JPS63198374A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS63198374A
JPS63198374A JP3178987A JP3178987A JPS63198374A JP S63198374 A JPS63198374 A JP S63198374A JP 3178987 A JP3178987 A JP 3178987A JP 3178987 A JP3178987 A JP 3178987A JP S63198374 A JPS63198374 A JP S63198374A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
channel
gate electrode
conductor layer
layer
insulating film
Prior art date
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.)
Pending
Application number
JP3178987A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoyoshi Tamura
直義 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP3178987A priority Critical patent/JPS63198374A/ja
Publication of JPS63198374A publication Critical patent/JPS63198374A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film

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】 〔概要〕 S OI (Silicon On In5ulato
r)構造の埋め込み型MOS F ETにおいて、フロ
ントゲートとバックゲートを接続した構造とし、電圧駆
動能力を増大する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はsor構造の埋め込み型MOS F ETに係
わり、詳しくはフロントゲートとバックゲートを接続し
たMOS F ETの構造に関する。
Sol構造のMOSFETは基板と駆動素子部の分離が
完全で、寄生容量が小さく、又CMOS(Compli
mentary M OS )にしたときのラッチアン
プ効果がない。3次元化が容易となり、集積度向上が出
来る利点がある。通常のMOS F ETにあっては、
ゲート絶縁膜との界面近傍にキャリア通路を形成するた
め、界面の乱れによりキャリア移動速度が落ちるが、こ
の埋め込み型MO3FETにあっては、キャリア通路が
チャネル領域の内部に形成され、界面の影響を受けるこ
とがなく、これによりキャリア移動速度は落ちない。特
にPチャネル型MOS F ETにあっては、キャリア
はホールであり、ホールはもともとその移動速度が小さ
いため、殆ど埋め込み型としている。
しかし、従来のSOI構造の埋め込み型MO3FETに
あっては、フロントゲートの電圧は変化せしめるが、バ
ックゲートの役をする基板の電圧は固定していた。この
ため、キャリア通路の拡がりが小さくゲート電圧(VC
)変化に対するドレイン電流(ID )が小さいため、
一定のID値を、うるためには太きくVGを変化せしめ
る必要があった。
本発明はI o / V。の大きいSOI構造の埋め込
み型のMOSFETを提供しようとするものである。
〔従来の技術〕
第3図(a) 、(b)は従来例のSol埋め込み型P
チャネルMO5FETの構造を説明するための断面図で
ある。
第3図(a)は第3図(b)におけるD・1−D・2断
面を示す。
この図において、1はN−型の基板(Si)で、この上
にSiO□膜4が厚さ約4000人形成されている。つ
いで、この5tozll!4の上に、シリコン単結晶層
が厚さ約2000人形成され、不純物ドープとバターニ
ングが行われる。 これにより、夫々5i02膜4に接
する3つの領域を形成する。中央の領域にはP型の不純
物を10口〜′5/cm3 ドープしたP−のチャネル
5が形成され、これの両側の領域にはP゛のソース6と
ドレイン7が形成される。
この上にSiO□膜のゲート絶縁膜8が厚さ約250人
形成され、更にチャネル5の上にはSiO□膜8を介し
てフロントゲート電極9(N゛ポリシ93フ層が形成さ
れる。
第3図(b)は第3図(a)におけるC・1−C・2断
面を示す。
第4図(a) 、(b)は従来例のSOI埋め込み型P
チャネルMO8FETのエネルギーバンド図である。
これらは、第3図(b)のC・1−C・2断面における
縦方向、即ちD・1からD・2に向かう方向におけるエ
ネルギー状態の図である。
第4図(a)はフロントゲート電極9にバイアス電圧を
印加しない時のもので、縦軸はエネルギーを、横軸は距
離Xを示す。図の上方に、各部位名称を示す。
Evrはフロントゲート電極の充満帯の頂きの準位、E
Cfはフロントゲート電極の伝導帯の底の単位、]Et
tはフロントゲート電極の禁制帯の中央値単位、EFf
はフロントゲート電極のフェルミ準位である。この場合
は、フロントゲート電極の不純物濃度を高くしてN゛と
しているので、縮退によりEct ’ E 1gとなっ
ている。
同様にして、Evbz ECbs EzいEFbはバッ
クゲート電極に相当するN型Si基板1におけるものを
示す。但し、St基板1はN−で不純物濃度が高くない
ので縮退が起こらずECI+とEFbは離れている。
又、同様にして、チャネル5においても、Evcはチャ
ネルの充満帯の頂きの準位、Eccはチャネルの伝導帯
の底の準位、E、Cはチャネルの禁制帯の中央(Ii!
準位、EFcはチャネルのフェルミ準位を表している。
チャネル5はStO□膜8および5i02膜4を挟んで
、夫々フロントゲート電極9および基板1に対峙してい
るので、その影響でチャネル5におけるチャネルの充満
帯の頂きの準位Evいチャネルの伝導帯の底の準位EC
C、チャネルの禁制帯の中央値準位E i Cは曲がっ
たものとなる。
かくて、StO□膜8との界面よりチャネル5の内部に
向かって、N型に反転した反転層W f i n V 
%キャリアのなくなった空間電荷層の空乏層Wfが形成
される。また同様にして、基Fil側においても、5i
02膜4を挟んでP−のチャネル5とN−の基板1が対
峙しているので、SiO□膜4との界面よりチャネル5
の内部に向かって反転層W b i n v、空乏層W
、が形成される。
チャネル5は不純物濃度が10+4〜+5/Cm3であ
るため空乏層Wt、空乏層W、は大きく延び、両方から
延びた空乏層が重なりキャリア通路はピンチオフされる
このことは、チャネル5において、 Eic  EFC=qCΦ、e−φ(X)〕と表したと
き、伝導層を形成する条件はdΦ(X)/dX=0 となる領域があることであるが、このチャネル5におい
てはE i cO準位は曲がっていて、上記のキャリア
通路となる伝導層形成条件を満足する領域はない。
ここで、ΦFcはチャネルのフェルミ準位のポテンシャ
ル表示、Φ(x)はチャネルの禁制帯の中央値準位のポ
テンシャル表示、qは電子電荷を表す。
第4図(b)はフロントゲート電極9にバイアス電圧を
印加した時のものである。
フロントゲート電極9に■なる負電圧を印加すると、フ
ロントゲート電極9のフェルミ準位E、。
はチャネル5のフェルミ準位EFcよりもqVだけ高く
なる。この電圧■が闇値電圧より高いと、フロントゲー
ト電極9側のチャネル5においては、反転Wj Wri
nvはなくなり、バイアスのないときよりも後退した空
乏NW、のみとなる。
基板I側のチャネル5においては、余り変化を生じない
。従って、E i cが平坦となる領域はチャネル内部
のフロントゲート電極寄りに形成され、この領域がキャ
リア通路り、となり、比較的狭い領域に限定される。こ
の場合、キャリアはPチャネル型であるためホールであ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来例にあっては、フロントゲート電極に対して大きい
ドレイン電流(■。)が得られ難い。即ち、電圧駆動能
力が低かったので、キャリア通路の幅を大きくして電圧
駆動能力を大きくする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点の解決は、第1の絶縁膜層の上に形成された
第1の導体層と、この第1の導体層の上に形成された第
2の絶縁膜層を存し、いづれも、半導体よりなり、且つ
第2の絶縁膜層に直接、接して設けられているソース、
ドレインと、この前記2者の中間に不純物添加量の少な
いチャネルの3つの領域を有し、更にチャネルの上に第
3の絶縁膜層を介して設けられた第2の導体層を有し、
この第2のW体層の延在部が前記第1の導体層に電気的
に接続されている本発明による半導体装置により達成さ
れる。
〔作用〕
バックゲート電極をフロントゲート電極と接続し、パン
クゲート電位をフロントゲート電位と同じように変化せ
しめることにより、キャリア通路の幅をパックゲート電
極側にも広げ、電圧駆動能力を増大する。
〔実施例〕
第1図(a)、(b)は本発明のSOI埋め込み型Pチ
ャネルMO3FETの構造を説明するための断面図であ
る。
これらの図において、第3図と同じ対象物は同じ符号で
示す。
第1図(a)は第1図(b)におけるB・1−B・2断
面を示す。
この図において、■はSi基板で、この上に第1の絶縁
膜層の5i02膜2を形成し、更にその上に第1の導体
層としてN1のポリシリコンのバックゲート電極3が形
成されている。
バックゲート電極3はN“ポリシリコンの替わりにN゛
単結晶シリコンを用いてもよい。
このバックゲート電極3の上に第2の絶縁膜層としての
SiO2膜4が厚さ約250人形成されている。ついで
、このSiO□膜4の上に、シリコン単結晶層が厚さ約
2000人形成され、不純物ドープとバターニングを行
われる。 これにより、夫々SiO□膜4に接する3つ
の領域を形成する。中央の領域にはP型の不純物を10
”〜15/cm” ドープしたP−のチャネル5が形成
され、これの両側の領域にはPlのソース6とドレイン
7の領域が形成される。
この上に第3の絶縁膜層たるSiO□膜のゲート絶縁膜
8が厚さ約250人形成され、更にチャネル5の上には
5i02膜8を介して第2の導体層たるフロントゲート
電極9(N゛ポリシリコ2層が形成される。
第1図(b)は第1図(a)におけるA−1−A−2断
面を示す。
この図に示すように、フロントゲート電極9の延在部は
5iOz膜4およびSiO□膜8に設けた開口を通じて
バックゲート電極3に接続されている。
第2図(a)、(b)は本発明のSOI埋め込み型Pチ
ャネルMOS F ETのエネルギーバンド図である。
これらは、第1図(b)のA・1−A・2断面における
縦方向、即ちB・1からB・2に向かう方間におけるエ
ネルギー状態の図である。
第2図(a)はフロントゲート電極9にバイアス電圧を
印加しない時のものであるから、各部位のエネルギー状
態は第4図(a)に示した従来例のものに近いが、只、
図の右側において、基板1の替わりにバックゲート電極
3となりN+となるためECb”t+BFbとなってい
る。
第2図(b)はフロントゲート電極9、バックゲート電
極4にバイアス電圧を印加した時のものである。
フロントゲート電極9にVなる負電圧を印加すると、こ
れと接続されたバックゲート電極3にも■なる負電圧を
印加したことになり、チャネル5におけるフェルミ準位
EFcよりも、フロントゲート電極9およびバックゲー
ト電極3のフェルミ準位EFf、EoがqVだけ高くな
る。
この電圧■が闇値電圧より高いと、フロントゲート電極
9側およびバックゲート電極3側共、チャネル5におけ
る反転層W finvs Wbinvはなくなり、空乏
層W、、W、も大きく後退し、チャネル5の内部にdφ
(x)/dx=o  となる領域が幅広く形成され、大
なるキャリア通路Lcが形成される。
これにより、同じゲート電圧■。変化に対し大きいドレ
イン電流■Dを得ることが出来、電圧駆動能力を増大す
ることが可能となる。このことはスイッチング速度を速
くすることにもなる。
前記実施例では、Pチャネル型のものについて説明した
が、勿論Nチャネル型のものについても適用可能で、同
様な効果を挙げることが出来る。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明によれば、電圧駆動
能力を増大し、スイッチング速度を速くすることが出来
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明のSol埋め込み型Pチ
ャネルMO3FETの構造を説明するための断面図、 第2図(a)、(b)は本発明のSOI埋め込み型Pチ
ャネルMOS F ETのエネルギーバンド図、第3図
(a)、(b)は従来例のSol埋め込み型Pチャネル
MO8FETの構造を説明するための断面図、 第4図(a)、(b)は従来例のSOI埋め込み型Pチ
ャネルMO3FETのエネルギーバンド図である。 この図において、 1は基板(Si)、 2は第1の絶縁膜層(Sto、膜)、 3は第1の導体N(バックゲート電極)、4は第2の絶
縁膜層(Sin、膜)、 5はチャネル、 6はソース、 7はドレイン、 8は第3の絶縁膜層(ゲート絶縁膜)、9は第2の導体
層(フロントゲート電極)、Evrはフロントゲート電
極の充満帯の頂きの準位、 ECfはフロントゲート電極の伝導帯の底の準位、 E i fはフロントゲート電極の禁制帯の中央値準位
、 EFfはフロントゲート電極のフェルミ準位、Ev、は
バックゲート電極の充満帯の頂きの準位、 ECbはバックゲート電極の伝導帯の底の準位Ei、、
はバックゲート電極の禁制帯の中央値準位、 Eoはバックゲート電極のフェルミ準位、EVCはチャ
ネルの充満帯の頂きの準位、ECCはチャネルの伝導帯
の底の準位、E i Cはチャネルの禁制帯の中央値準
位、RFCはチャネルのフェルミ準位、 W24、はフロントゲート側の反転層、W b i n
 vはバックゲート側の反転層、Wfはフロントゲート
側の空乏層、 W、はバックゲート側の空乏層、 L、はキャリア通路 (A−t−、q・7軸) 本発明のSO2埋めきと型Pヘタ)し間0(、FE下の
1艮遣乞を礼日月−1−るroぬの略画り畠第 1 区 拓 Z霞 (D−1−D−21) 夜来イ列のSOI理め必に型を戸ネ1し関O5圧丁のキ
随乞言之F3月Tる7’eめf越官面■渦第 3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1の絶縁膜層(2)の上に形成された第1の導体層(
    3)と、この第1の導体層(3)の上に形成された第2
    の絶縁膜層(4)を有し、 いづれも、半導体よりなり、且つ第2の絶縁膜層(4)
    に直接、接して設けられているソース(6)、ドレイン
    (7)と、この前記2者の中間に不純物添加量の少ない
    チャネル(5)の3つの領域を有し、 更にチャネル(5)の上に第3の絶縁膜層(8)を介し
    て設けられた第2の導体層(9)を有し、この第2の導
    体層(9)の延在部が前記第1の導体層(3)に電気的
    に接続されている ことを特徴とする半導体装置。
JP3178987A 1987-02-13 1987-02-13 半導体装置 Pending JPS63198374A (ja)

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JP3178987A JPS63198374A (ja) 1987-02-13 1987-02-13 半導体装置

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JP3178987A JPS63198374A (ja) 1987-02-13 1987-02-13 半導体装置

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JPS63198374A true JPS63198374A (ja) 1988-08-17

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JP3178987A Pending JPS63198374A (ja) 1987-02-13 1987-02-13 半導体装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0354865A (ja) * 1989-07-24 1991-03-08 Sharp Corp 薄膜電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2007149853A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Nec Electronics Corp 半導体装置およびその製造方法
WO2008001680A1 (fr) * 2006-06-27 2008-01-03 National University Corporation Tohoku University Dispositif à semi-conducteur

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