JPS6271274A - Mos形半導体装置 - Google Patents

Mos形半導体装置

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JPS6271274A
JPS6271274A JP21005085A JP21005085A JPS6271274A JP S6271274 A JPS6271274 A JP S6271274A JP 21005085 A JP21005085 A JP 21005085A JP 21005085 A JP21005085 A JP 21005085A JP S6271274 A JPS6271274 A JP S6271274A
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Yasuhisa Omura
泰久 大村
Katsutoshi Izumi
泉 勝俊
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気的特性偏差が少なく、製造歩留まりの高
いMO3形半導体装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のMO3形半導体装置は、絶縁物上に構成した場合
にその有用性が高いので、この観点から従来技術を説明
する。
第3図に、絶縁物上に形成されたMO3形半導体装置の
従来からある一般的な構成を示す。第3図(a)は平面
配置図であり、第3図(blは第3図(alのII[B
−IIIB線断面図である。
第3図において、1は絶縁物基板、2はn形半導体によ
る能動層、3はゲート絶縁膜、4はゲート電極、5はn
形半導体によるソース領域、6はn形半導体によるドレ
イン領域、7はソース電極、8はドレイン電極である。
この半導体装置は、ソース電極7を接地し、ドレイン電
極8には正のドレイン電圧、ゲート電極4には正のゲー
ト電圧をそれぞれ印加して使用する。
各電極に電圧が上記のように印加された時、ドレイン電
圧を高くすると、能動層2の領域のうちのn形ドレイン
領域6との接合部近傍に発生した空乏層内では、電界強
度が高いことにより、弱い雪崩現象(以下「アバランシ
ェ」という)が起こる。すなわち・空乏層内で正孔と電
子の対が次々に発生し、電子はn形ドレイン領域6に流
れ込むが、正孔の一部はn形ソース領域5に注入される
と共に他の一部は一時的に能動層2に留まる。これは、
能動層2の電位が高くなることを意味し、その結果、こ
の半導体装置のしきい値電圧が下がり、ドレイン電流の
増大が引き起こされる。これを第4図(alに示す。第
4図(at &こ示すように、このドレイン電圧におい
て、第1のキンク10が現れる。
さらにドレイン電圧を増大させていくと、n形ソース領
域5から能動層2に電子が逆注入される割合が増大し、
ドレイン電流の増加をもたらすと共にアバランシェを促
進する。その結果、益々ドレイン電流が増大する、よく
知られた寄生バイポーラ動作領域に入り、ドレイン電流
は著しく増加する。これが第4図(a)に示す第2のキ
ンク11である。また、第4図(′b)に示すしきい値
電圧特性図においても、キンク12が現れる。なお、同
図の破線はキングが現れない場合の特性を示したもので
ある。
これらの寄生効果は、この半導体装置によって信号を増
幅する際に、歪を著しく増加させる。そこで、キンクの
原因となる能動層2に発生した正札を削減させるため、
ソース領域5に能動層2と同じ導電形の領域を付加する
ことが従来から考えられている。この例を第5図に示す
。第5図の装置は、ジェイ・チハニーとエイチ・シュレ
フタラ−9「イー・ニス・エフ・アイ モス トランジ
スタの特性に対する浮動基体電位の影響」、ソリッド−
ステート エレクトロニクス、18巻、309頁−31
4頁+  1975  (J、Tihanyi and
 H。
5ch1石tterer、 r Influence 
of the floating 5ubs−trat
e  potential  on  the  ch
aracteristics  of  ES−FI 
MOS Transistor J 、5olid−S
t、Electronics。
vol、1B、pp、309−314.1975)に示
されている。第5図(a)は平面配置図であり、第5図
(b)は第5図(a)のVB−VB線断面図である。第
5図(a)のソース領域5をp″領域切断したときの断
面図は大体第5図(b)と同様であるが、ソース領域5
がn+でなくp”となる点のみが異なる。これを第5図
中)の括弧で示す。第5図に示すように、ソース領域を
n形ソース領域5とp形ソース領域9とから構成するこ
とにより、能動層2に発生した正孔をp形ソース領域9
で吸収し、能動層2の電位の上昇を防止しようとするも
のである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、この半導体装置の構成においては、次のような
問題がある。すなわち、この構造を実現するためには、
製造の際にn形ソース領域に加えてp形ソース領域を設
けなければならない。つまり、2枚のりソグラフィ用マ
スクが必要となる。
これに伴い、p形ソース領域とn形ソース領域のマスク
合わせ誤差が必ず生じ、仕上がった半導体装置の電気的
特性偏差の大きな原因の1つとなる。
この影響は、半導体を小形化すると著しくなり、大規模
集積回路においては、この種の構造の半導体装置を採用
することができな(なる。
〔問題点を解決するための手段〕
このような問題点を解決するために本発明は、所定の不
純物濃度の第1導電形を有する主たる半導体基板の主表
面近傍に形成され半導体基板領域の不純物濃度よりも高
い不純物濃度を有する第2導電形の領域と、この第2導
電形の領域とこれに隣接する前記第1導電形の領域の双
方にまたがるソース電極とを備え、このソース電極を、
半導体基板の接触面に発生するショットキー障壁が前記
半導体基板のバンドギャップの1/2以下となる材料で
形成するようにしたものである。
〔作用〕
本発明においては、ドレイン電流−ドレイン電圧特性又
はしきい値電圧特性におけるキンク現象が無く、かつ、
製造工程に伴う電気的特性偏差が極めて少ない。
〔実施例〕
第1図(a)は本発明に係わるMO3形半導体装置の一
実施例を示す平面配置図であり、第1回出)および(C
1は第1図(alのIB−IB線断面図およびIC−I
C線断面図である。
第1図において、20は絶縁物層、21は第1導電形を
有する主たる半導体基板として絶縁物層20上に形成さ
れたp形能動層、22は能動層21上に形成されたゲー
ト絶縁膜、23はゲート絶縁膜22の上に形成されたゲ
ート電極である。能動層2Iは動作中に空乏化領域21
aと非空乏化領域21bとに分かれる。24は上記主た
る半導体基板の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有す
る第2導電形の領域として能動層21の一端部にn形の
高不純物濃度半導体によって形成されたソース領域であ
り、ソース領域24と能動層21の双方に接するように
これらの上表面にソース電極26が設けられている。こ
の場合、ソース電極26の材料としては、能動層21と
の界面に発生するショットキー障壁が能動層21のバン
ドギャップの1/2以下となるものを選択する。25は
同じくn形の高不純物濃度半導体によって形成されたド
レイン領域であり、能動層21のソース領域24と反対
側の一端部に形成されており、その上には、ドレイン電
極27が形成されている。電極23.26.27は絶縁
物層28によって相互に電気的絶縁が図られている。
次にこのように構成された半導体装置の動作を説明する
。まず、ソース電極26を接地し、ドレイン電極27に
正電圧を印加する。このような状態で、ゲート電極23
に正電圧を印加すると、能動層21の中に空乏化された
領域21aが発生し、また、能動層21とゲート絶縁膜
22との界面に反転層が形成される。これにより、空乏
化領域21a中の反転層を通じて、ドレイン領域25か
らソース領域24へ電流が流れる。このように電流が流
れる時、ドレイン領域25に近い空乏化領域21aの内
部で弱い゛アバランシェにより発生した正孔は、非空乏
化領域21bの中に入るが、ソース領域24には注入さ
れず、ソース領域24に隣接して能動層21上に配置さ
れたソース電極26に流れ込む。これは、ソース電極2
6と能動層21の界面に発生するショットキー障壁を十
分低くしであるからである。このようにして、能動層の
非空乏化領域21b中での正孔蓄積は抑圧され、キンク
現象は現れない。
参考のため、イオン打込み法により第1図の構造を形成
して製作した本実施例としての半導体装置で得られたド
レイン電圧−ドレイン電流特性の一例を第2図(a)に
示し、同じ方法により第4図の構造を形成して製作した
第5図の半導体装置で得られたドレイン電圧−ドレイン
電流特性の一例を第2図中)に示す。
第2図かられかるように、本実施例としての半導体装置
では、第5図の半導体装1と同様にキンク現象は完全に
除去されている。実験に使用された半導体装置の構造定
数を表に示す。
このように本実施例は、ドレイン電流−ドレイン電圧特
性におけるキンク現象を完全に除去することができるの
で、次に示すような従来の半導体装置の利点■〜■に加
え、■の利点がある。
■高速スイッチング動作に加えて、低歪で信号を増幅す
ることができる。
■キンク現象に伴う雑音を除去することができるので、
低雑音化に有効である。
■ドレイン近傍で発生した正孔(多数キャリア)がソー
ス領域に注入されずに引き抜かれるので、寄生バイポー
ラ効果によるドレイン・ソース間耐圧が改善され、最高
使用電源電圧値が高くなる。
■−回のイオン打込み用マスクを使用するだけでソース
・ドレイン領域を形成できるので、二回のマスクを使用
せざるを得ない従来の半導体装置と比較して、マスク合
わせ誤差に起因する電気的特性偏差を小さく抑えること
ができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、ショットキー接触を応用
した能動層の多数キャリアを通ずることのできるソース
電極を新たに設けたので、ドレイン電流−ドレイン電圧
特性におけるキンク現象を完全に除去することができる
効果がある。
また、本発明においては、−回のイオン打込み用マスク
を使用するだけでソース・ドレイン領域を形成できるの
で、マスク合わせ誤差に起因する電気的特性偏差を小さ
く抑えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わるMO5形半導体装置の一実施例
を示す構造図、第2図は本発明が適用された半導体装置
のドレイン電流−ドレイン電圧特性を示す特性図、第3
図は従来の半導体装置を示す構造図、第4図はそのドレ
イン電流−ドレイン電圧特性を示す特性図、第5図はさ
らに別の従来の半導体装置を示す構造図である。 20.28・・・・絶縁物層、21・・・・能動層、2
1a・・・・空乏化領域、21b・・・・非空乏化領域
、22・・・・ゲート絶縁膜、23・・・・ゲート電極
、24・・・・ソース領域、25・・・・ドレイン領域
、26・・・・ソース電極、27・・・・ドレイン電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 所定の不純物濃度の第1導電形を有する主たる半導体基
    板の主表面近傍に形成され前記半導体基板領域の不純物
    濃度よりも高い不純物濃度を有する第2導電形の領域と
    、この第2導電形の領域とこれに隣接する前記第1導電
    形の領域の双方にまたがるソース電極とを備え、このソ
    ース電極は、前記半導体基板の接触面に発生するショッ
    トキー障壁が前記半導体基板のバンドギャップの1/2
    以下となる材料で形成されたことを特徴とするMOS形
    半導体装置。
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