JPS584974A - Insulating gate-enhancement type metal insulator semiconduction field-effect transistor - Google Patents

Insulating gate-enhancement type metal insulator semiconduction field-effect transistor

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JPS584974A
JPS584974A JP10252281A JP10252281A JPS584974A JP S584974 A JPS584974 A JP S584974A JP 10252281 A JP10252281 A JP 10252281A JP 10252281 A JP10252281 A JP 10252281A JP S584974 A JPS584974 A JP S584974A
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JP
Japan
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type
enhancement
gate electrode
gate
channel
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JP10252281A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Akitani
昌宏 秋谷
Sadao Nakajima
定夫 中嶋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • 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

Abstract

PURPOSE:To obtain the small-sized E type IG-FET having high gains by forming a gate electrode by two poly Si layers, introducing an impurity and giving enhancement (E) type characteristics to one layer and depletion (D) type ones to the other layer. CONSTITUTION:The E type FET is formed onto an insulating substrate 1 according to a predetermined method, the impurities are introduced to the gate electrode 6 of poly Si, and 6E for the E type and 6D for the D type are shaped. When the materials, concentration, etc. of the impurities of the sections 6E, 6D are properly selcted at that time, gm is remarkably higher than conventional E type FETs when VG is close to thershold value Vth while displaying the E type characteristics and gm can be incerased in the same manner as conventional D type FETs even when gm is larger than Vth when viewed from the characteristics of the gate electrode VG-mutual conductance, and high gains are obtained. Accordingly, a channel length modulation effect is not generated unnecessarily even when the length of a channel 4 is decreased, and the transistor can be miniaturized more than conventional devices.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁ゲート・エンノ・ンスメント型MI8電界
効果トランジスタの改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in insulated gate enforcement MI8 field effect transistors.

絶縁ゲート・エンノ1ンスメント型MI8電界効果トラ
ンジスタ(以下簡単の為単にエンノ飄ンスメン)IIF
ETと称す)は、原理的に、第1図〜第4図に示す如き
、絶縁性乃至半絶縁性基板1上にソース用半導体領域2
とドレイン用半導体11[と、内領域2及び3間のチャ
ンネル形成用領域4と、その領域4上に、ゲート用絶縁
層5を介して配されたゲート用電極6とを有する構成を
有するが、斯る構成に於て、ソース用半導体領域2及び
ドレイン用半導体領域5とチャンネル形成用領域4とが
第1図及び第2図に示す如く互に同じ導電IN(第1°
図の場合N111、#!2図の場合PIII)を有し、
そして後者が前者に比し低い不純物濃度を有する場合、
エンハンスメント#1IFITtJS鳳込チャンネル型
(第1図の場合N型の埋込チャンネル型、w42図の場
合P型の埋込チャンネル型)であると称され、又ソース
用半導体領域2及びドレイン用半導体領域Sとチャンネ
ル形成用領域4とが第5図及び第4図に示す如く互に異
なる導電m<ass図の場合ソース用半導体領域2及び
ドレイン用半導体領域SがNWII、チャンネル形成用
領域4がP型、#14図の場合ソース用半導体領域2及
びドレイン用半導体領域3がPJI、チャンネル形成用
領域4がNM)を有し、そして後者が前者に比し低い不
純物濃度を有する場合、エンハンスメント型FETが表
面チャンネル型(第3図の場合N型の表面チャンネル型
、第4図の場合P型のallチャンネル型)であると称
されている。
Insulated gate enforcement type MI8 field effect transistor (hereinafter simply referred to as enforcement type for simplicity) IIF
In principle, a semiconductor region 2 for a source is formed on an insulating or semi-insulating substrate 1 as shown in FIGS. 1 to 4.
and a drain semiconductor 11 [, a channel forming region 4 between inner regions 2 and 3, and a gate electrode 6 disposed on the region 4 with a gate insulating layer 5 interposed therebetween. In such a structure, the source semiconductor region 2, the drain semiconductor region 5, and the channel forming region 4 have the same conductivity IN (1°) as shown in FIGS.
In the case of the figure, N111, #! In the case of Figure 2, it has PIII),
And if the latter has a lower impurity concentration than the former,
Enhancement #1 IFITtJS is called a buried channel type (N type buried channel type in the case of Fig. 1, P type buried channel type in the case of w42 figure), and the semiconductor region 2 for the source and the semiconductor region for the drain. When the conductivity S and the channel forming region 4 are different from each other as shown in FIGS. 5 and 4, the source semiconductor region 2 and the drain semiconductor region S are NWII, and the channel forming region 4 is P In the case of the #14 diagram, the source semiconductor region 2 and drain semiconductor region 3 have PJI, and the channel formation region 4 has NM), and the latter has a lower impurity concentration than the former, it is an enhancement type FET. is said to be a surface channel type (the N-type surface channel type in the case of FIG. 3, and the P-type all channel type in the case of FIG. 4).

斯る第1〜ts4図にて上述せる構成を有するエンハン
スメント[FBTは、それがソース用半導体領域2及び
ドレイン用牛導体領域゛′3間に与えるゲート電圧V。
The enhancement having the above-described configuration in FIGS. 1 to TS4 [FBT has a gate voltage V applied between the source semiconductor region 2 and the drain conductor region ''3.

に対するソース用半導体領域2及びドレイン用半導体領
域3を通って流れるドレイン電流lD  との関係でみ
て、ゲート電圧V。を大とするとき、ゲート電圧■。が
予定の閾値電圧■thとなるときよりドレイン電流ID
が流れ始め、そしてゲート電圧V。が−値電圧vthよ
り大となればこれに応じてドレイン電RIDが大となる
も、ゲート電圧V。が零の場合ドレイン電流lDが零で
あるというエンハンスメント型特性を呈している為、見
掛上#!1−〜第1−〜て上述せる原理的構成と同様の
原理的構成を有するも、ゲート電圧V。に対するドレイ
ン電流ID の関係でみて、ゲート電圧V。
The gate voltage V in terms of the relationship with the drain current lD flowing through the source semiconductor region 2 and drain semiconductor region 3. When is large, the gate voltage ■. When becomes the expected threshold voltage ■th, the drain current ID
begins to flow, and the gate voltage V. When becomes larger than the negative value voltage vth, the drain voltage RID increases accordingly, but the gate voltage V. When is zero, the drain current lD is zero, which is an enhancement type characteristic, so the apparent #! 1-~1-~ have the same basic configuration as the above-mentioned basic configuration, but the gate voltage V. In terms of the relationship between the drain current ID and the gate voltage V.

を大とするとき、ゲート電圧V。が予定の閾値電圧Vt
hとなるときよりドレイン電流ID が流れ始め、そし
てゲート電圧V が閾値電圧■thより大となればこれ
に応じてドレイン電流IDが大となるも、ゲート電圧V
。が零の場合ドレイン電流!わ が零でないというデプ
レッション型特性を呈する絶縁ゲート・デルッション型
MI8電界効果トランジスタ(以下簡単の為単にデプレ
ッション型FITと称す)に比し、スイッチング素子と
して使い易いという%徴を有し、この為スイッチング素
子として広く用いられている。
When , the gate voltage V. is the planned threshold voltage Vt
The drain current ID begins to flow when the voltage V becomes h, and when the gate voltage V becomes larger than the threshold voltage th, the drain current ID increases accordingly, but the gate voltage V
. When is zero, the drain current! Compared to the insulated gate delusion type MI8 field effect transistor (hereinafter simply referred to as depletion type FIT for simplicity), which exhibits depletion type characteristics in which the current is not zero, it has the characteristic that it is easy to use as a switching element. It is widely used as an element.

然し乍ら111図〜第4図にて上述せる原理的構成を有
するエンハンスメント!!!FETは、そのtrn−I
D/Vo で表わされる相互コンダクタンス細が、一般
に見掛上第1図〜II4図にて上述せる原理的構成と同
様の原理的構成を有するデプレッション型FB’l’の
相互コンダクタンス−が、ゲート電圧V。に対する相互
コンダクタンス1mの特性でみて、第s図の線IDで示
す如   1くに得られるに対し、同じくゲート電圧V
。に対する相互コンダクタンス細の特性でみて、第5図
の線IEで示す如くに、ゲート電圧■。
However, the enhancement having the principle configuration described above in FIGS. 111 to 4! ! ! The FET has its trn-I
Generally, the mutual conductance expressed by D/Vo is the mutual conductance of a depletion type FB'l' which apparently has the same basic configuration as that described above in FIGS. V. Looking at the characteristics of a mutual conductance of 1 m for 1 m, it is obtained as shown by the line ID in Fig. s. Similarly, when the gate voltage V
. Looking at the characteristics of the mutual conductance with respect to the gate voltage ■, as shown by the line IE in FIG.

がエンハンスメント1FBTの閾値電圧vthと等しい
電圧V。、であるときの値である場合は勿論のことゲー
ト電圧v0がV。1以上である場合に於ても、デプレッ
ション型PETの相互コンダクタンス訓に比し小なるも
のとして得られ、この為一般に高い利得が得られないと
いう欠点を有していた。
is a voltage V that is equal to the threshold voltage vth of the enhancement 1 FBT. , of course, if the gate voltage v0 is V. Even when the value is 1 or more, the mutual conductance value is smaller than that of depletion type PET, and therefore a high gain cannot be obtained in general.

又I11図〜$4図にて上述せる原理的構成を有するエ
ンハンスメントfiFBTは、その相互コンダクタンス
騨が上述せる如く一般に小であることにより゛、チャン
ネル形成用領域4の長さ従ってチャンネル長を小として
全体を小製化せんとした場合、望ましくないチャンネル
長変調効果が生じ、この為全体を小型化するに一定の@
度を有していたという欠点を有していた。
In addition, the enhancement fiFBT having the above-mentioned principle structure in FIGS. If you try to miniaturize the whole, an undesirable channel length modulation effect will occur, and therefore a constant @
It had the disadvantage of having a high degree of

依って本発明は上述せる欠点のない新規なエンハンスメ
ン)11FITを提案せんとするもので以下詳述する所
より明らかとなるであろう。
Accordingly, the present invention proposes a novel enhanced membrane (11FIT) free from the above-mentioned drawbacks, which will become clear from the detailed description below.

本発明看等は、總1wJ−嬉4図にて上述せる構成を有
するエンハンスメン)fllFITに於て。
The present invention is based on an enhancer (FllFIT) having the configuration described above in Figure 1wJ-4.

それが上述せるエンハンスメント波特性を呈しているの
は、ゲート電極6が例えば多結晶シリ;ンの如き半導体
層の1つで構成され、そしてその1つの半導体層にエン
ハンスメン)1141性を付与せしめるエンハンスメン
)1141性付与用不純物(第1図のNIlの瀧込チャ
ンネ装置の場合例えばボロンの如きpH不純物、第2図
のP型の置込チャンネ装置の場合例えば燐の如@N置不
純物、菖3mのNIlの表面チャンネル置の場合例えば
燐の知合装置不純物 1114図のPIlの表面チャン
ネル瀧の場合例えばボロンの如きpH不純物)が導入さ
れ、又見掛上111図〜第4図にて上述せる原理的構成
と同様の原理的構成を有するもデプレツシ曹ン11%性
を呈するデプレツシ曹ンfiFITに於て、それが上述
せるデプレツシM 7Mk特性を呈しているのは、崗橡
にゲート電極6が例えば半導体の1つで構成され、そし
てその1つの半導体層にデプレック1ンm特性を付与せ
しめるデプレツシ肩ン1141性付与用不純物(見掛上
第1図のN@の埋込チャンネル型の場合、N@不純物、
見掛上第211のpHの埋込チャンネル聾の場合、P@
不純物、見掛上N隻の表面チャンネル型の場合%Pfi
不純物、見掛上PIIの表面チャンネル象の場合、N[
不純物)が導入されているからであり、従って見掛上篇
1図〜114図にて上述せる原理的構成と同様の原理的
構成を有するも、ゲート電極6を1例えば多結晶シリコ
ンの如き半導体の2つを以って構成し、而してその2つ
の半導体層の一方を、これにエンハンスメントll特性
付与用不純物を導入してエンハンスメント置特性付与用
半導体ゲート用電極部(これを6Bとする)とし、他方
を、これにデプレツシ習ンffi%性付与用不純物を導
入してデプレツシロンm特性付与用半導体ダート用電極
部(これを6Dとする)とし、而してゲート用電極6が
部6PSのみでなるものとした場合、ゲート用電極6の
部6B及び6Dが共にエンハンスメン)ffl特性付与
用半導体ゲート用電極のみでなるものとした場合にゲー
ト電圧V0 に対する相互コンダクタンスgmでみて第
6図にて点線IBで示すエンハンスメント11411性
が得られるとするとII(従来のエンハンスメン)WI
FETの場合に相蟲すル) −P’l II ノVo 
対gn’l ”1” ミテ、 11m’ 6 II K
で点線I I’で示すエンハンスメン)II特性が得ら
れ。
The reason why it exhibits the enhancement wave characteristics described above is that the gate electrode 6 is composed of one of the semiconductor layers such as polycrystalline silicon, and the one semiconductor layer is given the enhancement wave property. impurities for imparting 1141 properties (for example, pH impurities such as boron in the case of the NIl takikomi channel device shown in Figure 1; @N impurities such as phosphorus in the case of the P-type implanted channel device shown in Figure 2) In the case of the surface channel of NIl with a diameter of 3 m, for example, phosphorus impurities are introduced, and in the case of the surface channel of PIl of Fig. 1114, pH impurities such as boron) are introduced. In the depletion carbon fiFIT, which has the same principle structure as the one described above, but exhibits a depreciation characteristic of 11%, the reason why it exhibits the depreciation M7Mk characteristic described above is that it has a gate in the gate. The electrode 6 is made of, for example, one of the semiconductors, and an impurity for imparting depletion shoulder 1141 imparting the depletion characteristic to the one semiconductor layer (apparently a buried channel type of N@ in FIG. 1) is added. In the case of , N@ impurity,
In the case of implanted channel deafness with an apparent pH of 211, P@
Impurities, %Pfi in case of surface channel type with apparently N vessels
In the case of an impurity, an apparent PII surface channel image, N[
This is because the gate electrode 6 is made of a semiconductor such as polycrystalline silicon. , and one of the two semiconductor layers is doped with an impurity for imparting enhancement characteristics to form an electrode portion for a semiconductor gate for imparting enhancement characteristics (this is referred to as 6B). ), and the other part is made into a semiconductor dirt electrode part (6D) by introducing an impurity for imparting depletion characteristic ffi% to this, and the gate electrode 6 becomes part 6PS. Fig. 6 shows the mutual conductance gm with respect to the gate voltage V0 when the portions 6B and 6D of the gate electrode 6 consist only of the semiconductor gate electrode for imparting ffl characteristics. If the enhancement 11411 shown by the dotted line IB is obtained in II (conventional enhancement) WI
(In the case of FET, it is mutually exclusive) -P'l II ノ Vo
Against gn'l "1" Mite, 11m' 6 II K
Enhancement characteristics shown by the dotted line II' are obtained.

ゲート用電極6が部6Dのみでなるものとした場合、同
様のV・対胛てみて、第6図にて点線IDで示すデプレ
ッションl14I性が得られる様に1部6E及び6Dに
於ける不純物の材料、濃度勢を適当に選べば、同様のv
(i対騨でみて纂6図にて実@I’HI  で示す如く
に、エンハンスメント11特性を呈し乍ら、相互コンダ
クタンス−が、ゲート電圧v6 が閾値電圧vthの近
傍である場合従来のエンハンスメン)11FIテに比し
格段的に高いものとして、又ゲート電圧V。
When the gate electrode 6 is made up of only the portions 6D, the impurities in the portions 6E and 6D are determined to obtain the depletion property shown by the dotted line ID in FIG. If you choose the material and concentration force appropriately, similar v
(As shown in Figure 6 by I'HI in terms of i vs. ) The gate voltage V is significantly higher than that of 11FI.

が閾値電圧vthの近傍より大である場合従来のデプレ
ッションHFITと同等に高いものとして得られ、この
為従来のエンハンスメント型FIT[比し高い利得が得
られ、又この為チャンネル形成用領絨4の長さ依ってチ
ャンネル長を小としても不必要にチャンネル長変調効果
が生ぜず、この為全体を従来のエンハンスメントIIF
M〒に比し小量化し得るということを想起するに到った
ものである。
When is larger than the vicinity of the threshold voltage vth, it can be obtained as high as the conventional depletion HFIT, and therefore a higher gain can be obtained compared to the conventional enhancement type FIT. Depending on the length, even if the channel length is made small, unnecessary channel length modulation effects will not occur.
This led us to recall that it is possible to reduce the amount compared to M〒.

依って此処に本41羽を提案するに到ったもので、その
m1it的夾施例は[7図、第8図、謔9図及び111
10図に示す如く、第1図、第2図。
Therefore, I have come to propose 41 birds here, and the m1it examples are [Figure 7, Figure 8, Figure 9 and 111]
As shown in FIG. 10, FIGS. 1 and 2.

第S図及び總4図にで上述せる構成に旋で、ゲート用電
極6が前述せるエンハンスメント1141性付与用半導
体ゲート用電極部6Eとデプレッシ曹ン11411性付
与用半導体ダート用電極部6Dとを具備するという構成
を有するものである。
The gate electrode 6 has the above-mentioned structure as shown in FIGS. It has a configuration that it is equipped with.

尚実際上上述せるゲージ用電極部6D及び4Mは、それ
等に互に同一電位が与えられるべく例えば配置ll(よ
り互に連結されているものである。
In fact, the gauge electrode parts 6D and 4M mentioned above are arranged, for example, in a manner such that they are connected to each other so that the same potential is applied to them.

以上で本発明によるエンハンスメン) It F IT
のam的構成が明らかとなったが、斯る構成〈よれば、
上述せる所より明らかであるので詳鑵説明はこれを省略
するも、高い厘mが得られるので、従来のエンハンスメ
ン1−@PETに比し高い利得が得られ、又チャンネル
長を小として全体を小部化し得るという大なる特徴を有
するものである。
The above is the enhancement according to the present invention) It F IT
The am-like structure of
Since it is clear from the above, a detailed explanation will be omitted, but since a high gain can be obtained, a higher gain can be obtained compared to the conventional Enhancement 1-@PET, and the overall gain can be reduced by reducing the channel length. It has the great feature that it can be made into a small part.

尚上述に於てはゲート用電極部6E及び6Dの夫々基こ
つきそれが1つである場合につき述べたが、複数゛とし
て上述せると同様の作用効果を得ることが出来ること明
らかであろう。
In the above description, the case where there is only one gate electrode section 6E and 6D has been described, but it is clear that the same effect can be obtained if there is a plurality of gate electrode sections 6E and 6D. .

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

謔1図〜第4図は従来のエンハンスメント型FITの原
理的構成を示す略纏的断面図、縞5図及びJl116図
は本発明のm羽に供するゲート電圧v0に対する相互コ
ンダクタンスg鵬の関係を示す図、第7m11〜111
1t1図は本l!明によるエンハンスメント型FITの
原理的構成を示す路線的断面図である。 ・(゛〕V 第7図    第8図 第9図     第10図 一事件の表示  昭和56年特許願第102522号/
発明の名称  絶縁ゲート・エンハンスメント型MIS
電界効果トランジスタ 特許出願人 事件との関係 特許出願人 住 所 〒100  東京都千代田区内幸町1丁目1番
6号 名 称 (422)日本電信電話公社 代表者 真  腺   恒 代  理  人 住 所 〒102東京都千代田区麹町5丁目7番地 秀
和紀尾井町TBR820号 電話03−230−4644 補正の対象   明細書の全文 補正の内容   別紙の通り 明 細 書(全文訂正) 1、発明の名称  絶縁ゲート・エンハンスメント型M
IS電界効果トラ ンジスタ 2、特許請求の範囲 ゲート用電極が、エンハンスメント型特性付与用不純物
を導入しているエンハンスメント型特性付与用半導体ゲ
ート用電極部と、デプレッション型特性付与用不純物を
導入しているデプレッション型特性付与用半導体ゲート
用電極部とを具備することを特徴とする絶縁ゲート・エ
ンハンスメント型MIS電界効果トランジスタ。 3、発明の詳細な説明 本発明は、絶縁ゲート・エンハンスメント型MIS電界
効果トランジスタの改良に関する。 絶縁ゲート・エンハンスメント型M、IS電界効果トラ
ンジスタ(以下簡単の為、単にエンハンスメント型FE
Tと称す)−は、原理的に、次のような構成を有する。 即ち、第1図〜第4図に示すように、絶縁性乃至竿絶縁
性基収1上に、ソース用半導体領域2と、ドレイン用半
導体領域3と、ソース用半導体領域2とドレイン用半導
体領域3との間のチャンネル形成用領域4と、その領域
4上に、ゲート用絶縁層5を介して配されたゲート用電
極6とを有する。 このような構成を有するエンハンスメント型FETに於
て、ソース用半導体領域2及びドレイン用半導体領域3
と、チャンネル形成用領域4とが、第1図及び第2図に
示すように、互に同じ導電型(第1図の場合、N型、第
2図の場合、P型)を有し、そして、チャンネル形成用
領域4が、ソース用半導体領域2及びドレイン用半導体
領域3に比し、低い不純物濃度を有する場合、エンハン
スメント型FETが、埋込チャンネル型(第1図の場合
N型の埋込チャンネル型、第2図の場合P型の埋込チャ
ンネル型)であると称されている。 また、ソース用半導体領域2及びドレイン用半導体領域
3と、チャンネル形成用領域4とが、第3図及び第4図
に示すように、互に異なる導電型(第3図の場合、ソー
ス用半導体領域2及びドレイン用半導体領域3がN型、
チャンネル形成用領域4がP型、第4図の場合、ソース
用半導体領域2及びドレイン用半導体領域3がP型、チ
ャンネル形成用領域4がN型)を有し、そして、チャン
ネル形成用領域4が、ソース用半導体領域2及びドレイ
ン用半導体領域3に比し、低い不純物濃度を有する場合
、エンハンスメント型FETが、表面チャンネル型(第
3図の場合、N型の表面チャンネル型、第4図の場合、
P型の表面チャンネル型)であると称されでいる。 第1図〜第4図で上述した構成を有するエンハンスメン
ト型FETは、ソース用半導体領域2とドレイン用半導
体領域3との間に与えるゲート電圧V、に対する、ソー
ス用半導体領域2とドレイン用半導体領域3どを通って
流れるドレイン電流l との関係でみて、ゲート電圧v
4り を大にしたとき、ゲート電圧vG が予定の閾値電圧v
4hとなるときから、ドレイン電流If)が流れ始め、
そして、ゲート電圧V、が閾値電圧V4hより大となれ
ば、これに応じてドレイン電流■、が大になるが、ゲー
ト電圧V、  が零の場合、ドレイン電流■。が零であ
る、というエンハンスメント型特性を呈している。 コノタメ、第1図〜第4図で上述したエンハンスメント
型FETは、見掛上、第1図〜第4図で上述したと同様
の原理的構成を有するが、ゲート電圧VG  に対する
ドレイン電流■うの関係でみて、ゲート電圧vGt を
大にしたとき、ゲート電圧v6 が予定の1m1i電圧
■となるときから、ドレイン電流1.  が流れ始め、
そして、グーート電圧v6  が閾値電圧Wより大とな
れば、これに応じてドレイン電流1.  が大となるが
、ゲート電圧va  が零の場合、ドレイン電流I。 が零でない、というデプレッション型特性を呈する絶縁
ゲート・デプレッション型MIs電界効果トランジスタ
(以下簡単の為単にデプレッジョン型FETと称す)に
比し、スイッチング素子として使い易い、という特徴を
有する。 このため、第1図〜第4図で上述したエンハンスメント
型FETは、スイッチング素子として広く用いられてい
る。 然し乍ら、第1図〜第4図にて上述した原理的構成を有
するエンハンスメント型FETは、その!1ll= 1
.、 /V(、で表わされる相互コンダクタンスg−が
、一般に、見掛上、第1図〜第4図で上述したと同様の
原理的構成を有するデプレッション型FETの相互コン
ダクタンスローが、ゲート電圧VG  に対する相互コ
ンダクタンスgsの特性でみて、第5図の線IDで示す
ように、得られるに対し、ゲート電圧Ve に対する相
互コンダクタンスg−の特性でみて、第5図の線IEで
示すように、ゲット電圧V6  がエンハンスメント型
FETの閾値電圧v仙 とiし、い電圧VGIである場
合は勿論のこと、ゲート電圧V、がV61以上である場
合に於ても、デプレッション型FETの相互コンダクタ
ンス9−に比し、小である。 このため、第1図〜第4図で上述したエンハンスメント
型FETは、一般に、高い利得が得られない、という欠
点を有していた。 また、第1図〜第4図で上述した原理的構成を有するエ
ンハンスメント型FETは、その相互コンダクタンス0
徴が、上述したように、一般に小であるので、チャンネ
ル形成用領域4の長さ、従ってチャンネル長を小とし、
エンハンスメント型FET全体を小型化せんとした場合
、望ましくないチャンネル長変調効果が生ずる。 このため、第1図〜第4図で上述したエンハンスメント
型FETは、それを小型化するに一定の限度を有する、
という欠点を有していた。 よって、本発明は、上述した欠点のない、新規なエンハ
ンスメント型FETを提案せんとするもので、以下詳述
する所より明らかとなるであろう。 本発明者等は、第1図〜第4図で上述した構成を有する
エンハンスメント型FETに於て、それが、上述したエ
ンハンスメント型特性を呈しているのは、ゲート電極6
が、例えば多結晶シリコンのような、半導体層の1つで
構成され、そして、その1つの半導体層に、エンハンス
メント型特性を付与させるエンハンス、メント型特性付
与用不純物(第1図のN型の埋込チャンネル型の場合、
例えばボロンのようなP型不純物、第2図のP型の埋込
チャンネル型の場合、例えば燐のようなN型不純物、第
3図のN型の表面チャンネル型の場合、例えば燐のよう
なN型不純物、第4図のP型の表面チャンネル型の場合
、例えばボロンのようなP型不純物)が導入されている
からであることを想起した。 また、本発明者等は、見
掛上、第1図〜第4図で上述したと同様の原理的構成を
有するが、デプレッシン型特性を呈するデプレッション
型FETに於て、それが、上述したデプレッション型特
性を呈しているのは、同様に、ゲート電極6が、例えば
半導体層の1つで構成され、そして、その1つの半導体
層に、デプレッション型特性を付与させるデプレッショ
ン型特性付与用不純物(見掛上、第1図のN型の埋込チ
ャンネル型の場合、N型不純物入見掛上、第2図のP型
の埋込チャンネル型の場合、P型不純物、見掛上、N型
の表面チャンネル型の場合、P型不純物、見掛上、P型
の表面チャンネル型の場合、N型不純物)が導入されて
いるからであることも想起した。 さらに、本発明者等は、上述した想起に基き、見掛上、
第1図〜第4図で上述したと同様の原理的構成を有する
が、ゲート電極6を、例えば多結晶シリコンのような、
半導体の2つを以って構成し、そして、その2つの半導
体層の一方を、これにエンハンスメント型特性付与用不
純物を導入してエンハンスメント型特性付与用半導体ゲ
ート用電極部(これを6Eとする)とし、他方を、これ
にデプレッション型特性付与用不純物を導入してデプレ
ッション型特性付与用半導体ゲート用電極部(これを6
Dとする)とし、そして、この場合、ゲート用電極6が
部6Eのみでなるものとした場合、ゲート用電極6の部
6F及び6Dが、共にエンハンスメント型特性付与用半
導体ゲート用電極のみでなるものとした場合に、ゲート
電圧VG に対する相互コンダクタンスQlでみて、第
6図で点線1.Eで示すエンハンスメント型2.特性が
得られるとするとき〈従来のエンハンスメント型FET
の場合に相当する〉、同様のV、  対O−でみて、第
6図で点線IEで示すエンハンスメント型特性が得られ
るように、また、ゲート用電極6が部6Dのみでなるも
のとした場合、同様のV&対Qlでみて、第6図で点線
IDで示すデプレッション型特性が得られるように、 部6F及び6Dにおける不純物の材料、濃度等を適当に
選べば、同様のV&対g■でみて、第6図で実線T E
”で示すように、エンハンスメント型特性を呈しながら
、相互フンダクタンスQ−が、ゲート電圧V6  が閾
値電圧Vthの近傍である場合、従来のエンハンスメン
ト型FETに比し、格段的に高いものとして得られ、ま
た、又ゲート電圧V6.が閾値電圧vthの近傍より大
である場合、従来のデプレッション型FETと同等に高
いものとして得られ、このため、従来のエンハンスメン
ト型FETに比し、高い利得が得られ、また、このため
、チャンネル形成用領域4の長さよって、チャンネル長
を小にしでも、不必要に、チャンネル長変調効果が生ぜ
ず、このため、エンハンスメント型FET全体を、従来
のエンハンスメント型FETに比し、小型化し得るとい
うことを想起した。 よって、本発明者らは、特許請求の範囲に記載している
本発明を提案するに至ったもので、その原理的実施例は
、第7図、第8図、第9図及び第10図に示すように、
第1図、第2図、第3図及び第4図で上述した構成にお
いて、そのゲート用電極6が、前述したエンハンスメン
ト型特性付与用半導体ゲート用電極部6Eと、デプレッ
ション型゛特性付与用半導体ゲート用電極部6Dとを具
備するという構成を有する。 なお、実際上、上述したゲート用電極部6D及び6Fは
、それらに互に同一電位が与えられるように、例えば配
線によって、互に連結されている。 以上で、本発明によるエンハンスメント型FETの原理
的構成が明らかとなった。 このような構成を有する、本発明によるエンハンスメン
ト型FETによれば、上述した所から明らかであるので
、詳細説明は省略するが、高いg−が得られるので、従
来のエンハンスメント型FETに比し、古い利得が得ら
れ、また、チャンネル長を小として、エンハンスメント
型FET全体を、小型化し得る、という大なる特徴を有
する。 なお、上述においては、ゲート用電極部6F及び6Dの
それぞれにつき、それが1つである場合につき述べたが
、それらを複数にして、上述したと同様の作用効果を得
ることも出来ることは、明らかであろう。 4、図面の簡単な説明 第1図、第2図、第3図及び第4図は、それぞれ従来の
エンハンスメント型FETの原理的構成を示す路線的断
面図である。 第5図及び第6図は、本発明の説明に供するゲート電圧
VcT に対する相互コンダクタンスQ−の関係を示す
図である。 第7図、第8図、第9図及び第10図は、それぞれ本発
明によるエンハンスメント型FETの原理的構成を示す
路線的断面図である。 1・・・・・・・・・・・・絶縁性乃至半絶縁性基板2
・・・・・・・・・・・・ソース用半導体領域3・・・
・・・・・・・・・ドレイン用半導体領域4・・・・・
・・・・・・・チャンネル形成用領域5・・・・・・・
・・・・・ゲート用絶縁層6・・・・・・・・・・・・
ゲート用電極6F・・・・・・・・・エンハンスメント
型特性付与用半導体ゲート用電極部  。 6D・・・・・・・・・デプレッション型特性付与用半
伝導体ゲート用電極部
Figures 1 to 4 are schematic cross-sectional views showing the basic structure of a conventional enhancement-type FIT, and Figure 5 and Figure 116 show the relationship between the mutual conductance g and the gate voltage v0 applied to the m-channel of the present invention. Figure shown, No. 7 m11-111
1t1 diagram is in book l! 1 is a cross-sectional view illustrating the basic structure of an enhancement type FIT according to Akira.・(゛)V Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Display of the case 1982 Patent Application No. 102522/
Title of invention Insulated gate enhancement type MIS
Relationship with field-effect transistor patent applicant case Patent applicant address 1-1-6 Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo 100 Name (422) Representative of Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation Osamu Tsuneyo Makoto Address 102 Tokyo 5-7 Kojimachi, Chiyoda-ku, Miyako Hidekazu Kioicho TBR 820 Phone: 03-230-4644 Subject of amendment Full text of the specification Contents of amendment As attached Specification (corrected full text) 1. Title of the invention Insulated gate enhancement type M
IS Field Effect Transistor 2, Claims A gate electrode includes an electrode portion for a semiconductor gate for enhancement-type characteristics into which an impurity for imparting enhancement-type characteristics is introduced, and a depletion type semiconductor gate electrode portion into which an impurity for imparting depression-type characteristics is introduced. An insulated gate enhancement type MIS field effect transistor comprising: a semiconductor gate electrode portion for imparting type characteristics; 3. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in insulated gate enhancement type MIS field effect transistors. Insulated gate enhancement type M, IS field effect transistor (hereinafter simply referred to as enhancement type FE for simplicity)
(referred to as T)- has the following structure in principle. That is, as shown in FIGS. 1 to 4, on an insulating or insulating substrate 1, a semiconductor region 2 for a source, a semiconductor region 3 for a drain, and a semiconductor region 2 for a source and a semiconductor region for a drain are formed. 3, and a gate electrode 6 disposed on the region 4 with a gate insulating layer 5 interposed therebetween. In an enhancement type FET having such a configuration, a source semiconductor region 2 and a drain semiconductor region 3
and the channel forming region 4, as shown in FIGS. 1 and 2, have the same conductivity type (N type in the case of FIG. 1, P type in the case of FIG. 2), When the channel forming region 4 has a lower impurity concentration than the source semiconductor region 2 and the drain semiconductor region 3, the enhancement type FET is a buried channel type (in the case of FIG. 1, an N type buried It is called a buried channel type (in the case of FIG. 2, a P-type buried channel type). Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the source semiconductor region 2, the drain semiconductor region 3, and the channel formation region 4 are of different conductivity types (in the case of FIG. The region 2 and the drain semiconductor region 3 are N type,
In the case where the channel forming region 4 is of P type, as shown in FIG. 4, the source semiconductor region 2 and the drain semiconductor region 3 are of P type, and the channel forming region 4 is of N type. has a lower impurity concentration than the source semiconductor region 2 and the drain semiconductor region 3, the enhancement type FET is a surface channel type (in the case of FIG. 3, an N-type surface channel type, and in the case of FIG. case,
It is said to be a P-type surface channel type). The enhancement type FET having the configuration described above in FIGS. 1 to 4 has a structure in which the gate voltage V applied between the source semiconductor region 2 and the drain semiconductor region 3 is 3. In relation to the drain current l flowing through the gate voltage v
When increasing 4, the gate voltage vG becomes the expected threshold voltage v
From the time it reaches 4h, the drain current If) starts to flow,
If the gate voltage V becomes larger than the threshold voltage V4h, the drain current ■ increases accordingly, but if the gate voltage V becomes zero, the drain current ■ becomes larger. It exhibits an enhancement type characteristic in which the value is zero. The enhancement type FET described above in FIGS. 1 to 4 has the same basic structure as that described above in FIGS. 1 to 4, but the drain current with respect to the gate voltage VG Considering the relationship, when the gate voltage vGt is increased, the drain current 1. began to flow,
If the Goot voltage v6 becomes larger than the threshold voltage W, the drain current 1. However, when the gate voltage va is zero, the drain current I. It has the characteristic that it is easier to use as a switching element than an insulated gate depression type MIs field effect transistor (hereinafter simply referred to as a depletion type FET for simplicity), which exhibits a depression type characteristic in which the FET is not zero. For this reason, the enhancement type FET described above in FIGS. 1 to 4 is widely used as a switching element. However, the enhancement type FET having the above-mentioned principle configuration in FIGS. 1 to 4 has the following characteristics. 1ll=1
.. , /V(,) In general, the mutual conductance throw of a depletion type FET which apparently has the same principle configuration as that described above in FIGS. 1 to 4 is given by the gate voltage VG. Looking at the characteristics of the transconductance gs with respect to the gate voltage Ve, as shown by the line ID in FIG. Not only when the voltage V6 is a voltage VGI which is equal to the threshold voltage vxi of the enhancement type FET, but also when the gate voltage V is equal to or higher than V61, the mutual conductance 9- of the depletion type FET For this reason, the enhancement type FETs described above in FIGS. 1 to 4 generally have the disadvantage of not being able to obtain high gains. The enhancement type FET having the principle configuration described above in the figure has a mutual conductance of 0.
As mentioned above, since the characteristics are generally small, the length of the channel forming region 4, and therefore the channel length, is made small,
Attempts to downsize the entire enhancement FET result in undesirable channel length modulation effects. For this reason, the enhancement type FET described above in FIGS. 1 to 4 has a certain limit in miniaturizing it.
It had the following drawback. Therefore, the present invention aims to propose a novel enhancement type FET that does not have the above-mentioned drawbacks, which will become clear from the detailed description below. The present inventors have discovered that the enhancement type FET having the configuration described above in FIGS. 1 to 4 exhibits the enhancement type characteristics described above because the gate electrode 6
is composed of one semiconductor layer, such as polycrystalline silicon, and an impurity for imparting enhancement type characteristics (an N-type impurity in FIG. 1) imparts enhancement type characteristics to that one semiconductor layer. For embedded channel type,
In the case of the P type buried channel type shown in Figure 2, an N type impurity such as phosphorus, in the case of the N type surface channel type shown in Figure 3, e.g. It was recalled that this is because an N-type impurity (for example, a P-type impurity such as boron in the case of the P-type surface channel type shown in FIG. 4) is introduced. In addition, the present inventors have developed a depression type FET which apparently has the same principle structure as that described above in FIGS. 1 to 4, but which exhibits depressin type characteristics. Similarly, the reason why the gate electrode 6 exhibits the depletion type characteristics is that the gate electrode 6 is composed of, for example, one of the semiconductor layers, and that one semiconductor layer is provided with a depletion type characteristic imparting impurity (depression type characteristic) that imparts the depletion type characteristic. In the case of the N-type buried channel type shown in Figure 1, there is apparently an N-type impurity, and in the case of the P-type buried channel type shown in Figure 2, there is a P-type impurity, an apparent, and an N-type impurity. It was also recalled that this is because a P-type impurity is introduced in the case of the surface channel type, and an N-type impurity is introduced in the case of the surface channel type, which is apparently P type. Furthermore, based on the above-mentioned recollection, the present inventors apparently
It has the same principle structure as described above in FIGS. 1 to 4, but the gate electrode 6 is made of, for example, polycrystalline silicon.
An electrode part for a semiconductor gate for imparting enhancement type characteristics is formed by introducing an impurity for imparting enhancement type characteristics into one of the two semiconductor layers (this is referred to as 6E). ), and the other is made into a semiconductor gate electrode part (6) by introducing an impurity for imparting depression type characteristics into this.
D), and in this case, if the gate electrode 6 is made up of only the part 6E, then the parts 6F and 6D of the gate electrode 6 are both made up of only the semiconductor gate electrode for imparting enhancement-type characteristics. When looking at the mutual conductance Ql with respect to the gate voltage VG, the dotted line 1. Enhancement type 2, denoted by E. When the characteristics can be obtained <conventional enhancement type FET
Corresponding to the case of 1), when looking at the same V and O-, the enhancement type characteristics shown by the dotted line IE in FIG. , looking at the same V& vs. Ql, if the material, concentration, etc. of the impurity in parts 6F and 6D are appropriately selected so that the depletion type characteristic shown by the dotted line ID in Fig. 6 can be obtained, the same V & vs. g■ can be obtained. Look at the solid line T E in Figure 6.
”, while exhibiting enhancement type characteristics, the mutual fundance Q- can be obtained as being significantly higher than that of the conventional enhancement type FET when the gate voltage V6 is near the threshold voltage Vth. , and when the gate voltage V6. is larger than the vicinity of the threshold voltage vth, it can be obtained as high as a conventional depletion type FET, and therefore a higher gain can be obtained compared to a conventional enhancement type FET. Moreover, for this reason, even if the channel length is made small depending on the length of the channel forming region 4, an unnecessary channel length modulation effect does not occur. Therefore, the present inventors proposed the present invention as described in the claims, and the principle embodiment thereof is the seventh embodiment. As shown in Figures 8, 9 and 10,
In the structure described above in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. It has a configuration including a gate electrode section 6D. In fact, the gate electrode parts 6D and 6F described above are connected to each other by, for example, wiring so that the same potential is applied to them. The basic structure of the enhancement type FET according to the present invention has been clarified above. According to the enhancement type FET of the present invention having such a configuration, as is clear from the above, a detailed explanation will be omitted, but since a high g- can be obtained, compared to the conventional enhancement type FET, It has the great feature that an old gain can be obtained, and the entire enhancement type FET can be downsized by making the channel length small. In addition, in the above description, the case where there is only one gate electrode section 6F and 6D has been described, but it is also possible to obtain the same effect as described above by using a plurality of gate electrode sections 6F and 6D. It should be obvious. 4. Brief Description of the Drawings FIGS. 1, 2, 3, and 4 are sectional views showing the basic structure of a conventional enhancement type FET, respectively. FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the relationship between mutual conductance Q- and gate voltage VcT for explaining the present invention. FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 10 are line sectional views showing the basic structure of an enhancement type FET according to the present invention, respectively. 1...Insulating or semi-insulating substrate 2
......Semiconductor region 3 for source...
......Drain semiconductor region 4...
......Channel formation area 5...
・・・・・・Gate insulating layer 6・・・・・・・・・・・・
Gate electrode 6F: Electrode section for semiconductor gate for imparting enhancement type characteristics. 6D・・・・・・・Electrode part for semiconductor gate for imparting depression type characteristics

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ゲート用電極がエンノーンスメント型特性付与用不純物
を導入せるエン/Sンスメント型特性付与用牛導体ゲー
ト用電極部とデプレツシツン型特性付与用不純−を導入
せるエンノ1ンスメントsI%性付与用半導体ゲート用
電極部とを具備する事を特徴とする絶縁ゲート・エンノ
・ンスメント型MI8電界効果トランジスタ。
A conductor gate electrode part for imparting enhancement type characteristics into which an impurity for imparting enhancement type characteristics can be introduced, and a semiconductor gate for imparting enhancement SI% characteristics into which an impurity for imparting depletion type characteristics can be introduced. An insulated gate enhancement type MI8 field effect transistor characterized by comprising an electrode portion for use in the field.
JP10252281A 1981-06-30 1981-06-30 Insulating gate-enhancement type metal insulator semiconduction field-effect transistor Pending JPS584974A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5111260A (en) * 1983-06-17 1992-05-05 Texax Instruments Incorporated Polysilicon FETs

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5111260A (en) * 1983-06-17 1992-05-05 Texax Instruments Incorporated Polysilicon FETs

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