JPS63128674A - 切り込み型絶縁ゲ−ト静電誘導トランジスタ - Google Patents

切り込み型絶縁ゲ−ト静電誘導トランジスタ

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JPS63128674A
JPS63128674A JP27393486A JP27393486A JPS63128674A JP S63128674 A JPS63128674 A JP S63128674A JP 27393486 A JP27393486 A JP 27393486A JP 27393486 A JP27393486 A JP 27393486A JP S63128674 A JPS63128674 A JP S63128674A
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JP
Japan
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region
drain
static induction
insulated gate
drain region
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JP27393486A
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Nobuo Takeda
宣生 竹田
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Research Development Corp of Japan
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Priority to DE3752215T priority patent/DE3752215T2/de
Priority to DE3752255T priority patent/DE3752255T2/de
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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、高速スイッチングを行うことができ消費電力
の少ない切シ込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタに
関する。
(従来の技術) 従来より、高周波幅や集積回路用に絶縁ゲート型トラン
ジスタが用いられているが、駆動能力が小さいという欠
点を有している。例えば、絶縁ゲート型トランジスタの
応用として、相補型絶縁ゲートトランジスタ集積回路(
C−MOS)が知られているが、消費電力が少ないもの
の、駆動能力が小さく動作速度が遅い。このような欠点
を克服するものとして、本発明者の1人から、絶縁ゲー
ト静電誘導トランジスタ (例えば、%願昭52−17
56号)や、切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジス
タ(例えば、特願昭52−13707号)が提案されて
いる。
絶縁ゲート静電誘導トランジスタはドレイン電界の効果
がソースにまで及ぶように設計され、半導体・絶碌膜界
面のみならず、基板中をも電流が流れるために、駆動能
力が大きいなどの特@を持つ。特に、切9込み型絶縁ゲ
ート静電誘導トランジスタはチャネルが半導体基板の深
さ方向に形成される之めに、チャネル長やゲート長の制
御性がよく、短チヤネル化に適している。
したがって、駆動能力を大きくすることができ、また、
寄生容量も減らせるために、高速トランジスタや高速、
低消費電力の集積回路としてすぐれた性能を発揮する〇 以下、第4図を用いて先行技術を説明する。
第4図(a)に従来の切り込み型絶縁ゲート静電誘導ト
ランジスタの断面構造例を示す。同図中の符号40は半
導体基板を示しており、その主表面の一部にU字型の溝
が設けられている。そして、このU字型溝の中にドレイ
ン領域41、チャネル領域43、ソース領域42が順に
深さ方向に設けられ、ドレイン領域41にドレイン電極
41′にドレイン電極41′が接続されている。
ドレイン領域41、ソース領域42はそれぞれ101R
〜tocm  程度の不純物密度を有しており、導電型
はp型でもn型でもかまわない。
また、領域41をソース領域、領域42をドレイン領域
としてもかまわない。チャネル領域43は10〜10 
cm 程度の不純物密度を有する◎その導電型はドレイ
ン領域41及びソース領域42と同一でも反対でもかま
わないし、多層構造になっていてもかまわないが、少な
くともその動作領域の一部においてドレイン領域41か
ら広がり念空乏層がソース領域42に到達すべく、その
不純物密度が前記U字型溝の深さとともに決定される。
チャネル領域43に接して酸化膜等のゲート絶縁膜44
が設けられており、100〜1000A程度の膜厚を有
する。
そして、ゲート絶縁膜44の反対側には金属や多結晶シ
リコン等からなるゲート電極44′が設けられている。
なお、図中の符号45はフィールド酸化膜を示している
。第4図(a)に示したような従来の切シ込み型絶縁ゲ
ート静電誘導トランジスタは半導体基板に対して深さ方
向に形成されるために、成膜の精度でトランジスタの寸
法を制御でき、短チャネルの高速トランジスタには非常
に適しており、高速、低消費電力の集積回路が実現され
ている。しかしながら、従来の切り込み型絶縁ゲート静
電誘導トランジスタは、ドレイン領域41とソース領域
42がチャネル領域43をはさんで対向しているため、
特に高速化を図り短チヤネル化を行っ次場合、ドレイン
電界の影響によってゲート表面から離れた所でもドレイ
ン・ソース間に電流が流れる。
この電流成分はゲート電圧によって制御できない。した
がって、オフ時のリーク電流が大きく、ドレイン・ソー
ス間耐圧が小さいなどの欠点を有することになる。例え
ば、第4図(b)は、チャネル要約05μm、チャネル
不純物ドーズ量的2X10(!m%ゲート酸化酸化約2
5OAに設計された従来の切シ込み型絶縁ゲート静電誘
導トランジスタのドレイン電流−ドレイン電圧特性の例
である。ゲート電圧がOvの時にもドレイン電圧の増加
にしたがってドレイン電流が流れてしまっている。もち
論、チャネル領域43の不純物密度を選択することによ
って、このよう々バルク側を流れる電流をある程度抑え
ることは可能である。同図(C)は、チャネル要約05
μm、チャネル不純物ドーズ量的6 X 10”Cm−
2、ゲート酸化膜厚約25OAに設計された従来の切り
込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタのドレイン電流
−ドレイン電圧特性の例である。このように、オフ時の
リーク電流は改善されるものの、今度はドレイン側の静
電誘導効果がソース側に及びにくくなり、素子のスレッ
ショルド電圧が上がるなど駆動能力をある程度犠牲圧す
ることになる。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、前記の切り込み型絶縁ゲート静電誘導
トランジスタの欠点を克服して特性を改善し、より高速
スイッチングを行うことができ消費電力の少ない切り込
み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタを提供することで
ある。
(問題点を解決する之めの手段) このたぬ、本発明では、切り込み型絶縁ゲート静電誘導
トランジスタのドレイン領域をソース領域がチャネル領
域をはさんで対向する部分を持たないように両者を配置
する。すなわち、第1図(a)において、半導体基板1
0表面に設けられたU字型溝の頂部にドレイン領域11
t−配置し、U字型溝の側壁下端に接し、かつU字型溝
の底部に沿ってソース領域12を配置する。
(作用) この様な構造においては、絶縁ゲート表面14から離れ
るにしたがってドレイン・ソース間距離が大きくなり、
絶縁ゲート14から離れた部分のドレイン・ソース間電
界は緩和される。
その結果、ドレイン・ソース間のリーク電流を増加させ
ることなく短チヤネル化を行え、高速スイッチングを行
うことができ消費電力の少ない切り込み型絶縁ゲート静
電誘導トランジスタとなる。
(実施例) 第1図(a)に本発明による切り込み型絶縁ゲート静電
誘導トランジスタの断面構造の1例を示す。同図中の符
号10は半導体基板を示しており、その主表面の一部に
U字型の溝が設けられている。そして、このU字型溝の
中にドレイン領域11とチャネル領域13が順に深さ方
向に設けられ、ドレイン領域11にドレイン電峰11′
が接続されている。また、ソース領域12は、ドレイン
領域と対向する部分がないように、U字型溝の側壁下端
に接してかつこの溝に沿って設けられている。ドレイン
領域11、ソース領域12はそれぞれ101′ll〜1
021cm−3程度ノ不純物密度を有しておシ、導電型
Ifip型でもn型でもかまわない。また、領域11を
ソース領域、領域12をドレイン領域としてもかまわな
い。チャネル領域13は1012〜1016cffi−
3程度の不純物密度を有する。その導電型はドレイン領
域11及びソース領域12と同一でも反対でもかまわな
いし、多層構造になっていても、ま次、ドレイン領域に
近づくに従って減少するような不純物分布を有していて
もかまわないが、少なくともその動作領域の一部におい
てドレイン領域11から広がった空乏層がソース領域1
2に到達すべく、その不純物密度が前記U字型溝の深さ
とともに決定される。チャネル領域13に接して酸化膜
等のゲート絶縁膜14が設けられておシ、100〜10
0OA程度の膜I!1.を有する。そして、ゲート絶縁
膜14の反対側には金属や多結晶シリコン等からなるゲ
ート電極14′が設けられている。なお、第1図(a)
中の符号15#iフイールド酸化膜を示している。
この構造においては、従来型と異なり、ドレイン領域1
1とソース領域12ijチヤネル領域13をはさんで対
向する部分を持たない。したがりて、バルク側のドレイ
ン電界は従来型に比べて緩和されることになり、ドレイ
ン・ソース間耐圧は向上し、リーク電流は減る。第1図
(b)に本発明による切り込み型絶縁ゲート静電誘導ト
ランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流特性を示す・
この場合は、チャネル長約05μm1チャネル不純物ド
ーズ量約5 X I 912cm−2、ゲート酸化膜4
約25OAに設計されている。第1図(b)から、従来
型よりも低いチャネルの不純物密度においても、ドレイ
ン−ソース間のリーク電流が減りていることがわかる。
第2図は、本発明の別の切り込み型絶縁静電誘導トラン
ジスタの断面構造例を示している。
半導体基板20.  ドレイン領域21、ソース領域2
2、チャネル領域23、ドレイン電極21′、ゲート絶
縁膜24、ゲート電極24′、フィールド酸化膜25の
配置については第1図(a)のものと同様である。半導
体基板20により一部ドレイン・ソース間のリーク電流
を抑えるべく設計され、ドレイン21とは反対の導電型
を有する高不純物密度領域26がソース領域22の近傍
に埋め込まれていることがこの実施例の特徴である。
本発明の切シ込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタを
相補型絶縁ゲート集積回路に応用した場合の1ゲートの
断面構面側を第3図に示す。
半導体基板30中のNチャネル−トランジスタはn+ド
レイン領域31、n+ソース領域33、pチャネル領域
35、ドレインtt31’、ゲート絶縁[37、ゲート
電極37′を有しておジ、P1チャネル・トランジスタ
は、p+ドレイン領域32、p+ソース領域34、nチ
ャネル領域36、ドレイン電極32′、ゲート絶縁膜3
7、ゲート電[i37’t−有している。n+ドレイン
領域31、p+ドレイン領域32、n+ソース領域33
、p+ソース領域34はそれぞれ10〜tocm程度の
不純物密度を有する。pチャネル領域35、nチャネル
領域36はそれぞれ10〜10C,,−5  程変の不
純物密度を有し、少なくともその動作領域の一部におい
て、ドレイン領域31.32から広がった空乏層がソー
ス領域33.34に到達すべく、その不純物密度が前記
U字型溝の深さとともに決定される。酸化膜等のゲート
絶縁膜37は100〜100OA程度の膜厚を有する。
なお、図中符号38はフィールド酸化膜を示している0
ま穴、PチーYネルφトランジスタとNチャネル・トラ
ンジスタを分離するためのpウェル39が設けである。
ゲート電極37′が論理入力、ドレイン電極31′、3
2′が論理出力であり、電源電圧はソース領域33と3
4の間に加えられる。
短チヤネル化によってドレイン電圧の静電誘導効果ソー
ス領域に及びやすくして素子の駆動能力を増加させても
、本発明の切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタ
は、ドレイン領域とソース領域がチャネル領域をはさん
で重なシ合っていないために、オフ時のリーク電流を小
さくすることができ、スタンバイ・パワーを減らすこと
ができる口したがって、高速かつ低消費電力の相補型絶
縁ゲート集積回路を提供することができる・ (発明の効果) 以上の様に、本発明においては、従来の切り込み型絶縁
ゲート静電誘導トランジスタの欠点を改良し、短チヤネ
ル化されドレイン電圧の静電誘導効果が十分に得られる
場合においても、不要なドレインφソース間電流を減少
させることができる。し庄がって、本発明は、高速スイ
ッチングを行うことができ消費電力の少ない切り込み型
絶縁ゲート静電誘導トランジスタを提供することができ
、このトランジスタを用いて高速・低消費電力の絶縁ゲ
ート型トランジスタ集積回路を提供することができ、そ
の工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の切り込み型絶縁ゲート静電誘導トラン
ジスタの1実施例を示すもので、同図(a)は断面構造
図、同図の)はドレイン電流−ドレイン電圧特性の1例
を示すものである。第2図は池の実施例の断面構造図、
第3図は本発明の切り込み型絶縁ゲート静電誘導トラン
ジスタを用いた集積回路の1実施例の断面構造図である
。第4図は従来の切り込み型絶縁ゲート静電誘導トラン
ジスタの1例を示すもので、同図(a)は断面構造図、
同図(b)はドレイン電流−ドレイン電圧特性の1例、
同IN (e)Fiドレイン電流−ドレイン電圧特性の
池の例を示すものである。 10.20.30.40:半導体基板 11.21.3
1.32.41ニドレイン領域 12.22.33.3
4.42:ソース領域 13.23.35.36.43
:チャネル領域 11′、21′、31′、32′、4
1′: ドレイン電極 14.24.37.44:ゲー
ト絶縁膜 14′、24′、37′、44′: ゲート
′FIL極 15.25.38.45:フィールド酸化
膜 26:ドレインとは反対の導電型を有する高不純物
密度領域39:pウェル 特許出願人  新技術開発事業団 (ほか2名) 出願人代理人 弁理士 佐  藤  文  男@1図 会5                       
 々=(a) ドレイン電圧■ (b)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の主表面にU字型溝を有し、前記U字
    型溝の頂部に設けられた高不純物密度のドレイン領域と
    、前記U字型溝の側壁下端の少なくとも一部に接し、か
    つ前記ドレイン領域とは対向する部分のない様に前記U
    字型溝の底部に沿って設けられた高不純物密度のソース
    領域とを有し、前記ドレイン領域と前記ソース領域との
    間のチャネル領域を流れる電流を前記U字型溝の少なく
    とも一部に設けられた絶縁ゲートで制御することを特徴
    とする切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタ。
  2. (2)前記ソース領域の近傍に前記ドレイン領域及び前
    記ソース領域の導電型とは異なる導電型の高不純物密度
    領域を設けることにより電流の流れる領域を制限したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の切り込み型
    絶縁ゲート静電誘導トランジスタ。
  3. (3)ドレイン領域とソース領域を入れ換えたことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の切り込
    み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタ。
  4. (4)前記トランジスタが半導体集積回路の構成要素の
    少なくとも一部をなしていることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項から第3項いずれかに記載の切り込み型絶
    縁ゲート静電誘導トランジスタ。
JP27393486A 1986-11-19 1986-11-19 切り込み型絶縁ゲ−ト静電誘導トランジスタ Granted JPS63128674A (ja)

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EP95114168A EP0690513B1 (en) 1986-11-19 1987-11-10 Step-cut insulated gate static induction transistors and method of manufacturing the same
DE3752273T DE3752273T2 (de) 1986-11-19 1987-11-10 Statische Induktionstransistoren mit isoliertem Gatter in einer eingeschnittenen Stufe und Verfahren zu deren Herstellung
EP93101675A EP0547030B1 (en) 1986-11-19 1987-11-18 Step-cut insulated gate static induction transistors and method of manufacturing the same
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EP87310185A EP0268472B1 (en) 1986-11-19 1987-11-18 Step-cut insulated gate static induction transistors and method of manufacturing the same
DE87310185T DE3789003T2 (de) 1986-11-19 1987-11-18 Statische Induktionstransistoren mit isoliertem Gatter in einer eingeschnittenen Stufe und Verfahren zu deren Herstellung.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5169795A (en) * 1989-02-28 1992-12-08 Small Power Communication Systems Research Laboratories Co., Ltd. Method of manufacturing step cut type insulated gate SIT having low-resistance electrode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5169795A (en) * 1989-02-28 1992-12-08 Small Power Communication Systems Research Laboratories Co., Ltd. Method of manufacturing step cut type insulated gate SIT having low-resistance electrode

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