JPS6027193B2 - semiconductor circuit device - Google Patents

semiconductor circuit device

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JPS6027193B2
JPS6027193B2 JP12566976A JP12566976A JPS6027193B2 JP S6027193 B2 JPS6027193 B2 JP S6027193B2 JP 12566976 A JP12566976 A JP 12566976A JP 12566976 A JP12566976 A JP 12566976A JP S6027193 B2 JPS6027193 B2 JP S6027193B2
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semiconductor
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circuit device
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隼明 福本
教彦 小谷
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、MOSトランジスタを構成要素とする半導
体回路装置の改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in a semiconductor circuit device having MOS transistors as constituent elements.

MOS−LSIの集積度の増大に伴ない、構成単位であ
るMOSトランジスタのチャネル長(ソ−ス・ドレィン
間の距離)を短かくすることが要求されてきたが、この
結果、パンチ・スルー現象に伴うしきし、値電圧の短チ
ャネル効果(チャネル長が短か〈なると極端にしきし、
値電圧が低下する効果)やドレイン耐圧の低下が生じる
。従来、このようなパンチ・スルー現象による、しきい
値電圧の短チャネル効果やドレィン耐圧の低下を防ぐの
に「基板全体の不純物濃度を高くする(比抵抗を下げる
)ことが考えられたが、この方法では、基板定数k(ソ
ース・基板間の電圧によろしさい値電圧の変化量を表わ
す係数)が大きくなり、LSI構成上好ましくない、。
As the degree of integration of MOS-LSI increases, it has been required to shorten the channel length (distance between source and drain) of MOS transistors, which are the constituent units, but as a result, punch-through phenomenon short-channel effects on the value voltage (extremely high when the channel length is short,
(effect of lowering the value voltage) and lowering the drain breakdown voltage. Conventionally, in order to prevent the short channel effect of the threshold voltage and the decrease in drain breakdown voltage due to such punch-through phenomenon, it was considered to increase the impurity concentration of the entire substrate (lower the specific resistance). This method increases the substrate constant k (a coefficient representing the amount of change in voltage that is appropriate for the voltage between the source and the substrate), which is undesirable in terms of LSI configuration.

特に負荷用のMOSトランジスタのしきい値電圧が大き
く変化するので、負荷特性の低下が激しくなる。通常用
いられるE−○(ェンハンスメント・テイプリッション
)形MOS−ICの負荷MOSトランジスタのしきし、
値電圧:1.5V(電源電圧=2.5V)のときの負荷
特性は、第1図の従来のMOSトランジスタの負荷特性
図に示すようにも基板定数kの値によって大きく変化し
、k≧1では、抵抗負荷の特性よりも悪い特性となる。
この発明は〜チャネル長が短かくなったときのパンチQ
スルー現象を抑えると共に「MOSトランジスタの基板
定数kが大きくなっても負荷MOSトランジスタとして
の負荷特性が抵抗負荷のときの特性より悪くならない半
導体回路装置を提供することを目的としたものである。
In particular, since the threshold voltage of the load MOS transistor changes greatly, the load characteristics deteriorate significantly. The threshold of the load MOS transistor of the commonly used E-○ (enhancement reduction) type MOS-IC,
The load characteristics when the value voltage is 1.5V (power supply voltage = 2.5V) vary greatly depending on the value of the substrate constant k, as shown in the load characteristics diagram of the conventional MOS transistor in Figure 1, and k≧ 1, the characteristics are worse than those of a resistive load.
This invention ~ Punch Q when the channel length becomes short
The object of the present invention is to provide a semiconductor circuit device which suppresses the through phenomenon and whose load characteristics as a load MOS transistor do not become worse than those of a resistive load even if the substrate constant k of the MOS transistor becomes large.

以下、実施例によりこの発明を説明する。第2図はこの
発明をNチャネルMOSトランジスタに適用した一実施
例の主要部の縦断面図である。
The present invention will be explained below with reference to Examples. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the main part of an embodiment in which the present invention is applied to an N-channel MOS transistor.

図において、川ま比抵抗10〜15Q弧のP形シリコン
基板〜 2はェピタキシアル成長法、イオン注入法また
は不純物拡散法によりP形シリコン基板亀の一主面上に
形成され比抵抗2〜40伽のP十形層「 3はイオン注
入法または不純物拡散法によりP+形層2上に10仏仇
程度の厚さに形成されたN形またはN形層h 4はN−
形またはN形層3の表面に、所定のチャネル層を形成す
るように〜被着され厚さ500〜1000A程度に設け
られた二酸化ケイ素(Si02)膜よりなるゲート絶縁
膜、5はゲート絶縁膜4上に気相成長法により形成され
た多結晶シリコン層、6および7はN−形またはN形層
3のゲート絶縁膜4の下の部分をはさみN−形またはN
形層3の表面よりP十形層2に達するように設けられた
N十形のソース領域およびドレィン領域である。次にこ
の発明によるMOSトランジスタの特徴を述べる。
In the figure, a P-type silicon substrate with a specific resistance of 10 to 15Q is formed on one main surface of the P-type silicon substrate by epitaxial growth, ion implantation, or impurity diffusion, and has a specific resistance of 2 to 40. 3 is an N-type or N-type layer h formed to a thickness of about 10 mm on the P+ type layer 2 by ion implantation or impurity diffusion; 4 is an N-
5 is a gate insulating film made of a silicon dioxide (Si02) film deposited on the surface of the N-type or N-type layer 3 to form a predetermined channel layer and provided with a thickness of about 500 to 1000 A. Polycrystalline silicon layers 6 and 7 are formed by vapor phase growth on 4, sandwiching the N-type or N-type layer 3 under the gate insulating film 4, and forming an N-type or N-type layer 3.
These are N0 type source and drain regions provided to reach the P00 type layer 2 from the surface of the type layer 3. Next, the characteristics of the MOS transistor according to the present invention will be described.

第3図および第4図は、上記の実施例のMOSトランジ
スタの負荷特性図であり、第3図はしきし、値電圧−2
.5Vの場合、第4図はしきし、値電圧−4Vの場合の
特性を示す。
3 and 4 are load characteristic diagrams of the MOS transistor of the above embodiment.
.. In the case of 5V, FIG. 4 shows the characteristics when the value voltage is -4V.

従来のMOSトランジスタでは、第1図に示すように、
基板定数kが大きく(比抵抗が小さく)なると、等価的
な負荷抵抗が急激に小さくなり、基板定数kがi.0(
P形基板の比抵抗50仇、ゲート酸化膜の厚さ1000
Aの場合に相当)のとき、すでに抵抗負荷の特性より特
性が劣っている。一方、しきい値電圧が負で絶対値が大
きいこの発明によるMOSトランジスタの特性は、第4
図に示すように、Kが1.5(P十層の比低抗が20伽
「ゲート酸化膜の厚さ1000△の場合に相当)まで増
加しても「抵抗負荷の特性より良い特性を保っている。
しかも、第2図に示すこの発明のMOSトランジスタに
おいては、基板定数kを小さくするためにも軒形シリコ
ン基板軍‘こ10〜150例と高比競杭のものを用い「
パンチもスルーを防止するためにへP+層2を2〜48
弧と低比抵抗にしているので、基板定数kが大きくなっ
てても「 しきい値電圧が電源電圧と逆極性でその絶対
値をドレィン電圧の絶対値以上にすることができ、従釆
の抵抗負荷より優れた負荷用M○Sトランジスタができ
るようになった。この発明によるMOSトランジスタに
おいて、半導体基板の比抵抗が高いため基板定数kが小
さく〜 しかもしきい値電圧が低いため、同一面積でド
レィン電流を多く流すことが可能になるので、同量のド
レイン電流を流すのに必要なチャネル幅を狭くできる。
またも半導体基板とソース領域およびドレイン領域との
間に低比抵抗半導体層を設けたのでもパンチQスルーを
防いでチャネル長を1#m程度まで短くすることが可能
なので「一層「高菜種化に適している。次に第2図に示
す実施例のMOSトランジスタの製造方法について説明
する。
In the conventional MOS transistor, as shown in Figure 1,
When the substrate constant k increases (specific resistance decreases), the equivalent load resistance decreases rapidly, and the substrate constant k becomes i. 0(
Specific resistance of P type substrate is 50mm, thickness of gate oxide film is 1000mm
(equivalent to case A), the characteristics are already inferior to those of a resistive load. On the other hand, the characteristics of the MOS transistor according to the present invention, which has a negative threshold voltage and a large absolute value, are as follows.
As shown in the figure, even if K increases to 1.5 (corresponding to the case where the specific resistance of the P 10 layer is 20℃ and the gate oxide film thickness is 1000△), the characteristics are still better than those of the resistive load. I keep it.
Moreover, in the MOS transistor of the present invention shown in FIG. 2, in order to reduce the substrate constant k, an eaves-shaped silicon substrate of 10 to 150 types and a high-competitive type are used.
P+ layer 2 to 2 to 48 to prevent punch through.
Since the arc and the specific resistance are low, even if the substrate constant k becomes large, the threshold voltage has the opposite polarity to the power supply voltage and its absolute value can be greater than the absolute value of the drain voltage, and the dependent It has become possible to create a M○S transistor for loads that is superior to resistive loads.In the MOS transistor according to the present invention, the substrate constant k is small because the specific resistance of the semiconductor substrate is high ~ Moreover, the threshold voltage is low, so the same area Since it becomes possible to flow a large amount of drain current, the channel width required to flow the same amount of drain current can be narrowed.
Also, by providing a low resistivity semiconductor layer between the semiconductor substrate and the source and drain regions, it is possible to prevent punch Q-through and shorten the channel length to about 1 m, making it possible to further increase the Next, a method for manufacturing the MOS transistor of the embodiment shown in FIG. 2 will be described.

まず、第5図aに示すように、境面研磨された比抵抗1
0〜150地のP形シリコン基板1上に「 ェピタキシ
アル成長法、イオン注入法または不純物拡散法により、
比抵抗2〜40肌のP+層2を145〜2.0仏mの厚
さに形成する。
First, as shown in Figure 5a, the specific resistance 1
0 to 150 on a P-type silicon substrate 1 by epitaxial growth, ion implantation, or impurity diffusion.
A P+ layer 2 having a specific resistance of 2 to 40 m is formed to a thickness of 145 to 2.0 mm.

次に、第5図bに示すように「イオン注入法または不純
物拡散法により、P十層2上にN‐形またはN形層3を
厚さ1.0払m程度に形成する。つづいて、第5図cに
示すように、N‐形またはN形層3上にSi03膜4を
500〜1000Aの厚さに形成する。さらに、Sj0
2亀上に「気相成長法により多結晶シリコン層5を形成
し、写真製版、食刻法により、第5図dに示すように、
ゲート電極部など必要な部分を残してその他の多結晶シ
リコン層を除去する。次に残存する多結晶シリコン層5
をマスクとして、第5図eに示すように、Si02膜4
を食刻してゲート絶縁膜4を形成する。リンの拡散を行
いゲート電極の多結晶シリコン層5の電気伝導度を大き
くすると同時に、第5図fに示すように、N十形鏡であ
るソース領域6およびドレィン領域7を形成する。以下
の多結晶シリコン層5、ソース領域6、ドレィン領域7
などを被覆するSiQ膜の形成、このSi02膜にコン
タクトホールの形成、コンタクトホール部における電極
の形成などは、従来のMOSトランジスタの場合と同機
であるので詳細な説明は省略する。以上の説明はNチャ
ネルMOSトランジスタについて行ったが、この発明は
P形チャネルMOSトランジスタについても同様に適用
できるものである。
Next, as shown in FIG. 5b, an N-type or N-type layer 3 is formed on the P layer 2 to a thickness of about 1.0 m by ion implantation or impurity diffusion. , as shown in FIG.
2. A polycrystalline silicon layer 5 is formed on the top surface of the film by vapor phase epitaxy, and as shown in FIG.
The remaining polycrystalline silicon layer is removed except for necessary portions such as the gate electrode portion. Next remaining polycrystalline silicon layer 5
As shown in FIG. 5e, the Si02 film 4 is
A gate insulating film 4 is formed by etching. At the same time as phosphorus is diffused to increase the electrical conductivity of the polycrystalline silicon layer 5 of the gate electrode, a source region 6 and a drain region 7, which are N-shaped mirrors, are formed as shown in FIG. 5f. The following polycrystalline silicon layer 5, source region 6, drain region 7
The formation of the SiQ film covering the SiO2 film, the formation of contact holes in this SiO2 film, the formation of electrodes in the contact hole portions, etc. are the same as in the case of conventional MOS transistors, so detailed explanations will be omitted. Although the above description has been made regarding N-channel MOS transistors, the present invention can be similarly applied to P-type channel MOS transistors.

さらに、上記のようなMOSトランジスタを構成要素と
するすべてのMOS−に、MOS−氏1に適用できるこ
とはいうまでもない。以上詳述したように、この発明に
よる半導体回路においては、P形(またはN形)の高比
抵抗の半導体基板とこの半導体基板上に設けられた低比
抵抗のP+形(またはN+形)の第1の半導体層とこの
第1の半導体層の上に設けられたN‐形もしくはN形(
またはP‐形もしくはP形)の第2の半導体層とからな
る半導体基体、およびこの半導体基体の上記第2の半導
体層側の表面から所定のチャネル領域をはさんで上記第
1の半導体層内に至る領域にそれぞれ設けられたN+形
(またはP十形)のソース領域およびドレィン領域を備
え、しきし、値電圧がドレィン電圧と逆極性でその絶対
値がドレィン電圧の絶対値以上であることを特徴とする
MOSトランジスタを構成要素としているので、上記の
MOSトランジスタの基板定数が大きくなっても、負荷
MOSトランジスタとしての負荷特性が抵抗負荷のとき
より悪くならない効果がある。
Furthermore, it goes without saying that the present invention can be applied to all MOSs having the above-mentioned MOS transistors as constituent elements. As detailed above, the semiconductor circuit according to the present invention includes a P-type (or N-type) high-resistivity semiconductor substrate and a low-resistivity P+-type (or N+-type) semiconductor substrate provided on the semiconductor substrate. a first semiconductor layer and an N-type or N-type (
or P-type or P-type) second semiconductor layer; N+ type (or P-type) source and drain regions are provided in the regions leading to the drain voltage, and the threshold voltage has the opposite polarity to the drain voltage and its absolute value is greater than or equal to the absolute value of the drain voltage. Since the component is a MOS transistor characterized by the following, even if the substrate constant of the MOS transistor becomes large, the load characteristics as a load MOS transistor do not become worse than in the case of a resistive load.

また〜 このMOSトランジスタは「半導体基板の比抵
抗が高いため基板定数kが小さく、しきい値電圧が低い
ため、同一面積でドレィン電流を多く流すことが可能で
、同量のドレィン電流を流すのに必要なチャネル幅を狭
くでき、さらに半導体基板とソース領域およびドレィン
領域との間に低比抵抗の第1の半導体層を設けたので、
パンチ‘スルーを防いでチャネル長を短くできるからト
詩集積化が可能となる効果がある。
Also, this MOS transistor has a high specific resistance of the semiconductor substrate, so the substrate constant k is small and the threshold voltage is low, so it is possible to flow a large amount of drain current in the same area, and it is possible to flow the same amount of drain current. The channel width required for
Since punch-through can be prevented and the channel length can be shortened, it has the effect of making it possible to integrate poems.

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

第1図は従来の負荷MOSトランジスタの負荷特性図、
第2図はこの発明の一実施例を構成するであるMOSト
ランジスタの縦断面図、第3図および第4図は実施例の
MOSトランジスタの負荷トランジスタとしての負荷特
性図、第5図a〜年は実施例のMOSトランジスタの製
造主要工程における縦断面図である。 図において、事はシリコン基板(半導体基板)「 2は
P十形層(第1の半導体層)、3はN‐形またはN形層
(第2の半導体層入 4はゲート絶縁膜、5は多結晶シ
リコン層(ゲート電極)、6はN+形ソース領域、7は
N+形ドレイン領域である。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。第1図 第2図 第3図 第4図 第5図
Figure 1 is a load characteristic diagram of a conventional load MOS transistor.
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a MOS transistor constituting an embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are load characteristic diagrams of the MOS transistor of the embodiment as a load transistor, and FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the main manufacturing steps of the MOS transistor of the example. In the figure, the silicon substrate (semiconductor substrate) 2 is a P-type layer (first semiconductor layer), 3 is an N-type or N-type layer (contains a second semiconductor layer), 4 is a gate insulating film, and 5 is a gate insulating film. A polycrystalline silicon layer (gate electrode), 6 is an N+ type source region, and 7 is an N+ type drain region. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts, respectively. Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 P形(またはN形)の半導体基板とこの半導体基板
上に形成されたP^+形(またはN^+形)の第1の半
導体層とこの第1の半導体層上に形成されたN^−形も
しくはN形(またはP^−形もしくはP形)の第2の半
導体層とからなる半導体基体、この半導体基体の上記第
2の半導体層側の表面から所定のチヤンネル領域をはさ
んで上記第1の半導体層内に至る領域にそれぞれ形成さ
れたN^+形(またはP^+形)のソース領域およびド
レイン領域、上記半導体基体の上記チヤネル領域の表面
に被覆されたゲート絶縁膜、およびこのゲート絶縁膜の
上に形成されたゲート電極を備え、しきい値電圧がドレ
イン電圧と逆極性でその絶対値がドレイン電圧の絶対値
以上であることを特徴とするMOSトランジスタを構成
要素とする半導体回路装置。 2 半導体基板の比低抗が10〜15Ωcmであり、第
1の半導体層の比低抗が2〜4Ωcmであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の半導体回路装置。 3 第1の半導体層の厚さが1.5〜2.0μmである
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体回
路装置。 4 第2の半導体層の厚さが約1μmであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに
記載の半導体回路装置。
[Claims] 1. A P-type (or N-type) semiconductor substrate, a P^+-type (or N^+-type) first semiconductor layer formed on this semiconductor substrate, and this first semiconductor layer. A semiconductor substrate comprising a second semiconductor layer of N^-type or N-type (or P^-type or P-type) formed thereon; N^+ type (or P^+ type) source and drain regions formed in regions extending into the first semiconductor layer across the channel region, and coating the surface of the channel region of the semiconductor substrate; and a gate electrode formed on the gate insulating film, the threshold voltage is of opposite polarity to the drain voltage and its absolute value is greater than or equal to the absolute value of the drain voltage. A semiconductor circuit device that uses MOS transistors as a component. 2. The semiconductor circuit device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a specific resistance of 10 to 15 Ωcm, and the first semiconductor layer has a specific resistance of 2 to 4 Ωcm. 3. The semiconductor circuit device according to claim 2, wherein the first semiconductor layer has a thickness of 1.5 to 2.0 μm. 4. The semiconductor circuit device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer has a thickness of approximately 1 μm.
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