導電膜 416 導電膜 517 絶縁膜
Claims (1)
- 【請求項1】 ゲート端部のチャンネル領域が絶縁膜
を介して導電膜に接していて、前記導電膜がドレイン領
域と電気的に接続しているかあるいはドレイン領域とほ
ぼ同電位になっていることを特徴とする絶縁ゲート電界
効果トランジスタ。
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---|---|---|---|
JP3138111A JP2776059B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 絶縁ゲート電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
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JP3138111A JP2776059B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 絶縁ゲート電界効果トランジスタ |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH04364074A true JPH04364074A (ja) | 1992-12-16 |
JP2776059B2 JP2776059B2 (ja) | 1998-07-16 |
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JP3138111A Expired - Fee Related JP2776059B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 絶縁ゲート電界効果トランジスタ |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1991
- 1991-06-11 JP JP3138111A patent/JP2776059B2/ja not_active Expired - Fee Related
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