JPH0494575A - Mis type semiconductor device - Google Patents

Mis type semiconductor device

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JPH0494575A
JPH0494575A JP21259790A JP21259790A JPH0494575A JP H0494575 A JPH0494575 A JP H0494575A JP 21259790 A JP21259790 A JP 21259790A JP 21259790 A JP21259790 A JP 21259790A JP H0494575 A JPH0494575 A JP H0494575A
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JP
Japan
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region
drain
gate electrode
mis
channel region
Prior art date
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Application number
JP21259790A
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Japanese (ja)
Inventor
Riki Minami Eritsuku
エリック リキ ミナミ
Makoto Hashimoto
誠 橋本
Takeshi Matsushita
松下 孟史
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH0494575A publication Critical patent/JPH0494575A/en
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Abstract

PURPOSE:To suppress a decrease in breakdown strength of a MIS type field- effect transistor by forming a gate electrode in a step of a substrate semiconductor substrate and a drain region on the upper stage of the step, and forming an L-shaped channel region over a sidewall from the bottom of the step. CONSTITUTION:A recess step 25 is formed on a thin silicon film 23 of an SOI substrate 24, and a gate electrode 27 is formed in the recess through a gate insulating film 26. Then, n-type source region 28 and drain region 29 are so formed on regions of upper stages of both steps for holding the electrode 27 that boundaries 28a, 29a of a channel region 301 are disposed above at the same distance (d) from the bottoms of the recesses 25, thereby forming a MIS type field-effect transistor (MIS FET) having a U-shaped channel region 301. A drain current Id directed from the region 28 to the region 29 is reduced at the current flowing through a high electric field A under the gate electrode. Thus, a decrease in breakdown strength due to impact ionization can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁性基板上に半導体薄膜が形成されてなる
所謂S○I(semiconductor on 1n
sulatar)基板を利用してMIS構造の半導体素
子を形成したMIS型半導体装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a so-called S○I (semiconductor on 1n) in which a semiconductor thin film is formed on an insulating substrate.
The present invention relates to a MIS type semiconductor device in which a semiconductor element with an MIS structure is formed using a sulatar substrate.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、MIS型半導体装置におヒバて、絶縁性基板
上の半導体層に形成した段差部内にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極を形成し、少くともドレイン領域を段差部
上段に形成してドレイン領域とチャネル領域との界面を
段差部底面より上方に存するように構成することによっ
て、SOI基板に形成したMIS型半導体装置の欠点で
あるインパクト・アイオナイゼーションによる耐圧低下
を抑制して、この種のMIS型半導体装置の高信頼性化
を図るようにしたものである。
The present invention provides an MIS type semiconductor device in which a gate electrode is formed within a step formed in a semiconductor layer on an insulating substrate via a gate insulating film, and at least a drain region is formed above the step. By configuring the interface between the drain region and the channel region to exist above the bottom surface of the stepped portion, a decrease in breakdown voltage due to impact ionization, which is a drawback of MIS semiconductor devices formed on SOI substrates, can be suppressed, and this type of This is intended to improve the reliability of the MIS type semiconductor device.

また本発明は、MIS型半導体装置において、絶縁性基
板上の半導体層に形成した段差部内にゲート絶縁膜を介
してゲート電極を形成し、ドレイン領域を段差部上段に
形成して段差部の底面から側壁に亘るL字形のチャネル
領域を形成して構成することによって、SOI基板に形
成したMIS型半導体装置の欠点であるインパクト・ア
イオナイゼーションによる耐圧低下を抑制し、さらに、
飽和電流■、の増大、ソース領域とドレイン領域との間
の電流通路長の低減を可能にして、この種のM I S
型半導体装置の高信頼性化を図るようにしたものである
The present invention also provides an MIS type semiconductor device in which a gate electrode is formed within a step formed in a semiconductor layer on an insulating substrate via a gate insulating film, a drain region is formed above the step, and a drain region is formed on the bottom of the step. By forming and configuring an L-shaped channel region extending from the sidewall to the sidewall, a decrease in breakdown voltage due to impact ionization, which is a drawback of MIS type semiconductor devices formed on an SOI substrate, can be suppressed, and further,
This type of M I S
This is intended to improve the reliability of the type semiconductor device.

丁従来の技術二 近時、SOI基板を利用したMIS型電界効果トランジ
スタ (以下旧S FET  と称する)が、高α線耐
性、ラッチアップフIJ−1寄生容量の減少による高速
化が可能である等の利点を有することから、その研究、
開発が活発に進められている。
2.Recently, MIS field effect transistors (hereinafter referred to as SFETs) using SOI substrates are capable of high speed operation due to high alpha ray resistance and reduced latch-up IJ-1 parasitic capacitance. Because it has the advantages of
Development is actively underway.

この!、IIs FET は、通常、第7図に示すよう
に5i02等の絶縁層(1)上に島状のシリコン薄膜(
2)を形成したSOI基板(3)を用い、このシリコン
薄膜(2)に第1導電形のソース領域及びドレイン領域
、図示の例では高濃度領域(4a)、 (5a) 及び
低濃度領域(4b)、 (5b)  を有する所謂L 
D D(lightly dopeddrain)構造
のn形のソース領域(4)及びドレイン領域(5)を形
成し、ソース領域(4)及びドレイン領域(5)間のシ
リコン薄膜(2)上に例えばSi口2等のゲート絶縁膜
(6)を介して例えば多結晶シリコンによるゲート電極
(7)を形成して構成される。(8)はソース電極、(
9)はドレイン電極である。
this! , IIs FET usually has an island-shaped silicon thin film (
2) is used, and this silicon thin film (2) is provided with a source region and a drain region of the first conductivity type, in the example shown, high concentration regions (4a), (5a) and low concentration regions ( 4b), the so-called L having (5b)
An n-type source region (4) and a drain region (5) having a D D (lightly doped drain) structure are formed, and an Si port 2, for example, is formed on the silicon thin film (2) between the source region (4) and the drain region (5). A gate electrode (7) made of, for example, polycrystalline silicon is formed through a gate insulating film (6) such as the like. (8) is the source electrode, (
9) is a drain electrode.

〔発明が解決しようとする課題二 しかしながら、SOI基板(3)を利用し一プ+ll5
FET(10)においては、OFF状態でのソース−ド
レイン破壊電圧即ちソース−ドレイン間耐圧が低゛、1
とし)う欠点がある。これは、第7図に示すように、旧
5FET(10)において、ゲート電圧Vg≦しきい値
電圧Vthては、ゲート電極(7)下のドレイン端の電
界が相当に高くなるので、ソース領域(4)かちチャネ
ル領域(11)に注入されたキアリア(電子)eがドレ
イン領域(5)側に流れ、この電子(e)によりドレイ
ン端の高電界領域(12)でインパクト・アイオナイゼ
ーションが起こり、電子−正孔対が発生し、このうち正
孔(h)がチャネル領域(11)中に流れることによっ
て引き起こされる。即ち、通常のノ\゛ルク型の旧S 
FETではチャネル中に流れた正孔h(所謂ホール電流
IP)は、基板を介して基板電流として逃げるが、この
S○工基板(3)においては、シリコン薄膜(3)が5
102層(1)で囲まれ、正孔りが逃げられない構成と
なっているために、上記正孔りはソース領域(4)近傍
のチャネル領域(11)内に蓄積する。この蓄積した正
孔りによって、ソース、チアネル間のエネルギ障壁が低
くなり、その結果、ソース領域が電子のエミッタとして
働き、チャネル領域(11)に流れる通常の電子の流れ
(チアネル電流工。)に加えて、上記バイポーラ動作し
た電子電流エイ が発生する。この電子電流I。は、再
度、高電界領域(12)においてホール電流I、を発生
させるという正のフィードバック現象を引き起こしてド
レイン電流を急激に増加させ、結果的にソース−ドレイ
ン間耐圧を低下させる。即ち、第8図の1.−V、曲線
図で示すように高いゲート電圧V、lでは曲線(I)の
如くなりソース−ドレイン間耐圧は問題ないが、低いゲ
ート電圧V、2のときには曲線(I[)に示すようにソ
ース−ドレイン間耐圧が低くなる。
[Problem to be solved by the invention 2 However, it is difficult to solve the problem by using SOI substrate (3).
In the FET (10), the source-drain breakdown voltage in the OFF state, that is, the source-drain breakdown voltage is low, 1
There are some drawbacks. As shown in FIG. 7, in the old 5FET (10), if the gate voltage Vg≦threshold voltage Vth, the electric field at the drain end under the gate electrode (7) becomes considerably high, so the source region (4) Chiaria (electrons) e injected into the channel region (11) flow toward the drain region (5), and these electrons (e) cause impact ionization in the high electric field region (12) at the end of the drain. , caused by the generation of electron-hole pairs, of which holes (h) flow into the channel region (11). In other words, the normal Nork-type old S
In the FET, holes h (so-called hole current IP) flowing into the channel escape as substrate current through the substrate, but in this SO substrate (3), the silicon thin film (3)
Since the structure is such that the holes are surrounded by 102 layers (1) and cannot escape, the holes accumulate in the channel region (11) near the source region (4). The accumulated holes lower the energy barrier between the source and the chianel, and as a result, the source region acts as an electron emitter and the normal flow of electrons (chianel current flow) into the channel region (11). In addition, the bipolar-operated electron current A is generated. This electron current I. again causes a positive feedback phenomenon in which a hole current I is generated in the high electric field region (12), causing a rapid increase in the drain current, resulting in a decrease in the source-drain breakdown voltage. That is, 1 in FIG. -V, as shown in the curve diagram, at a high gate voltage V, l, the source-drain breakdown voltage becomes as shown in curve (I), and there is no problem with the source-drain breakdown voltage, but at a low gate voltage, V, 2, as shown in curve (I[), The source-drain breakdown voltage decreases.

LDD構造の低濃度領域の濃度を低くすることで、この
耐圧低下を抑制しようとする試みは、現在までのところ
成功していない。シミュレーション上ではLDDによる
対処は不可能という結果が得られている。
Attempts to suppress this drop in breakdown voltage by lowering the concentration in the low concentration region of the LDD structure have not been successful so far. The simulation results show that it is impossible to deal with the problem using LDD.

本発明は、上述の点に鑑み、インパクト・アイオナイセ
ーションによる耐圧低下を抑制して半導体装置自体の高
信頼性化を図る二とができるMIS型半導体装置を提供
するものである。
In view of the above-mentioned points, the present invention provides an MIS type semiconductor device which can suppress a drop in breakdown voltage due to impact ionization and improve the reliability of the semiconductor device itself.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明によるMIS型半導体装置は、絶縁性基板(22
)上に半導体層(23)を形成し、この半導体層(23
)に形成した段差部(25)内にゲート絶縁膜(26)
を介してゲート電極(27)を形成し、少くともドレイ
ン領域(29)を段差部上段に形成してドレイン領域(
29)とチャネル領域(30,)  との界面(29a
)  が段差部底面より上方に存するように構成する。
The MIS type semiconductor device according to the present invention has an insulating substrate (22
) a semiconductor layer (23) is formed on the semiconductor layer (23);
) A gate insulating film (26) is formed within the stepped portion (25) formed in the
A gate electrode (27) is formed through the step, and at least a drain region (29) is formed in the upper step of the stepped portion.
29) and the channel region (30,) interface (29a
) is located above the bottom of the stepped portion.

ソース領域(28)としてはドレイン領域(29)と対
向する他方の段差部上段に形成しても良く (チャネル
領域はU字形となる)、或は段差部下段に形成しても良
い(チャネル領域はL字形となる)。
The source region (28) may be formed at the top of the other step facing the drain region (29) (the channel region is U-shaped), or it may be formed at the bottom of the step (the channel region is U-shaped). is L-shaped).

また、本発明によるMTS型半導体装置は、絶縁性基板
(22)上に半導体層(23)を形成し、この半導体層
(23)に形成した段差部(33)内にゲート絶縁膜(
26)を介してゲート電極(27)を形成し、ドレイン
領域(29)を段差部上段に形成して段差部(33)の
底面から側壁:二亘るL字形のチャネル領域(302)
を形成して構成する。
Further, in the MTS type semiconductor device according to the present invention, a semiconductor layer (23) is formed on an insulating substrate (22), and a gate insulating film (
26), a drain region (29) is formed on the upper level of the stepped portion, and an L-shaped channel region (302) extending from the bottom of the stepped portion (33) to the sidewalls is formed.
form and compose.

〔作用〕[Effect]

上述の第1の発明によれば、半導体層(23)の段差部
(25)内にゲート絶縁膜(26)を介してゲート電極
(27)を形成し、少くともドレイン領域(29)を段
差部上段に形成してドレイン領域(29)とチアネル領
域(30,)  との界面(29a)  が段差部底面
より上方に存するように構成したことにより、チャネル
領域(30,)  がドレイン領域(29)側では段差
部側壁に沿って折曲される。従って、ソース領域(28
)からドレイン領域(29)に向かうドレイン電流の流
れがゲート電極下のドレイン端近傍の電界の最も強い領
域(A)を避けるようになる。その結果、インパクト・
アイオナイゼーションが大幅に減少し、ソース−ドレイ
ン間耐圧が向上する。
According to the first aspect of the invention, the gate electrode (27) is formed within the step portion (25) of the semiconductor layer (23) via the gate insulating film (26), and at least the drain region (29) is formed within the step portion (25). The interface (29a) between the drain region (29) and the channel region (30,) is formed above the bottom surface of the step part, so that the channel region (30,) is formed at the upper level of the drain region (29,). ) side is bent along the step side wall. Therefore, the source area (28
) toward the drain region (29) avoids the region (A) near the drain end under the gate electrode where the electric field is strongest. As a result, the impact
Ionization is significantly reduced and source-drain breakdown voltage is improved.

第2の本発明によれば、半導体層(23)の段差部(3
3)内にゲート絶縁膜<26)を介してゲート電極(2
Y)を形成し、ドレイン領域(29)を段差部上段に形
成してチアネル領域(302)  を段差部(33)の
底面かみ側壁に亘るL字形に形成して構成したことによ
り、同様にドレイン電流の流れがゲート電極下のドレイ
ン端近傍の電界の最も強い領域(A)を避けるようにな
り、インパクト・アイオナイゼーションが大幅に減少し
てソース−ドレイン間耐圧が向上する。加えて、ソース
領域(28)を段差部下段に形成してL字形チャンネル
領域(302)  としたことにより、ソース近辺の抵
抗分が減り、より飽和電流I、が増大し、且つソース領
域とドレイン領域との間の電流通路長も小さくできる。
According to the second aspect of the invention, the step portion (3) of the semiconductor layer (23)
3) A gate electrode (2
By forming the drain region (29) in the upper step of the step part and forming the chianel region (302) in an L shape extending over the bottom side wall of the step part (33), the drain region (29) can be formed in the same way. The current flow avoids the region (A) where the electric field is strongest near the drain end under the gate electrode, thereby significantly reducing impact ionization and improving the source-drain breakdown voltage. In addition, by forming the source region (28) below the step to form an L-shaped channel region (302), the resistance near the source is reduced, the saturation current I is further increased, and the distance between the source region and the drain is reduced. The current path length between the regions can also be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

尚、各実施例ではnチャネル!、IIS FET に適
用した場合であるが、pチャネルMIS FET にも
適用できる。
In addition, in each example, n channel! , is applied to an IIS FET, but it can also be applied to a p-channel MIS FET.

第1図は本発明の一例を示す。本例においては、例えば
シリコン基板(21)上に810□層(22)を介して
島状に絶縁分離されたシリコン薄膜(23)を形成して
なる501基板(24)を用いる。このSOI基板(2
4)のシリコン薄膜即ちp形となされたシリコン薄膜(
23〉に段差部即ち凹溝(トレンチ) (25)を形成
し、二の凹溝(25)内に例えばSlO□等によるゲー
ト絶縁膜(26)を介して例えば多結晶シリコンからな
るゲート電極(27)を形成する。そして、凹溝(25
)内のゲート電極(27)を挟む両側のシリコン薄膜領
域(即ち両段差部上段の領域)に、夫々n形のソース領
域(28)及びドレイン領域(29)を形成する。この
とき、少くともドレイン領域(29)をチャネル領域(
30,)  との界面(29a)  が凹溝(25)の
底面より所要の距離dだけ上方に存するように形成する
。本例では、ソース領域(28)及びドレイン領域(2
9)を、チャネル領域(30,)  との界面(28’
a)  及び(29a)  が夫々凹溝(25)の底面
より同じ距離dだけ上方に存するように形成し、所謂U
字形のチアネル領域(30,)  を形成する。ゲート
電極(27)が形成された凹溝(25)下の膜厚t、は
500人程度の極薄膜とする。このようにしてU字形チ
アネル領域(30,)  を有して成るMIS  FE
T(32)を構成する。
FIG. 1 shows an example of the invention. In this example, a 501 substrate (24) is used, which is formed by forming, for example, a silicon thin film (23) isolated in an island shape on a silicon substrate (21) via an 810□ layer (22). This SOI substrate (2
4) silicon thin film, that is, a p-type silicon thin film (
A step portion or trench (25) is formed in the second groove (25), and a gate electrode (25) made of, for example, polycrystalline silicon is formed in the second groove (25) via a gate insulating film (26) made of, for example, SlO□. 27). And the concave groove (25
), an n-type source region (28) and a drain region (29) are formed in the silicon thin film regions on both sides of the gate electrode (27) (ie, the upper region of both step portions). At this time, at least the drain region (29) is connected to the channel region (
30,) so that the interface (29a) with the groove (29a) is located above the bottom surface of the groove (25) by a required distance d. In this example, a source region (28) and a drain region (28) are used.
9) at the interface (28') with the channel region (30,)
a) and (29a) are respectively formed above the bottom surface of the concave groove (25) by the same distance d, and the so-called U
It forms a letter-shaped chianel region (30,). The film thickness t under the groove (25) in which the gate electrode (27) is formed is an extremely thin film of about 500 layers. In this way, the MIS FE comprising the U-shaped channel region (30,)
Configure T(32).

(S)、  (G)、  (D)は夫々ソース端子、ゲ
ート端子、ドレイン端子である。
(S), (G), and (D) are a source terminal, a gate terminal, and a drain terminal, respectively.

第2図はかかる!、IIs FET(32)  の製法
例を示す。
Figure 2 takes a while! , IIs FET (32).

第2図へに示すように、シリコン基板(図示せず)上に
810□層(22)を介して島状に絶縁分離されたp形
のシリコン薄膜(23)を形成してなるSol基板(2
4)を用意する。
As shown in FIG. 2, a Sol substrate ( 2
4) Prepare.

次に、第2図已に示すように、シリコン薄膜(23)に
膜厚t、を残すようにしてゲート電極を埋込むための凹
溝(25)を形成し、その後、ゲート酸化を行い凹溝(
25)内面にゲート絶縁膜(26)を形成する。
Next, as shown in Figure 2, a groove (25) for burying the gate electrode is formed by leaving a film thickness t in the silicon thin film (23), and then gate oxidation is performed to form the groove (25). groove(
25) Form a gate insulating film (26) on the inner surface.

次に、第2図Cに示すように、凹溝(25)内を含んで
多結晶シリコン膜を形成し、エッチバックを行って凹溝
(25)内に多結晶シリコンよりなるゲート電極(27
)を形成する。次いて、n形不純物をイオン注入して凹
溝(25)の両側のシリコン薄膜領域に凹溝底面より距
離dだけ浅くなるようにn形のソース領域(28)及び
ドレイン領域(29)を形成して目的のU字形チアネル
領域(30,) を有してなる旧5FET (32)を
得る。
Next, as shown in FIG. 2C, a polycrystalline silicon film is formed including the inside of the groove (25), and etched back to form a gate electrode (27) made of polycrystalline silicon in the groove (25).
) to form. Next, n-type impurities are ion-implanted to form n-type source regions (28) and drain regions (29) in the silicon thin film regions on both sides of the trench (25) so as to be shallower by a distance d from the bottom surface of the trench. As a result, an old 5FET (32) having the desired U-shaped channel region (30,) is obtained.

かかる構成の旧S FET(32)  によれば、チャ
ネル領域(30,)  がU字形に形成されているので
、ソース領域(28)からドレイン領域(29)に向か
うドレイン電流1.の流れがドレイン領域(29)近傍
における電界の最も強い領域(A)を避けるようになる
According to the old SFET (32) having such a configuration, since the channel region (30,) is formed in a U-shape, the drain current flowing from the source region (28) to the drain region (29) is 1. The flow avoids the region (A) where the electric field is strongest near the drain region (29).

即ちこの高電界領域(A)を通して流れる電流が少なく
なる。インパクト・アイオナイゼーションはドレイン電
流1d に比例し、電界Eに対してexp (−−) 
(但しαは定数)の依存性を持つことから旧S FET
(32)  ではインパクト・アイオナイゼーションが
大幅に減少し、ソース−ドレイン間耐圧が向上する。
That is, the current flowing through this high electric field region (A) decreases. Impact ionization is proportional to drain current 1d, and for electric field E, exp (--)
(However, α is a constant), so the old S FET
(32), impact ionization is significantly reduced and source-drain breakdown voltage is improved.

第5図はMis FET(32)  と第7図に示す通
常のSOI基板を用いたnチー= jr−ル!、11S
FET(以下5OI−n!JIS FETと云う)との
特性即ちゲート電圧V、がしきい電圧Vth以下(つま
り反転層形成前)の1゜−V、特性を示す。曲線(lI
[)Li旧S FET(32)  (7)特性、曲線(
IV)は通常の5OI−n !、IIS FETの特性
である。この特性図かろ明らかなように、通常の5OI
−n MIS FETではドレイン電圧Vd=3Vでゲ
ートの閉りが悪いが、MIS FET(32)  では
ドレイン電圧Vd=5Vでもゲートの閉りが良くなりV
、<Vthでの1.−V、特性が改善され、ソース−ド
レイン間耐圧が向上する。
Fig. 5 shows an n-chi = jr-ru! using a Mis FET (32) and a normal SOI substrate shown in Fig. 7. , 11S
The characteristics of the FET (hereinafter referred to as 5OI-n!JIS FET), that is, the gate voltage V, 1°-V below the threshold voltage Vth (that is, before the formation of the inversion layer) are shown. Curve (lI
[) Li old S FET (32) (7) Characteristics, curve (
IV) is the normal 5OI-n! , which are the characteristics of IIS FET. As is clear from this characteristic diagram, the normal 5OI
-n In the MIS FET, the gate closes poorly when the drain voltage Vd=3V, but in the MIS FET (32), the gate closes well even when the drain voltage Vd=5V.
, <1 at Vth. -V, the characteristics are improved and the source-drain breakdown voltage is improved.

また、ゲート電極(27)下のシリコン薄膜の膜厚t、
を500人程度と薄くするに従い、短チ、ネル効果が起
きにくくなりゲート電圧によって制御されない電子の量
が減少することによっても■6V、特性が改善される。
In addition, the thickness t of the silicon thin film under the gate electrode (27),
As the thickness is reduced to about 500, the short channel effect becomes less likely to occur, and the amount of electrons not controlled by the gate voltage decreases, resulting in improved characteristics.

従って、本例の旧S FET(32)  においては、
S○■基板を利用して形成したMIS型半導体装置の利
点を損なうことなく、そのインパクト・アイオナイゼー
ションによる耐圧低下を抑制することで、この種のMI
S型半導体装置自体の信頼性を高めることができる。
Therefore, in the old S FET (32) of this example,
By suppressing the breakdown voltage drop due to impact ionization without sacrificing the advantages of MIS type semiconductor devices formed using S○■ substrates, this type of MIS
The reliability of the S-type semiconductor device itself can be improved.

尚、第1図においてソース領域(28)をシリコン薄膜
(23)の膜厚全体まで形成し、チアネル領域をU字形
となるように構成することも可能である。
In FIG. 1, it is also possible to form the source region (28) to cover the entire thickness of the silicon thin film (23) and configure the chianel region to be U-shaped.

第3図は本発明の他の例を示す。本例においては、上側
と同様にシリコン基板(21)に8102層(22)を
介して島状に絶縁分離されたシリコン薄膜(23〉を形
成してなるSOI基板(24)を用いる。このSO■基
板(24)のp形のシリコン薄膜(23)に凹溝(33
)を形成して、段差部を形成し、その凹溝(33)内の
片側に底面及び側壁に亘る例えは5i02等からなるゲ
ート絶縁膜(26)を介して例えば多結晶シリコンから
なるゲート電極(27)を形成する。凹溝(33)下の
シリコン薄膜(23)の膜厚t、は500人程度の極薄
膜とする。そして、側壁のシリコン薄膜領域(即ち段差
部上段の領域)にn形のドレイン領域(29)をそのチ
ャネル領域(30□)との界面(29a)が凹溝(33
)の底面より距離dだけ上方に存するように形成すると
共に、ゲート電極(27)を挟んでドレイン領域(29
)と対向する凹溝(33)の底部のシリコン薄膜領域(
即ち段差部下段の領域)にn形のソース領域(28)を
形成し、所謂り字形のチアネル領域(3G2)  を有
して成る!、(Is FET(34)  を構成する。
FIG. 3 shows another example of the invention. In this example, an SOI substrate (24) is used, which is formed by forming a silicon thin film (23) isolated in an island shape on a silicon substrate (21) via an 8102 layer (22), as in the case above. ■ Grooves (33) in the p-type silicon thin film (23) of the substrate (24)
) to form a stepped portion, and a gate electrode made of, for example, polycrystalline silicon is formed on one side of the groove (33) through a gate insulating film (26) made of, for example, 5i02, covering the bottom and side walls. (27) is formed. The thickness t of the silicon thin film (23) under the groove (33) is an extremely thin film of about 500 layers. Then, an n-type drain region (29) is formed in the silicon thin film region of the side wall (i.e., the upper region of the stepped portion), and the interface (29a) with the channel region (30□) is the concave groove (33).
) above the bottom surface of the drain region (29) with the gate electrode (27) in between.
) at the bottom of the groove (33) facing the silicon thin film region (
In other words, an n-type source region (28) is formed in the region below the step, and a so-called letter-shaped chianel region (3G2) is formed! , (Is FET (34)).

第4図はかかる旧S 5ET(34>  の製法例を示
す。
FIG. 4 shows an example of a manufacturing method for such old S 5ET (34>).

第3図Aに示すように、第2図と同様のSol基板(2
4)を用意し、この5C1r基板(24)のシリコン薄
膜(23)にn形不純物例えばリン(P)(35)をイ
オン注入し、ドレイン領域を形成するためのn゛領域2
9.)  を形成する。
As shown in FIG. 3A, a Sol substrate (2
4) is prepared, and an n-type impurity such as phosphorus (P) (35) is ion-implanted into the silicon thin film (23) of this 5C1r substrate (24) to form an n' region 2 for forming a drain region.
9. ) to form.

次に、第4図已に示すようにシリコン薄膜(23)の1
半分に凹溝(トレンチ) (33)を形成し、凹溝(3
3)の内面を熱酸化してゲート絶縁膜(26)を形成す
る。シリコン薄膜〈23)の残った他半分のn−領域(
29,)  がn形ドレイン領域(29)となる。凹溝
(33)は底部の膜厚t、を500A程度残してドレイ
ン領域(29)より所要の距離dだけ深くなるように構
成する。
Next, as shown in Fig. 4, one part of the silicon thin film (23) is
A trench (33) is formed in half, and a trench (3) is formed in the half.
3) thermally oxidize the inner surface to form a gate insulating film (26). The remaining n-region (23) of the other half of the silicon thin film (23)
29,) becomes an n-type drain region (29). The groove (33) is configured to be deeper than the drain region (29) by a required distance d, leaving a bottom film thickness t of about 500 Å.

次に、第4図Cに示すように凹溝(33)内に充填する
ようにCVD (化学気相成長)により多結晶シリコン
膜(27,)  を被着形成し、エッチハックを施して
、凹溝(33)内にのみに多結晶シリコン膜(27,)
 を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, a polycrystalline silicon film (27,) is deposited by CVD (chemical vapor deposition) so as to fill the groove (33), and an etch hack is performed. Polycrystalline silicon film (27,) only in the groove (33)
form.

次;二、多結晶ンリコ/膜(27,)  の一部即ち、
凹溝(33)のドレイン領域(29)側の側壁及び之に
連続する底面の一部にゲート絶縁膜(26)を介して接
する部分二つ多結晶シリコン膜を残して他部をエツチン
グ除去し、ここに多結晶シリコンるよるゲート電極<2
7)を形成する。しかる後、多結晶シリコン膜が除去さ
れた部分の膜厚り、のシリコン薄膜領域に選択的にn形
不純物をイオン注入してソース領域(28)を形成し、
U字形チャネル領域(302)  を有してなる旧S 
FET(34)  を得る。
Next; Second, a part of the polycrystalline Nurico/membrane (27,), i.e.
Two polycrystalline silicon films are left in contact with the side wall of the groove (33) on the side of the drain region (29) and a part of the bottom surface continuous thereto via the gate insulating film (26), and the other parts are removed by etching. , here a gate electrode made of polycrystalline silicon <2
7). Thereafter, a source region (28) is formed by selectively ion-implanting n-type impurities into the silicon thin film region where the polycrystalline silicon film has been removed.
Old S having a U-shaped channel region (302)
Obtain FET (34).

かかる構成のMis FET(34)  によれば、ソ
ース領域(28)が段差部下部に形成され、トルイン領
域(29)が段差部上段に形成されて、チアネル領域(
302)  が段差に沿うL字形に形成されているので
、第1図と同様にソース領域(28)からドレイン領域
(29)に向かうドレイン電流工。がドレイン領域近傍
の電界の最も強い領域Aを避けるように流れ、この高電
界領域(A)を通して流れる電流が少なくなるために、
インパクト・アイオナイゼーションによる少数キャリア
の発生割合が大幅に減少し、第5図の曲線(II[)と
同じI、−V、特性の傾向を示し、ソース−ドレイン間
耐圧が向上する。一方、前述したU字形チャネル領域(
30+)  を有してなるtits FET(32) 
 Li、ケート電圧v9がVthEJ下テノr、−v、
特性及びブレークダウン特性の改善がズれるが、通常の
LDD構造の5C1l−n !、IIs FETに比べ
て飽和電流■、が小さく、またソース領域とドレイン領
域との間の電流通路長が大きい。しかし乍ら、第3図の
実施例の旧S FET(34)  は、チャネル領域(
30,)  がL字形に形成されているので、第1のU
字形チャネル領域(30,)  のMIS FET(3
2)  に比べてソース抵抗が低減し飽和電流1.が増
大すると共に、電流通路長(第3図ではLDD構造でな
いので実効チャネル長と同じ)も短くなる。MISFE
T(34)  では、電流通路長を通常のLDD構造の
5Of−n MIS FETの電流通路長と同じに設計
することが可能となる。第6図に、通常の5ol−n 
MISPET と、U字形チャネル領域(30□)を有
するMISFET (32)  と、L字形チアネル領
域(302)  を有するMIS FET(34)  
(!:を比較しi: V、= vth −2,7v ニ
おけるI、−V、特性を示すっ曲線(V)は5Of−n
旧5FETO特性、曲線(Vl)はU字形チャネル領域
を有する!、lIS FET(34)  の特性、曲線
(■)はU字形チャネル領域を有するMis FET(
32)  の特性である。U字形チャネル領域の旧S 
FET (32)はブレークダウン電圧は大きい(耐圧
が大きい)も飽和電圧I、が小さい。しかし、U字形チ
ャネル領域のMIS FET(34)  は飽和電流I
、が通常のS[]r−n MISFETと同程度であり
、然もブレークダウン電圧が大きいことが6忍tられる
According to the Mis FET (34) having such a configuration, the source region (28) is formed at the bottom of the step, the toluin region (29) is formed at the top of the step, and the chianel region (28) is formed at the top of the step.
302) is formed in an L-shape along the step, so that the drain current flows from the source region (28) to the drain region (29) as in FIG. flows to avoid the region A near the drain region where the electric field is strongest, and the current flowing through this high electric field region (A) becomes smaller.
The generation rate of minority carriers due to impact ionization is significantly reduced, the I, -V characteristics show the same tendency as the curve (II[) in FIG. 5, and the source-drain breakdown voltage is improved. On the other hand, the aforementioned U-shaped channel region (
30+) tits FET (32)
Li, gate voltage v9 is below VthEJ, -v,
Although the improvement of characteristics and breakdown characteristics is delayed, 5C1l-n of normal LDD structure! , IIs FET, the saturation current (2) is small, and the current path length between the source region and the drain region is large. However, the old S FET (34) in the embodiment of FIG.
30,) is formed in an L shape, so the first U
MIS FET (3) with shape channel region (30,)
2) The source resistance is reduced and the saturation current is reduced compared to 1. increases, and the current path length (in FIG. 3, the same as the effective channel length since it does not have an LDD structure) also decreases. MISFE
T(34) allows the current path length to be designed to be the same as that of a 5Of-n MIS FET with a normal LDD structure. Figure 6 shows the normal 5ol-n
MISPET, MISFET (32) with U-shaped channel region (30□), and MIS FET (34) with L-shaped channel region (302)
(!: Compare i: V, = vth -2,7v I, -V, curve (V) showing the characteristics is 5Of-n
Old 5FETO characteristics, the curve (Vl) has a U-shaped channel area! , the characteristics of IS FET (34), the curve (■) shows the characteristics of Mis FET (
32). Old S with U-shaped channel area
The FET (32) has a large breakdown voltage (high breakdown voltage) but a small saturation voltage I. However, the U-shaped channel region MIS FET (34) has a saturation current I
, is comparable to that of a normal S[]rn MISFET, and the breakdown voltage is significantly larger.

従って、旧S FET(34)  においては、SOI
基板を用いた利点を損なうことなく、インパクト・アイ
オナイゼーンヨンによる耐圧低下を抑制することができ
、MIS型半導体装置自体の信頼性を高めることができ
、さら1ごMIS FET(32)  !ご比してその
飽和電流、電流通路長等を改善することができる。
Therefore, in the old S FET (34), SOI
Without sacrificing the advantages of using a substrate, it is possible to suppress the drop in breakdown voltage due to impact and ionization, and the reliability of the MIS type semiconductor device itself can be improved. The saturation current, current path length, etc. can be improved compared to the conventional method.

J発明の効果: 本発明によれば、S Oi基板を利用して形成したM 
I S型半導体装置の利点を損なうことなく、そのイン
パクト・アイオナイゼーンヨンによる耐圧低下を抑制す
ることができ、MIS型半導体装置自体の信頼性を高め
ることができる。また、U字形チャネル領域とするとき
には、さらに飽和電流特性を改善することができると共
に、ソース領域とドレイン領域との間の電流通路長を小
さくすることができる。
Effects of the invention: According to the invention, M formed using an SOi substrate
Without impairing the advantages of the IS type semiconductor device, a decrease in breakdown voltage due to impact ionization can be suppressed, and the reliability of the MIS type semiconductor device itself can be improved. Furthermore, when forming a U-shaped channel region, the saturation current characteristics can be further improved and the current path length between the source region and the drain region can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるMrS型半導体装置の一例を示す
構成図、第2図A−Cはその製法例を示す製造工程図、
第3図は本発明によるMIS型半導体装置の他側を示す
構成図、第4図A−Dはその製法例を示す製造工程図、
第5図は本発明の説明に供するr、−V、特性図、第6
図は本発明の説明に供するr、−V、特性図、第7図は
一般的な旧5FETの構成図、第8図は従来の説明に供
するIdVd特性図である。 (21)はシリコン基板、(22)はSlO□層、(2
3)はシリコン薄膜、(24)はS○■基板、(25)
は凹溝、(26)はゲート絶縁膜、(27)はゲート電
極、(28)はソース領域、(29)はドレイン領域、
(30,)  はU字形チアネル領域、(30□)はU
字形チアネル領域である。 代 理 人     松  隈 秀 盛 2F−−・ ・シリコン湛」反 22−−−5iOz層 23−  ・・・シリコン薄膜 z4−・−・SOI基脂 δ゛・・・−・凹ム 26− ・−−ケ°−ト治ジ厩転〕宵 27・−−・・ケ°−ト嘱配柚 2B−−ソース制御板 2q−・・−一ドレイン@を飯 301−  ・−U字型チャネル@到羨32・−−−M
ISFET 第1突方し倖″1の湘1がdz 第1図 1 d −Vq特惟図 第5図 製造工程口 第2図 21−−−− シリコ〉基杖 η−・・・・5102層 23−・−・・シリコン涌」美 ムトー・−・SOI基杖 26− ・−ケート羊色手匙A巣 27・−−一−ケート嘱配オ会 2B−−−−ソース萄を汲 2q−−−・・トーレイン舊i矢 33−・−m−とL量 302− ・−化字型チャネル→鐵 74−・−・−MISFET 第2実浣jりの刈り銭記 第3図 V9 : Vth+ 2.7 V d Id−Vd特性口 第6図 第4図 一瓜的なMISFETの楕バ図 第7図 に−L、イ2電ソ三Vd Id−Vd特イ往曲緯圓 第8図
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a MrS type semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2A to 2C are manufacturing process diagrams showing an example of its manufacturing method.
FIG. 3 is a configuration diagram showing the other side of the MIS type semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 4A to 4D are manufacturing process diagrams showing an example of its manufacturing method.
Figure 5 is an r, -V, characteristic diagram used to explain the present invention, and Figure 6 is a
The figures are r, -V and characteristic diagrams for explaining the present invention, FIG. 7 is a configuration diagram of a general old 5FET, and FIG. 8 is an IdVd characteristic diagram for explaining the conventional technology. (21) is a silicon substrate, (22) is a SlO□ layer, (2
3) is a silicon thin film, (24) is an S○■ substrate, (25)
is a groove, (26) is a gate insulating film, (27) is a gate electrode, (28) is a source region, (29) is a drain region,
(30,) is a U-shaped chianel region, and (30□) is a U-shaped chianel region.
This is the glyph chianel region. Agent Hidemori Matsukuma 2F--・Silicon-filled anti-22--5iOz layer 23-...Silicon thin film z4---SOI base resin δ゛...--Concave 26---・--ke °-Tojiji change〕Evening 27・--・Kate distribution 2B--Source control board 2q---1 drain @ rice 301- ・-U-shaped channel @toen 32・---M
ISFET 1st direction 1 dz Fig. 1 d -Vq characteristic diagram Fig. 5 Manufacturing process opening Fig. 2 23-・-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・GGGGcus/SW. --... Torrein 舊iya 33-・-m- and L amount 302- ・-inverted type channel → iron 74-・-・-MISFET 2nd Jitsuri no Karisenki 3rd figure V9: Vth+ 2.7 V d Id - Vd characteristic opening Figure 6 Figure 4 Oval diagram of a typical MISFET Figure 7 -L, A 2 electric solenoid 3 Vd Id - Vd Special A forward curve Latitude circle Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、絶縁性基板上に半導体層が形成され、 該半導体層に形成された段差部内にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極が形成され、少なくともドレイン領域が段
差部上段に形成されてドレイン領域とチャネル領域との
界面が段差部底面より上方に存して成るMIS型半導体
装置。 2、絶縁性基板上に半導体層が形成され、 該半導体層に形成された段差部内にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極が形成され、 ドレイン領域が段差部上段に形成されて段差部の底面か
ら側壁に亘るL字形のチャネル領域が形成されて成るM
IS型半導体装置。
[Claims] 1. A semiconductor layer is formed on an insulating substrate, a gate electrode is formed within a step formed in the semiconductor layer via a gate insulating film, and at least a drain region is formed above the step. An MIS type semiconductor device in which the interface between the drain region and the channel region is located above the bottom surface of the stepped portion. 2. A semiconductor layer is formed on an insulating substrate, a gate electrode is formed within a step formed in the semiconductor layer via a gate insulating film, and a drain region is formed above the step and extends from the bottom of the step. M formed with an L-shaped channel region extending over the sidewalls.
IS type semiconductor device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008060497A (en) * 2006-09-04 2008-03-13 Sony Corp Semiconductor device and its manufacturing method
KR100843883B1 (en) * 2007-05-04 2008-07-03 주식회사 하이닉스반도체 Method for manufacturing semiconductor device
CN102208416A (en) * 2010-03-31 2011-10-05 南亚科技股份有限公司 Semiconductor memory device

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