JPH0521762A - 電界効果型トランジスタを備えた半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

電界効果型トランジスタを備えた半導体装置およびその製造方法

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JPH0521762A
JPH0521762A JP3169721A JP16972191A JPH0521762A JP H0521762 A JPH0521762 A JP H0521762A JP 3169721 A JP3169721 A JP 3169721A JP 16972191 A JP16972191 A JP 16972191A JP H0521762 A JPH0521762 A JP H0521762A
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semiconductor
mos transistor
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forbidden band
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JP3169721A
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Katsukichi Mitsui
克吉 光井
Masahiro Shimizu
雅裕 清水
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78606Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
    • H01L29/78612Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device for preventing the kink- or the snapback effect, e.g. discharging the minority carriers of the channel region for preventing bipolar effect

Abstract

(57)【要約】 【目的】 SOI−MOSトランジスタにおいて衝突電
離によって生じた正孔をチャネル領域から除去し、ソー
ス・ドレイン間耐圧を向上させる。 【構成】 SOI−MOSトランジスタのチャネル領域
4はp型シリコン層から形成される。ドレイン領域8は
n型シリコン層から形成される。チャネル領域4と隣接
するソース領域7はn型ゲルマニウム層から形成され
る。ゲルマニウムの禁制帯幅はシリコンの禁制帯幅より
も小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一般的に電界効果型
トランジスタを備えた半導体装置およびその製造方法に
関し、特に、絶縁基板上に形成された半導体層内にソー
ス、ドレインおよびチャネル領域を有する電界効果型ト
ランジスタを備えた半導体装置{SOI−MOS(Si
licon on Insulator−Metal
Oxide Semicondutor)}およびその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、シリコンなどの半導体基板の表
面にソース、ドレイン領域が形成された電界効果型トラ
ンジスタは、バルクMOSと呼ばれる。これに対する電
界効果型トランジスタの構造として、サファイアなどの
絶縁性基板上や絶縁性薄膜上のシリコン薄膜中にソー
ス、ドレイン、チャネル領域が形成されたSOI−MO
S構造がある。
【0003】図19は、従来の一般的なSOI−MOS
トランジスタを示す平面図(A)と断面図(B)であ
る。(B)に示される断面は(A)のB−B線に沿う断
面に対応する。図19を参照して、基板1の上に絶縁膜
2が形成されている。絶縁膜2の上には島状のシリコン
半導体膜3が形成されている。この半導体膜3には、低
濃度にp型不純物を含むチャネル領域4が形成されてい
る。高濃度にn型不純物を含むソース領域12とドレイ
ン領域8とが、それぞれチャネル領域4の一方側と他方
側に接して形成されている。チャネル領域4の上にはゲ
ート絶縁膜5が形成されている。ゲート絶縁膜5の上に
はゲート電極6が形成されている。半導体膜3とゲート
電極6は層間絶縁膜9によって被覆されている。層間絶
縁膜9にはコンタクトホール10が設けられる。各コン
タクトホール10を通じてソース領域12とドレイン領
域8に接触するように導電層11が形成されている。
【0004】以上のように構成された従来のSOI−M
OSトランジスタの動作について説明する。
【0005】ゲート電極6に正の電圧を印加すると、ゲ
ート電極絶縁膜5の近傍でチャネル領域4の上部にn型
キャリアとしての電子が誘引される。これにより、電子
が誘引された領域はソース領域12とドレイン領域8と
同じn型に反転させられる。その結果、ソース領域12
とドレイン領域8との間に電流が流れることが可能とな
る。ゲート電圧によって誘引された電子は、ソース領域
12とドレイン領域8とに印加される電圧の差によって
ソース領域12からドレイン領域8へと移動する。すな
わち、ドレイン領域8からソース領域12へと電流が流
れる。誘引される電子の密度はゲート電極6に印加する
電圧によって変化する。そのため、チャネル領域4を流
れる電流をゲート電圧によって制御することができる。
【0006】以上のようなSOI−MOSトランジスタ
の動作において以下の問題が発生する。図20は、従来
のSOI−MOSトランジスタにおいてトランジスタが
破壊されるメカニズムを模式的に示す断面図である。図
20を参照して、ソースとドレインとの間に電位差を与
え、ゲートに正の電圧を印加してSOI−MOSトラン
ジスタを動作状態にする。このとき、ドレイン電圧を増
加させていくと、チャネル方向の電界がドレイン近傍に
おいて著しく大きくなる。そのため、ソース領域からチ
ャネル領域内に注入される電子(図20のa)は、この
強い電界により加速され、容易に高いエネルギ状態とな
る。この高いエネルギ状態の電子は、図20に示される
ようにドレイン領域の端部近傍においてシリコンの格子
と衝突し、雪崩的に多量の電子−正孔対を発生させる。
この衝突電離(インパクトイオン化;図20のb)によ
って発生した電子と正孔のうち、電子は高いドレイン電
界に引き寄せられることにより、ドレイン領域に流入
し、ドレイン電流の一部となる。発生した正孔はドレイ
ン電界によって逆に押し戻されることにより、チャネル
領域下の空乏層またはソース領域近傍のチャネル領域下
部に流れ込み、集まる(図20のc)。このような現象
は、チャネル長の短いMOSトランジスタだけではな
く、比較的チャネル長の長いMOSトランジスタにおい
ても観察される。特に、短いチャネル長を有するMOS
トランジスタにおいては、長いチャネル長を有するMO
Sトランジスタに比べて圧倒的に多数の電子−正孔対が
発生する。
【0007】このように衝突電離によって発生した正孔
はチャネル領域の下部に流入し、蓄積されると、チャネ
ル領域の電位が上昇する。これにより、MOSトランジ
スタのしきい値電圧が下がる。この結果、図21に示さ
れるように、ドレイン電流対ドレイン電圧特性において
キンク効果が起こる。キンク効果とは、ドレイン電圧を
増加させていくと、ドレイン電流がほぼ一定の値に飽和
せず、急激に増加する現象をいう。たとえば、nチャネ
ル型MOSトランジスタの場合では、ドレイン電圧を増
加させていくと、チャネルキャリアのインパクトイオン
化等によって発生した電子−正孔対のうち、正孔がチャ
ネル領域に蓄積し、チャネル領域を正にバイアスさせる
ことにより、しきい値電圧が降下する。その結果、ドレ
イン電流が急激に増加する。このドレイン電流をドレイ
ン電圧に対してプロットすると、大電流領域にキンクが
生ずることから、この現象はキンク効果と呼ばれる。こ
のキンク効果は、たとえばJENO TIHANYI
and HEINRICHSCHLOTTERER“P
roperties of ESFI MOSTran
sistors Due to the Floati
ng Substrate and the Fini
te Volume”IEEE TRANSACTIO
NS on ELECTRON DEVICES,VO
L.ED−22, No.11,pp.1017〜10
23 NOVEMBER 1975において詳細に述べ
られている。
【0008】上記のように衝突電離によって発生した正
孔はチャネル領域の下部に蓄積されると、その蓄積され
た正孔によってチャネル領域やソース領域近傍の電位が
さらに増加する。これにより、チャネル領域とソース領
域との間の電位差が低下する。このようにソース領域近
傍の電位障壁が低下すると、ソース領域からチャネル領
域へ多くの電子が注入されることになる。これにより、
衝突電離がますます顕著になるため、より多くの電子−
正孔対が発生する。発生した正孔は、さらにソース領域
近傍の電位障壁を下げ、ソース領域から注入される電子
をますます増加させる。このようにして、ついには、M
OSトランジスタが降伏に至る。
【0009】SOI−MOS構造では、MOSトランジ
スタが絶縁性の基板や膜の上に形成されているために、
MOSトランジスタの基板領域(チャネル領域)が電気
的に浮遊状態になっている。このため、上述のように、
ドレイン電圧を増加させていくと、チャネルキャリアの
インパクトイオン化によって発生した電子−正孔対のう
ち、nチャネル型MOSトランジスタの場合についてい
えば、正孔が基板領域にたまり、基板領域を正にバイア
スさせ、しきい値電圧を降下させ、その結果、ドレイン
電流が急に増加する。このようにSOI−MOSトラン
ジスタの基板領域の電位を不安定にさせる。この現象は
基板浮遊効果と呼ばれる。
【0010】上述のように衝突電離によって発生した正
孔がチャネル領域の下部に蓄積される現象は半導体のエ
ネルギ帯を示す図(バンド・ダイヤグラム)を用いても
説明され得る。まず、図22を参照して、バンド図につ
いて概略的に説明する。固体中の電子はいかなるエネル
ギ準位をも取り得ることができるわけではない。固体中
の電子が存在し得るエネルギ範囲として許容帯がある。
一方、固体中の電子が存在し得ないエネルギ範囲として
禁制帯がある。許容帯と禁制帯の構造は、対象となる物
質を構成する原子の種類と配置によって異なる。たとえ
ば、シリコンやゲルマニウムの単結晶は正四面体の原子
配置を有する。このような半導体の単結晶は、電子によ
って完全に満たされた許容帯(価電子帯)の上に禁制帯
を介して、絶対零度においては電子がまったく存在しな
い空の許容帯(伝導帯)を有する。この構造は図22の
(A)に示される。価電子帯の上に禁制帯幅(バンド・
ギャップ)Eg だけ上のエネルギ準位に伝導体が存在す
る。絶対零度(T=0K)においては、上記のような半
導体中の電子は通常、電気伝導に預かることができず、
絶縁体である。
【0011】しかしながら、禁制帯幅Eg が有限値(数
eV)であるため、絶対零度以外では熱的作用により、
完全に満たされた価電子帯の電子が禁制帯上の伝導帯に
励起される。この状態は図22の(B)に示される。こ
の励起された電子は禁制帯上の伝導帯において比較的自
由に運動することができる。そのため、この励起された
電子は電気伝導に預かることができる。また、禁制帯下
の価電子帯においても電子が不足するため、電子不足状
態の移動、すなわち正孔の移動が可能になる。
【0012】上述のように、半導体の電気伝導は、禁制
帯上の許容帯としての伝導帯に励起された電子の移動
と、禁制帯下の許容帯としての価電子帯における正孔の
移動とによるものである。禁制帯幅Eg の値は物質によ
って異なり、たとえばシリコン(Si)は1.1eV、
ゲルマニウム(Ge)は0.66eV、インジウムリン
(InP)は1.27eV、ガリウムリン(GaP)は
2.25eV、ガリウムひ素(GaAs)は1.43e
Vである。
【0013】禁制帯中にエネルギ準位を形成する不純物
を半導体に添加すると、禁制帯上の伝導帯の電子密度や
禁制帯下の価電子帯の正孔密度を制御することができ
る。
【0014】たとえば、シリコン中にホウ素を添加する
と、ホウ素は、シリコンの電子で完全に満たされた価電
子帯の上に0.045eVだけ高いエネルギ準位を形成
する。ホウ素は3価であり、シリコンの4価に対して価
電子が1個少ないため、熱的作用によって電子は禁制帯
下の価電子帯からホウ素のエネルギ準位へ0.045e
Vだけ容易に励起される。これにより、禁制帯下の価電
子帯には多数の電子不足状態、すなわち正孔が生ずる。
この状態は図22の(C)に示される。この正孔の密度
は、添加する不純物の量によって制御することができ
る。
【0015】また、たとえば、ゲルマニウム中にひ素を
添加すると、ひ素はゲルマニウムの伝導帯の下に0.0
13eVだけ低いエネルギ準位を形成する。この場合、
ひ素は5価であり、ゲルマニウムの4価に対して価電子
が1個多いため、熱的作用によって電子はひ素のエネル
ギ準位から禁制帯上の伝導帯へ0.013eVだけ容易
に励起される。これにより、禁制帯上の伝導帯に多数の
電子が生ずる。この状態は図22の(D)に示される。
この電子の密度は、添加する不純物の量によって制御す
ることができる。
【0016】なお、半導体に添加された不純物は半導体
の禁制帯下の価電子帯から電子を受け取ったり、禁制帯
上の伝導帯に電子を与える作用のみを行なう。
【0017】上記のように、たとえば、ホウ素が添加さ
れたシリコンはp型半導体と呼ばれる。また、ひ素が添
加されたゲルマニウムはn型半導体と呼ばれる。p型半
導体のエネルギ帯は図22の(E)に示され、n型半導
体のエネルギ帯は図22の(F)に示される。半導体中
において電子の存在確率が1/2になるエネルギ準位は
フェルミレベルEF と定義される。不純物を含まない半
導体においてはフェルミレベルは禁制帯のほぼ中央に位
置する。しかし、ホウ素などのp型不純物を添加した場
合には、全体的に電子が不足するため、図22の(E)
に示されるようにフェルミレベルEF は禁制帯下の価電
子帯側に移動する。また、ひ素などのn型不純物を添加
した場合には、全体的に電子が多くなるため、フェルミ
レベルE F は禁制帯上の伝導帯側に移動する。
【0018】上述のようなエネルギ帯を有するp型半導
体とn型半導体とによってpn接合を形成すると、図2
3に示されるようなエネルギ帯が得られる。図23は、
シリコン中にそれぞれn+ 領域とp- 領域が形成された
場合のpn接合のバンド図を示している。このとき、熱
的に平衡な状態であるので、フェルミレベルEF はpn
接合全体で同一でなければならない。そのため、図23
に示されるようにpn接合の境界領域xn ,xp におい
て、それぞれ伝導帯の最下端のエネルギ準位E C 、価電
子帯の最上端のエネルギ準位EV が曲がった形状を有す
る。
【0019】今、図23で示されるpn接合において、
+ 領域が図19のソース領域12に対応し、p- 領域
がチャネル領域4に対応して考えてみる。チャネル領域
の下部に存在する正孔は、チャネル領域とソース領域の
間の電位障壁Vb が存在するため、ソース領域に流れ込
むことができない。その結果、衝突電離によって発生し
た正孔はチャネル領域の下部に蓄積されるものと考えら
れる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】従来のSOI−MOS
トランジスタは以上のように構成されているので、衝突
電離によって発生した正孔がチャネル領域の下部に蓄積
される。そのため、チャネル領域の電位が上昇し、結果
的にはMOSトランジスタのソース・ドレイン間の耐圧
が低下するという問題点があった。
【0021】このソース・ドレイン間の耐圧の低下はS
OI−MOS構造特有の基板浮遊効果に基づくものであ
る。また、図23のバンド図に示されるようにソース領
域とチャネル領域との間の電位障壁Vb が大きいので、
チャネル領域の下部に蓄積された正孔を原理的に除去す
ることができないことが問題である。
【0022】そこで、この発明の目的は上記のような問
題点を解消することであり、電界効果型トランジスタに
おいて衝突電離によって生じた正孔をチャネル領域から
原理的に除去することによって、ソース・ドレイン間の
耐圧を改善することである。
【0023】
【課題を解決するための手段】この発明の1つの局面に
従った電界効果型トランジスタを備えた半導体装置は、
第1導電型の半導体層と、第2導電型の第1と第2の不
純物領域と、ゲート電極とを備える。半導体層は、第1
の禁制帯幅を有する第1の半導体を含み、主表面を有す
る。第1と第2の不純物領域は、半導体層の主表面の一
部をチャネル面とするチャネル領域を規定するように、
半導体層内に互いに間隔を隔てて形成されている。ゲー
ト電極は、チャネル面の上に絶縁膜を介在して形成され
ている。少なくとも第1の不純物領域は、第1の禁制帯
幅よりも小さい第2の禁制帯幅を有する第2の半導体を
含む。
【0024】この発明のもう1つの局面に従った電界効
果型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法によれ
ば、第1の禁制帯幅を有する第1の半導体を含む第1導
電型の半導体層が形成される。この半導体層の主表面上
にはゲート絶縁膜が形成される。半導体層内に1対の領
域が互いに間隔を隔てて形成されるように、1対の領域
の間でゲート絶縁膜の上にゲート電極が形成される。1
対の領域の一方に対応する半導体層の少なくとも一部
が、第1の禁制帯幅よりも小さい第2の禁制帯幅を有す
る第2の半導体によって置換される。ゲート電極をマス
クとして用いて半導体層に第2導電型の不純物を選択的
にドープすることにより、一方の領域に第1の不純物領
域と他方の領域に第2の不純物領域とが形成される。
【0025】
【作用】この発明においては、第1導電型のチャネル領
域は、第1の禁制帯幅を有する第1の半導体を含む。こ
のチャネル領域に隣接する第2導電型の第1の不純物領
域は、第1の禁制帯幅よりも小さい第2の禁制帯幅を有
する第2の半導体を含む。そのため、第1の不純物領域
とチャネル領域が同一の半導体から構成される場合に比
べて、第1の不純物領域とチャネル領域との間の境界領
域において価電子帯の電位障壁を小さくすることができ
る。これにより、衝突電離によって発生し、チャネル領
域の下部に蓄積された正孔が第1の不純物領域に容易に
拡散することができる。その結果、衝突電離によって生
じた正孔をチャネル領域から除去することができる。し
たがって、チャネル領域の電位を安定化させることがで
き、SOI−MOSトランジスタのソース・ドレイン間
耐圧の低下を防止することができる。
【0026】
【実施例】図1は、この発明の一実施例によるSOI−
MOSトランジスタを示す平面図(A)と断面図(B)
である。図1の(B)は(A)のB−B線に沿う断面を
示す。図1を参照して、基板1の上にはシリコン酸化膜
等の絶縁膜2が形成されている。絶縁膜2の上には島状
の半導体膜3が形成されている。半導体膜3には、低濃
度にp型不純物を含むシリコン層からなるチャネル領域
4が形成されている。チャネル領域4の一方側と他方側
に隣接して高濃度にn型不純物を含むソース領域7とド
レイン領域8が形成されている。ソース領域7は、シリ
コンよりも小さい禁制帯幅を有するゲルマニウム層から
形成されている。ドレイン領域8はシリコン層から形成
されている。チャネル領域4の上にはゲート絶縁膜5が
形成されている。ゲート絶縁膜5の上にはゲート電極6
が形成されている。半導体膜3とゲート電極6は層間絶
縁膜9によって被覆されている。層間絶縁膜9にはコン
タクトホール10が設けられている。各コンタクトホー
ル10を通じてソース領域7とドレイン領域8のそれぞ
れに電気的に接触するように導電層11が形成されてい
る。
【0027】以上のように構成されたSOI−MOSト
ランジスタの動作について説明する。ソース領域7とド
レイン領域8との間に電位差を与え、ゲート電極6に正
の電圧を印加してSOI−MOSトランジスタを動作状
態にする。このとき、ソース領域7とドレイン領域8と
の間の電位差によって生ずる電界によって電子はチャネ
ル領域4内で加速される。この電子はドレイン領域8の
近傍で衝突電離によって電子−正孔対を発生させる。発
生した電子はドレイン領域8に流れ込む。発生した正孔
はソース領域7の近傍でチャネル領域4の下部に集ま
る。
【0028】ところが、ソース領域7はチャネル領域4
よりも小さい禁制帯幅を有するn型半導体から形成され
ている。そのため、従来のSOI−MOSトランジスタ
に比べて、チャネル領域4の下部に集まる正孔はソース
領域7に流れ込むことが容易となる。その結果、チャネ
ル領域4の下部に蓄積される正孔の量が少なくなる。こ
れにより、衝突電離によるチャネル領域の電位の上昇が
抑制され得る。したがって、MOSトランジスタのソー
ス・ドレイン間の耐圧の低下が抑制される。
【0029】以下、この発明のSOI−MOSトランジ
スタにおいて、チャネル領域の下部に集まる正孔がソー
ス領域に流れ込むことが容易となる理由について説明す
る。図2は、p型シリコンとn型ゲルマニウムとによっ
て形成されたpn接合のエネルギ帯を示すバンド図であ
る。図1のMOSトランジスタと対応させると、ソース
領域7がn型ゲルマニウムからなるn+ 領域であり、チ
ャネル領域4がp型シリコンからなるp- 領域である。
この場合、シリコンの禁制帯幅(バンド・ギャップ)E
g 1 が1.1eVであり、ゲルマニウムの禁制帯幅E
g 2 が0.66eVである。このように、Eg 2 <E
g 1 であり、pn接合においてn+ 領域の禁制帯幅がp
- 領域の禁制帯幅よりも小さくなっている。これによ
り、図2に示されるように、従来の同一の半導体から形
成されるpn接合のバンド図(図23)に比べてpn接
合の境界領域xn ,xp における電位障壁が小さくなっ
ている。
【0030】今、pn接合に逆バイアスが印加されてい
る場合を考えてみる。この逆バイアスが印加されたpn
接合はnチャネル型MOSトランジスタのチャネル領域
−ソース領域間のpn接合に相当している。また、上記
のpn接合においてp型領域に正孔が多量に存在してい
る場合について考える。すなわち、nチャネル型MOS
トランジスタにおいて衝突電離によって発生した正孔が
チャネル領域(p型領域)の下部に蓄積している場合に
ついて考えてみる。
【0031】図3は上記の状況下において同一の半導
体、シリコンから形成されたpn接合(チャネル領域−
ソース領域)のエネルギ帯を示すバンド図である。図4
は上記の状況下において異なる半導体、シリコンとゲル
マニウムとから形成されたpn接合(チャネル領域−ソ
ース領域)のエネルギ帯を示すバンド図である。図3で
示されるpn接合はホモ接合と呼ばれ、図4に示される
pn接合はヘテロ接合と呼ばれる。なお、図3と図4の
(B)は、それぞれ(A)の円で囲まれた部分を拡大し
て示す図である。
【0032】図3を参照して、従来のSOI−MOSト
ランジスタにおいては、チャネル領域の下部に蓄積した
正孔hをソース領域に拡散させるためには、チャネル領
域とソース領域との間に存在する高い電位障壁Vb を越
えて正孔hを拡散させる必要がある。
【0033】これに対して、図4に示されるように、本
発明のSOI−MOSトランジスタにおいては、チャネ
ル領域の下部に蓄積した正孔hは、チャネル−ソース領
域間の電位障壁Vb 1 を越えればソース領域に流れ込む
ことができる。このとき、電位障壁Vb 1 <<Vb であ
るので、正孔をソース領域に流れ込ませることが容易に
なる。
【0034】図6は、本発明に従ったSOI−MOSト
ランジスタのドレイン電流対ドレイン電圧特性を従来例
と比較して示すグラフである。このグラフはSOI−M
OSトランジスタのシミュレーション結果を示す。ゲー
ト酸化膜の膜厚to x は20nm、チャネル長とチャネ
ル幅の比L/Wは2/5(μm/μm)、ゲート電極に
印加される電圧VG は3Vである。図5に示されるよう
に、この発明のSOI−MOSトランジスタによれば、
キンク効果が生じないことが理解される。
【0035】上記実施例ではソース領域の全体をシリコ
ンよりも禁制帯幅の小さいゲルマニウムによって形成し
たが、ソース領域の一部をゲルマニウムで形成してもよ
い。図6は、ソース領域の一部をゲルマニウムで形成し
た場合のSOI−MOSトランジスタの別の実施例を示
す平面図である。図6に示すように、ソース領域7bと
ドレイン領域8はシリコンから形成される。ソース領域
7aはゲルマニウムから形成される。
【0036】また、上記実施例ではSOI−MOSトラ
ンジスタに本発明を適用した場合について説明したが、
本発明はバルクMOSトランジスタにも適用され得る。
本発明をバルクMOSトランジスタに適用した場合、半
導体基板の電位を固定することが不要となる。図7は、
本発明をバルクMOSトランジスタに適用した場合の別
の実施例を示す断面図である。p型シリコン半導体基板
1の素子形成領域を電気的に分離するために分離絶縁膜
91が厚い酸化膜から形成されている。シリコンからな
るp型チャネル領域4がp型シリコン半導体基板1に形
成されている。シリコンからなるn型ドレイン領域8が
p型シリコン半導体基板1に形成されている。ソース領
域は、ゲルマニウムからなるn型ソース領域7aとシリ
コンからなるn型ソース領域7bとから構成される。チ
ャネル領域4の上にゲート絶縁膜5を介在してゲート電
極6が形成されている。
【0037】上記の実施例では、ソース領域のみを禁制
帯幅の小さい半導体から構成したMOSトランジスタに
ついて説明したが、ソース領域とドレイン領域の両方を
禁制帯幅の小さい半導体から形成してもよい。このよう
にすることにより、ソース領域からドレイン領域、ドレ
イン領域からソース領域の双方向に電流が流れるMOS
トランジスタに本発明を適用することができる。
【0038】上記実施例ではnチャネル型MOSトラン
ジスタについて説明したが、pチャネル型MOSトラン
ジスタにも本発明は適用され得る。その場合、上述の説
明において電子と正孔の役割は入れ替わる。
【0039】図8〜図12は、この発明のSOI−MO
Sトランジスタの製造方法の1つの実施例に従って、各
製造工程における構造を示す断面図である。
【0040】図8を参照して、基板1の上にシリコン酸
化膜等からなる絶縁膜2が形成される。絶縁膜2の上に
は島状のシリコン等からなる半導体膜3が形成される。
【0041】図9に示すように、半導体膜3に低濃度
(101 2 〜101 3 /cm2 )のホウ素、アルミニウ
ム、ガリウム等のp型不純物が導入される。これによ
り、シリコンからなるp型チャネル領域4が形成され
る。
【0042】その後、図10に示すように、チャネル領
域4の上にゲート絶縁膜5とゲート電極6が形成され
る。
【0043】図11を参照して、シリコンよりも禁制帯
幅の小さいゲルマニウムがイオン注入法により、MOS
トランジスタのソースとなるべき領域の少なくとも一部
71に導入される。このとき、ゲルマニウムをシリコン
の密度以上に導入することにより、ソースとなるべき領
域の少なくとも一部71をシリコンからゲルマニウムに
置換える。
【0044】図12に示すように、ソースとなるべき領
域とドレインとなるべき領域にアンチモン、リン、ひ素
等のn型不純物が導入される。これにより、シリコンか
らなるn型ドレイン領域8と、ゲルマニウムからなるn
型ソース領域7aと、シリコンからなるn型ソース領域
7bが形成される。この実施例では、n型ソース領域7
はゲルマニウム領域7aとシリコン領域7bとにより構
成されているが、ソース領域全体をゲルマニウムから構
成してもよい。
【0045】図13〜図18は本発明のSOI−MOS
トランジスタの製造方法の別の実施例に従って、各製造
工程における構造を示す断面図である。
【0046】図13を参照して、基板1の上にシリコン
酸化膜等からなる絶縁膜2が形成される。絶縁膜2の上
にシリコンからなる半導体膜3が形成される。
【0047】図14に示すように、半導体膜3に低濃度
(101 2 〜101 3 /cm2 )のp型不純物が導入さ
れる。これにより、シリコンからなるp型チャネル領域
が形成される。
【0048】図15に示すように、チャネル領域4の上
にゲート絶縁膜5とゲート電極6が形成される。
【0049】図16に示すように、MOSトランジスタ
のソースとなるべき領域70においてシリコン半導体膜
3が選択的に除去される。
【0050】図17に示すように、ソースとなるべき領
域70の上にシリコンよりも禁制帯幅の小さいゲルマニ
ウムがエピタキシャル成長法を用いて堆積される。この
ようにして、ゲルマニウム領域71が形成される。
【0051】図18に示すように、ソースとなるべき領
域とドレインとなるべき領域にn型不純物が導入され
る。これにより、n型ソース領域7とn型ドレイン領域
8が形成される。n型ソース領域はゲルマニウム領域7
aとシリコン領域7bとから構成される。n型ドレイン
領域8はシリコン領域から構成される。
【0052】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、チャ
ネル領域を構成する半導体よりも小さい禁制帯幅を有す
る半導体によって第1の不純物領域を構成したので、衝
突電離によって生じた正孔をチャネル領域から除去する
ことができる。そのため、MOSトランジスタにおいて
ソース・ドレイン間の耐圧を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるSOI−MOSトラ
ンジスタを示す平面図(A)と断面図(B)である。
【図2】この発明のSOI−MOSトランジスタにおい
てソース領域とチャネル領域との間のpn接合を示すバ
ンド図である。
【図3】従来のSOI−MOSトランジスタのpn接合
に逆バイアスが印加されたときのバンド図である。
【図4】本発明のSOI−MOSトランジスタのpn接
合に逆バイアスが印加されたときのバンド図である。
【図5】本発明のSOI−MOSトランジスタにおける
ドレイン電流対ドレイン電圧特性を従来例と比較して示
すグラフである。
【図6】本発明の別の実施例によるSOI−MOSトラ
ンジスタを示す平面図である。
【図7】本発明が適用されたバルクMOSトランジスタ
の一実施例を示す断面図である。
【図8】この発明のSOI−MOSトランジスタの製造
方法の一実施例の第1工程における構造を示す断面図で
ある。
【図9】この発明のSOI−MOSトランジスタの製造
方法の一実施例の第2工程における構造を示す断面図で
ある。
【図10】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の一実施例の第3工程における構造を示す断面図
である。
【図11】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の一実施例の第4工程における構造を示す断面図
である。
【図12】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の一実施例の第5工程における構造を示す断面図
である。
【図13】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の別の実施例の第1工程における構造を示す断面
図である。
【図14】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の別の実施例の第2工程における構造を示す断面
図である。
【図15】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の別の実施例の第3工程における構造を示す断面
図である。
【図16】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の別の実施例の第4工程における構造を示す断面
図である。
【図17】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の別の実施例の第5工程における構造を示す断面
図である。
【図18】この発明のSOI−MOSトランジスタの製
造方法の別の実施例の第6工程における構造を示す断面
図である。
【図19】従来のSOI−MOSトランジスタを示す平
面図(A)と断面図(B)である。
【図20】従来のSOI−MOSトランジスタにおいて
衝突電離によってトランジスタが破壊されるメカニズム
を模式的に示す断面図である。
【図21】従来のSOI−MOSトランジスタにおける
ドレイン電流対ドレイン電圧特性を示すグラフである。
【図22】半導体のエネルギ帯を説明するための概念図
である。
【図23】従来のSOI−MOSトランジスタにおいて
チャネル−ソース領域のpn接合を示すバンド図であ
る。
【符号の説明】
3 半導体膜 4 チャネル領域(p型シリコン層) 6 ゲート電極 7 ソース領域(n型ゲルマニウム層) 8 ドレイン領域(n型シリコン層)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年6月11日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】特に、上記のキンク効果はデバイス間によ
ってその度合いが異なる。上記のように衝突電離によっ
て発生した正孔はチャネル領域の下部に蓄積されると、
その蓄積された正孔によってチャネル領域やソース領域
近傍の電位がさらに増加する。これにより、チャネル領
域とソース領域との間の電位差が低下する。このように
ソース領域近傍の電位障壁が低下すると、ソース領域か
らチャネル領域へ多くの電子が注入されることになる。
これにより、衝突電離がますます顕著になるため、より
多くの電子−正孔対が発生する。発生した正孔は、さら
にソース領域近傍の電位障壁を下げ、ソース領域から注
入される電子をますます増加させる。このようにして、
ついには、MOSトランジスタが降伏に至る。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】
【課題を解決するための手段】この発明の1つの局面に
従った電界効果型トランジスタを備えた半導体装置は、
半導体層と、第1と第2の不純物領域と、ゲート電極と
を備える。半導体層は、主表面を有し、第1導電型の第
1の半導体部分を含み、第1の禁制帯幅を有する。第2
導電型の第1と第2の不純物領域は、チャネル領域を規
定するように半導体層内に互いに間隔を隔てて形成され
ている。ゲート電極は、チャネル領域の上に絶縁膜を介
在して形成されている。少なくとも第1の不純物領域
は、第1の禁制帯幅よりも小さい第2の禁制帯幅を有す
る第2の半導体部分を含む。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】この発明のもう1つの局面に従った電界効
果型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法によれ
ば、第1の禁制帯幅を有する第1の半導体部分を含む第
1導電型の半導体層が形成される。この半導体層の主表
面上にはゲート絶縁膜が形成される。半導体層内に1対
の領域が互いに間隔を隔てて形成されるように、1対の
領域の間でゲート絶縁膜の上にゲート電極が形成され
る。1対の領域の一方に対応する半導体層の少なくとも
一部内に、第1の禁制帯幅よりも小さい第2の禁制帯幅
を有する第2の半導体部分が形成される。ゲート電極を
マスクとして用いて半導体層に第2導電型の不純物を選
択的にドープすることにより、一方の領域に第1の不純
物領域と他方の領域に第2の不純物領域とが形成され
る。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0034
【補正方法】変更
【補正内容】
【0034】図5は、本発明に従ったSOI−MOSト
ランジスタのドレイン電流対ドレイン電圧特性を従来例
と比較して示すグラフである。このグラフはSOI−M
OSトランジスタのシミュレーション結果を示す。ゲー
ト酸化膜の膜厚tOXは20nm、チャネル長とチャネル
幅の比L/Wは2/5(μm/μm)、ゲート電極に印
加される電圧VG は3Vである。図5に示されるよう
に、この発明のSOI−MOSトランジスタによれば、
キンク効果が生じないことが理解される。
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図19
【補正方法】変更
【補正内容】
【図19】
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電界効果型トランジスタを備えた半導体
    装置であって、第1の禁制帯幅を有する第1の半導体を
    含み、主表面を有する第1導電型の半導体層と、 前記半導体層の主表面の一部をチャネル面とするチャネ
    ル領域を規定するように、前記半導体層内に互いに間隔
    を隔てて形成された第2導電型の第1と第2の不純物領
    域と、 前記チャネル面の上に絶縁膜を介在して形成されたゲー
    ト電極とを備え、少なくとも前記第1の不純物領域が、
    前記第1の禁制帯幅よりも小さい第2の禁制帯幅を有す
    る第2の半導体を含む、電界効果型トランジスタを備え
    た半導体装置。
  2. 【請求項2】 電界効果型トランジスタを備えた半導体
    装置の製造方法であって、 第1の禁制帯幅を有する第1の半導体を含み、主表面を
    有する第1導電型の半導体層を形成する工程と、 前記半導体層の主表面上にゲート絶縁膜を形成する工程
    と、 前記半導体層内に1対の領域が互いに間隔を隔てて形成
    されるように、前記1対の領域の間で前記ゲート絶縁膜
    の上にゲート電極を形成する工程と、 前記1対の領域の一方に対応する前記半導体層の少なく
    とも一部を、前記第1の禁制帯幅よりも小さい第2の禁
    制帯幅を有する第2の半導体によって置換する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして用いて前記半導体層に第
    2導電型の不純物を選択的にドープすることにより、前
    記一方の領域に第1の不純物領域と前記他方の領域に第
    2の不純物領域とを形成する工程とを備えた、電界効果
    型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法。
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