JPS62136077A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS62136077A JPS62136077A JP27836785A JP27836785A JPS62136077A JP S62136077 A JPS62136077 A JP S62136077A JP 27836785 A JP27836785 A JP 27836785A JP 27836785 A JP27836785 A JP 27836785A JP S62136077 A JPS62136077 A JP S62136077A
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- JP
- Japan
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- region
- drain
- channel region
- gate electrode
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体装置に関する。
(従来の技術)
従来の代表的な半導体装置はSiのMOSFET(Me
tal 0xide Sem1conductor F
ield EffectTransistor )とバ
イポーラ・トランジスタである。
tal 0xide Sem1conductor F
ield EffectTransistor )とバ
イポーラ・トランジスタである。
そのうち、MOSFETは動作現理、構造および製造プ
ロセスが簡単なため、高集積化に適し広く用いられてい
る。
ロセスが簡単なため、高集積化に適し広く用いられてい
る。
MOSFETの断面図を第3図に示す。
第3図において、1はp型半導体基板、2ばn型不純物
を有するソース領域、3はソース領域2とオーミック接
合を形成するソース電極、4はn型不純物を有するドレ
イン領域、5けドレイン領域5とオーミック接合を形成
するドレイン電極、6はp型半導体基板1上に設けられ
たゲート絶縁膜、7はゲート絶縁膜6上に設けられたゲ
ート電極、8はソース・ドレイン間の半導体基板1表面
に形成されるチャネルである。
を有するソース領域、3はソース領域2とオーミック接
合を形成するソース電極、4はn型不純物を有するドレ
イン領域、5けドレイン領域5とオーミック接合を形成
するドレイン電極、6はp型半導体基板1上に設けられ
たゲート絶縁膜、7はゲート絶縁膜6上に設けられたゲ
ート電極、8はソース・ドレイン間の半導体基板1表面
に形成されるチャネルである。
次にこのMOSFETの動作をソース・ドレイン間のバ
ンド構造を示す図を用いて説明する。
ンド構造を示す図を用いて説明する。
第4図(a)、 (b)は第3図のソース領域、半導体
基板表面、ドレイン領域にわたる模式的なバンド構造を
示した図であシ、第4図(a)は熱平衡状態におけるバ
ンド図、第4図(b)はゲート電極7に正電圧を印加し
ソース・ドレイン間にチャネル8が形成された時のバン
ド図でるる。尚、第4図(a)、Φ)においてEcは伝
導帯端、Evは充満帯端、Efはフェルミ準位である。
基板表面、ドレイン領域にわたる模式的なバンド構造を
示した図であシ、第4図(a)は熱平衡状態におけるバ
ンド図、第4図(b)はゲート電極7に正電圧を印加し
ソース・ドレイン間にチャネル8が形成された時のバン
ド図でるる。尚、第4図(a)、Φ)においてEcは伝
導帯端、Evは充満帯端、Efはフェルミ準位である。
第4図(a) K示すように、ゲート電圧がOVの場合
(熱平衡状態)にはソース・ドレイン間の半導体基板表
面にはpn接合による障壁が存在するため、ソース・ド
レイン間に電圧(ドレイン電圧)を印加しても電子はソ
ース領域2からドレイン領域4へ移動することはできな
い。一方、ゲート電極7に正電圧が印加されると半導体
基板表面には電子が銹起され、チャネル(反転層)が形
成されて第4図〜)に示すバンド構造となる。この状態
では、ソース・ドレイン間の半導体基板表面にはもはや
pn接合による障壁は存在せず、電子は容易にソース領
域2からドレイン領域4へ移動するととができる。この
ように、MOSFETではソース嗜ドレイン間の電流(
ドレイン電流)をゲート電圧で制御するのである。
(熱平衡状態)にはソース・ドレイン間の半導体基板表
面にはpn接合による障壁が存在するため、ソース・ド
レイン間に電圧(ドレイン電圧)を印加しても電子はソ
ース領域2からドレイン領域4へ移動することはできな
い。一方、ゲート電極7に正電圧が印加されると半導体
基板表面には電子が銹起され、チャネル(反転層)が形
成されて第4図〜)に示すバンド構造となる。この状態
では、ソース・ドレイン間の半導体基板表面にはもはや
pn接合による障壁は存在せず、電子は容易にソース領
域2からドレイン領域4へ移動するととができる。この
ように、MOSFETではソース嗜ドレイン間の電流(
ドレイン電流)をゲート電圧で制御するのである。
(発明が解決しようとする問題点)
上述した従来のMOSFETにおいては、原理的に相互
コンダクタンス(ゲート電圧の変化に対するドレイン電
流の変化分)がゲート電圧に単に比例するため負荷駆動
能力が小さく、高集積化に伴なって配線容量の増大およ
び外部負荷の駆動による遅延の割合が増大するため、高
速動作が抑制されるという問題がある。この問題を解決
するには、バイポーラ・トランジスタと同様に相互コン
ダクタンスの非線形性を強め負荷駆動能力を高めること
が必要である。
コンダクタンス(ゲート電圧の変化に対するドレイン電
流の変化分)がゲート電圧に単に比例するため負荷駆動
能力が小さく、高集積化に伴なって配線容量の増大およ
び外部負荷の駆動による遅延の割合が増大するため、高
速動作が抑制されるという問題がある。この問題を解決
するには、バイポーラ・トランジスタと同様に相互コン
ダクタンスの非線形性を強め負荷駆動能力を高めること
が必要である。
本発明の目的は、超高速動作が可能な半導体装置を提供
することにある。
することにある。
(問題点を解決するための手段)
本発明の半導体装置は、半導体又は絶縁物からなる基板
上に形成された一導電型の高濃度不純物を有する半導体
からなるチャネル領域と、このチャネル領域を挾み前記
基板上に形成された逆導電型の高濃度不純物を有する縮
退した半導体からなるソース領域およびドレイン領域と
、チャネル領域の表面に設けられたゲート絶縁膜と、該
ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ソース
領域およびドレイン領域とそれぞれオーミック接触を形
成するソース電極およびドレイン電極とを有して構成さ
れる。
上に形成された一導電型の高濃度不純物を有する半導体
からなるチャネル領域と、このチャネル領域を挾み前記
基板上に形成された逆導電型の高濃度不純物を有する縮
退した半導体からなるソース領域およびドレイン領域と
、チャネル領域の表面に設けられたゲート絶縁膜と、該
ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ソース
領域およびドレイン領域とそれぞれオーミック接触を形
成するソース電極およびドレイン電極とを有して構成さ
れる。
(作用)
このように構成された本発明の半導体装置においては、
ゲート電圧によりソース・チャネル領域表面間およびチ
ャネル領域表面・ドレイン間のキャリアのトンネル確率
を変化させてドレイン電流を制御する。トンネル確率は
電位差およびpn接合の空乏層厚の指数関数で変化する
ため、相互コンダクタンスは大きな非線形性を有する。
ゲート電圧によりソース・チャネル領域表面間およびチ
ャネル領域表面・ドレイン間のキャリアのトンネル確率
を変化させてドレイン電流を制御する。トンネル確率は
電位差およびpn接合の空乏層厚の指数関数で変化する
ため、相互コンダクタンスは大きな非線形性を有する。
(実施例)
次に、本発明の実施例建ついて図面を参照して請明する
。
。
第1図は本発明の一実施例の断面図である。
第1図において、9は高濃度のp型不純物を含有してい
るが縮退するKは到っていない半導体層からなるチャネ
ル領域である。この実施例の各層は、p型半導体基板1
としてアクセプタ濃度が5X 1018”cm−3程度
のSi、n型ソース領域2およびドレイン領域4として
ドナー濃度が5 XIO””cm 程度のSi1ンー
ス電極3およびドレイン電極5としてAe1ゲート絶縁
膜6として厚さ100λ程度の熱酸化5i02、ゲート
電極7としてp型のポリシリコン、p型チャネル領域9
として厚さ200λ程度でアクセプタ濃度が1×101
9”Cm−3程度のSi を用いた。また、ソース中ド
レイン間け500λ程度である。
るが縮退するKは到っていない半導体層からなるチャネ
ル領域である。この実施例の各層は、p型半導体基板1
としてアクセプタ濃度が5X 1018”cm−3程度
のSi、n型ソース領域2およびドレイン領域4として
ドナー濃度が5 XIO””cm 程度のSi1ンー
ス電極3およびドレイン電極5としてAe1ゲート絶縁
膜6として厚さ100λ程度の熱酸化5i02、ゲート
電極7としてp型のポリシリコン、p型チャネル領域9
として厚さ200λ程度でアクセプタ濃度が1×101
9”Cm−3程度のSi を用いた。また、ソース中ド
レイン間け500λ程度である。
次にこの実施例の動作をバンド構造を示す第2図を用い
て説明する。
て説明する。
第2図(a)、[有])は第1図のソース領域2からチ
ャネル領域9の表面を経てドレイン領域4にわたる模式
的なバンド構造を示した図であり、第2図(a)は熱平
衡状態のバンド図、第2図(b)はゲート電極に負1ヒ
圧を印加しチャネル領域表面に縮退した蓄積層を形成し
たときのバンド図である。
ャネル領域9の表面を経てドレイン領域4にわたる模式
的なバンド構造を示した図であり、第2図(a)は熱平
衡状態のバンド図、第2図(b)はゲート電極に負1ヒ
圧を印加しチャネル領域表面に縮退した蓄積層を形成し
たときのバンド図である。
第2図(a)に示す熱平衡状態では、n型ソース領域お
よびドレイン領域のSi とn型チャネル領域のSi
との間にはpn接合による電子の障壁が形成されている
。チャネル領域のアクセプタ濃度は縮退を起こすほどは
高くないためこの障壁の幅は100Å以上と広く、この
障壁をトンネル効果で抜ける確率はほとんどない。した
がって、ソース・ドレイン間に0.1V程度の微小電圧
を印加してもドレイン電流はほとんど流れない。
よびドレイン領域のSi とn型チャネル領域のSi
との間にはpn接合による電子の障壁が形成されている
。チャネル領域のアクセプタ濃度は縮退を起こすほどは
高くないためこの障壁の幅は100Å以上と広く、この
障壁をトンネル効果で抜ける確率はほとんどない。した
がって、ソース・ドレイン間に0.1V程度の微小電圧
を印加してもドレイン電流はほとんど流れない。
一方、第2図(b)に示すようにゲート電極7に負電圧
を印加してチャネル領域表面に正孔の蓄積層を形成する
と、このチャネル領域9表面は縮退した半導体となる。
を印加してチャネル領域表面に正孔の蓄積層を形成する
と、このチャネル領域9表面は縮退した半導体となる。
この結果、ソース領域およびドレイン領域とのpn接合
障壁の幅は非常に狭くなfi(100Å以下)、この障
壁をトンネル効果で抜ける確率が大きくなる。そして、
ドレイン電圧印加によりドレイン電流が流れるようにな
る。トンネル電流は接合の電位差と空乏層幅に対し指数
関数的に変化するため、ドレイン電流および相互コンダ
クタンスはゲート電圧に対し強い非線形性を示す。また
、トンネル効果がこの半導体装置の基本動作原理となっ
ているため、電子の走行時間は非常に短(、lps以下
である。
障壁の幅は非常に狭くなfi(100Å以下)、この障
壁をトンネル効果で抜ける確率が大きくなる。そして、
ドレイン電圧印加によりドレイン電流が流れるようにな
る。トンネル電流は接合の電位差と空乏層幅に対し指数
関数的に変化するため、ドレイン電流および相互コンダ
クタンスはゲート電圧に対し強い非線形性を示す。また
、トンネル効果がこの半導体装置の基本動作原理となっ
ているため、電子の走行時間は非常に短(、lps以下
である。
次に、本発明の一実施例の製造方法について説明する。
まず、Siからなるp型半導体基板1表面に分子線エピ
タキシ法により200λ程度チャネル領域9を堆積させ
る。次に、この表面を熱酸化して100λ程度のゲート
絶縁膜6を形成し、その上にポリシリコンを気相成長法
により堆積させバターニングしてゲート電極7を形成す
る。
タキシ法により200λ程度チャネル領域9を堆積させ
る。次に、この表面を熱酸化して100λ程度のゲート
絶縁膜6を形成し、その上にポリシリコンを気相成長法
により堆積させバターニングしてゲート電極7を形成す
る。
次に、このゲート電極7をマスクにp型半導体基板1へ
Asのイオン注入を行ない、アニールしてソース領域2
およびドレイン領域5を形成する。
Asのイオン注入を行ない、アニールしてソース領域2
およびドレイン領域5を形成する。
その後、保護膜として5i02膜を気相成長法により堆
積し、ここにソース領域、ドレイン領域およびゲート’
H極用のコンタクトホールをあけ、A6を蒸着してそれ
ぞれの電極形状に整形して半導体装置を完成させる。こ
のように、本実施例の製造方法は非常に容易であり、高
集積化に適している。
積し、ここにソース領域、ドレイン領域およびゲート’
H極用のコンタクトホールをあけ、A6を蒸着してそれ
ぞれの電極形状に整形して半導体装置を完成させる。こ
のように、本実施例の製造方法は非常に容易であり、高
集積化に適している。
上記実施例ではp型のチャネル領域のものについて説明
したが、本発明はそれぞれの領域の半導体の導電型を反
対にしたn型チャネル領域のものに対しても同様に適用
できることは明らかである。
したが、本発明はそれぞれの領域の半導体の導電型を反
対にしたn型チャネル領域のものに対しても同様に適用
できることは明らかである。
また、半導体基板とチャネル領域を同一不純物濃度にし
てもよいが、耐圧を高め寄生容量を減らす上からは半導
体基板の不純物濃度は低くしたほうが望ましい。もちろ
ん、基板として絶縁物を用いても良い。
てもよいが、耐圧を高め寄生容量を減らす上からは半導
体基板の不純物濃度は低くしたほうが望ましい。もちろ
ん、基板として絶縁物を用いても良い。
半導体としてはSiしか示さなかったが、C2Ge、
8iC等の■族生導体、 GaAs 、 InP、
InAs。
8iC等の■族生導体、 GaAs 、 InP、
InAs。
Gap、 In()aAs、 InGaAsP等の■−
■族化合物半導体、 Cd’l’e、 ZnTe等の
II−Vl族化合物半導体およびその他の各種半導体で
も良い。ただし、それぞれの半導体で伝導帯および充満
帯の状態密度が異なっているため、縮退を生じる不純物
濃度が異なっておシ、本発明のソース領域およびドレイ
ン領域は充分に縮退するような高濃度の不純物を含有し
ておく必要がある。また、ゲート絶R膜としテモSiO
2以外にも5iaN4. l!203 ’lどの絶縁物
またはチャネル領域の半導体よりも禁止帯幅の広い半導
体(例えばG a A sに対してAl3G a A
s等)を使用しても良いことは明らかでおる。
■族化合物半導体、 Cd’l’e、 ZnTe等の
II−Vl族化合物半導体およびその他の各種半導体で
も良い。ただし、それぞれの半導体で伝導帯および充満
帯の状態密度が異なっているため、縮退を生じる不純物
濃度が異なっておシ、本発明のソース領域およびドレイ
ン領域は充分に縮退するような高濃度の不純物を含有し
ておく必要がある。また、ゲート絶R膜としテモSiO
2以外にも5iaN4. l!203 ’lどの絶縁物
またはチャネル領域の半導体よりも禁止帯幅の広い半導
体(例えばG a A sに対してAl3G a A
s等)を使用しても良いことは明らかでおる。
(発明の効果)
以上説明したように本発明の半導体装置は、集積化に適
した構造をもち、大きな負荷駆動能力を有しているため
、超高速動作が可能であるという効果がある。
した構造をもち、大きな負荷駆動能力を有しているため
、超高速動作が可能であるという効果がある。
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図(a)。
0)は第1図の実施例の熱平衡状態のバンド図及びゲー
ト電極に負電圧を印加したときのバンド図、第3図は従
来のMOSFETの一例の断面図、第4図(a)、 (
b)は第3図のMOSFETの熱平衡状態のバンド図及
びゲート電極に正電圧を印加したときのバンド図である
。 1・・・・・・p型半導体基板、2・・・・・・n型ソ
ース領域、3・・・・・・ソース電極、4・・・・・・
n型ドレイン領域、5・・・・・・ドレイン電極、6・
・・・・・ゲート絶縁膜、7・・・・・・ゲート電極、
8・・・・・・チャネル、9・・・・・・p型チャネル
領域、Ec・・・・・・伝導帯端、Ev・・・・・・充
満帯端、Ef・・・・・・フェルミ準位。 、、−−”−%、、、 1゛ズ、。 代理人 弁理士 内 原 責1://’、l’(
5,す\2./ 茅3田
ト電極に負電圧を印加したときのバンド図、第3図は従
来のMOSFETの一例の断面図、第4図(a)、 (
b)は第3図のMOSFETの熱平衡状態のバンド図及
びゲート電極に正電圧を印加したときのバンド図である
。 1・・・・・・p型半導体基板、2・・・・・・n型ソ
ース領域、3・・・・・・ソース電極、4・・・・・・
n型ドレイン領域、5・・・・・・ドレイン電極、6・
・・・・・ゲート絶縁膜、7・・・・・・ゲート電極、
8・・・・・・チャネル、9・・・・・・p型チャネル
領域、Ec・・・・・・伝導帯端、Ev・・・・・・充
満帯端、Ef・・・・・・フェルミ準位。 、、−−”−%、、、 1゛ズ、。 代理人 弁理士 内 原 責1://’、l’(
5,す\2./ 茅3田
Claims (1)
- 半導体又は絶縁物からなる基板上に形成された一導電型
の高濃度不純物を含有する半導体からなるチャネル領域
と、該チャネル領域を挾み前記基板上に形成された逆導
電型の高濃度不純物を含有する縮退した半導体からなる
ソース領域およびドレイン領域と、チャネル領域の表面
に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に設け
られたゲート電極と、前記ソース領域およびドレイン領
域とそれぞれオーミック接触を形成するソース電極およ
びドレイン電極とを有することを特徴とする半導体装置
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27836785A JPS62136077A (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27836785A JPS62136077A (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62136077A true JPS62136077A (ja) | 1987-06-19 |
JPH0546705B2 JPH0546705B2 (ja) | 1993-07-14 |
Family
ID=17596352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27836785A Granted JPS62136077A (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62136077A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03501670A (ja) * | 1987-10-26 | 1991-04-11 | ノース カロライナ ステート ユニバーシティ | 炭化珪素製mosfet |
JPH0429368A (ja) * | 1990-05-24 | 1992-01-31 | Sharp Corp | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52117587A (en) * | 1976-03-30 | 1977-10-03 | Nec Corp | Insulating gate type field effect semiconductor device |
-
1985
- 1985-12-10 JP JP27836785A patent/JPS62136077A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52117587A (en) * | 1976-03-30 | 1977-10-03 | Nec Corp | Insulating gate type field effect semiconductor device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03501670A (ja) * | 1987-10-26 | 1991-04-11 | ノース カロライナ ステート ユニバーシティ | 炭化珪素製mosfet |
JPH0429368A (ja) * | 1990-05-24 | 1992-01-31 | Sharp Corp | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0546705B2 (ja) | 1993-07-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |