JPH01307268A - Mis型トランジスタ - Google Patents
Mis型トランジスタInfo
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- JPH01307268A JPH01307268A JP63138884A JP13888488A JPH01307268A JP H01307268 A JPH01307268 A JP H01307268A JP 63138884 A JP63138884 A JP 63138884A JP 13888488 A JP13888488 A JP 13888488A JP H01307268 A JPH01307268 A JP H01307268A
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- JP
- Japan
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- substrate
- film
- normally
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/6757—Thin-film transistors [TFT] characterised by the structure of the channel, e.g. transverse or longitudinal shape or doping profile
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/674—Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
- H10D30/6741—Group IV materials, e.g. germanium or silicon carbide
- H10D30/6743—Silicon
- H10D30/6744—Monocrystalline silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/17—Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
- H10D62/213—Channel regions of field-effect devices
- H10D62/221—Channel regions of field-effect devices of FETs
- H10D62/235—Channel regions of field-effect devices of FETs of IGFETs
- H10D62/314—Channel regions of field-effect devices of FETs of IGFETs having vertical doping variations
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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、5ol(絶縁体上のシリコン)を用いたノー
マリ−オフMIS型トランジスタに関するものである。
マリ−オフMIS型トランジスタに関するものである。
(従来の技術)
絶縁体上のシリコン層に各種の素子を形成したSol素
子の研究開発が進められている。
子の研究開発が進められている。
(発明が解決しようとする課題)
このMIS素子トランジスタにおいては基板浮遊の効果
により、いわゆるキンク特性が問題である。これは、N
チャネルを例に考えると、素子の微細化によりドレイン
近傍の衝突電離が顕著になり、生成した正孔がSo1基
板に蓄積し、Sol基板の電位がトランジスタの闇値を
低下させる方向に変動する。このため、ドレイン電流を
異常に増加させ、素子特性を不安定にする。
により、いわゆるキンク特性が問題である。これは、N
チャネルを例に考えると、素子の微細化によりドレイン
近傍の衝突電離が顕著になり、生成した正孔がSo1基
板に蓄積し、Sol基板の電位がトランジスタの闇値を
低下させる方向に変動する。このため、ドレイン電流を
異常に増加させ、素子特性を不安定にする。
この問題を解決する最近の研究成果として文献(J、P
、 Golong、e H”5ubthreshold
5lope of thinfila+ SOIM
O3FET″ EDL−7p244 (1986)、
M、Yoshimiet al、 ”旧gh Pe
rformance S01MO3FET Llsln
(Ultra−thin Sol Film” IED
M87 p640 (19B?)等)に示されるように
SOI基板の層厚teplを通常のチャネルが形成され
る際の最大空乏層幅Wdよりも薄く設定することにより
、チャネル形成時にSol基板層を完全に空乏化し、ソ
ースとSol基板間の本来のポテンシャル障壁を低減さ
せ、ドレイン近傍での衝突電離による生成された正孔を
So1基板に蓄積することをおさえ、ソース側に正孔を
押しやることができる。このため、Sol基板の電位の
増加を抑えることにより、キンク特性を抑えることがで
きる。Sol基板の不純物濃度をIQ14〜IQl&c
■−3程度と低濃度とした場合、ゲートで制御される電
界がSo1基板の下部の絶縁体までおよぶことにより、
チャネル中の垂直なゲート電界が緩和され、これにより
実効移動度が向上することが知られている。また低不純
物濃度にすることで、不純物散乱が小さくなることによ
る移動度の向上が期待される。
、 Golong、e H”5ubthreshold
5lope of thinfila+ SOIM
O3FET″ EDL−7p244 (1986)、
M、Yoshimiet al、 ”旧gh Pe
rformance S01MO3FET Llsln
(Ultra−thin Sol Film” IED
M87 p640 (19B?)等)に示されるように
SOI基板の層厚teplを通常のチャネルが形成され
る際の最大空乏層幅Wdよりも薄く設定することにより
、チャネル形成時にSol基板層を完全に空乏化し、ソ
ースとSol基板間の本来のポテンシャル障壁を低減さ
せ、ドレイン近傍での衝突電離による生成された正孔を
So1基板に蓄積することをおさえ、ソース側に正孔を
押しやることができる。このため、Sol基板の電位の
増加を抑えることにより、キンク特性を抑えることがで
きる。Sol基板の不純物濃度をIQ14〜IQl&c
■−3程度と低濃度とした場合、ゲートで制御される電
界がSo1基板の下部の絶縁体までおよぶことにより、
チャネル中の垂直なゲート電界が緩和され、これにより
実効移動度が向上することが知られている。また低不純
物濃度にすることで、不純物散乱が小さくなることによ
る移動度の向上が期待される。
しかしながら、Mis)ランリスタを相補型MIs回路
あるいは相補型MO3回路に適用することを考えた場合
、トランジスタはノーマリ−オフ型(閾値電圧がNチャ
ネルで正)であることが必須である。しかしてトランジ
スタの閾値電圧はおおむね Vth 、 VFR+2−f+QB/Cox
(第1式)であられされる、ここでVFRはフラット
バンド電圧、φ−はゲートの仕事関数、φ3はSOI基
板の仕事関数、Nssは界面準位密度、COXは単位面
積当りのゲート容量、φfはSOI基板のフェルミ電圧
、QBはSOI基板を空乏化するために必要な電荷であ
る。
あるいは相補型MO3回路に適用することを考えた場合
、トランジスタはノーマリ−オフ型(閾値電圧がNチャ
ネルで正)であることが必須である。しかしてトランジ
スタの閾値電圧はおおむね Vth 、 VFR+2−f+QB/Cox
(第1式)であられされる、ここでVFRはフラット
バンド電圧、φ−はゲートの仕事関数、φ3はSOI基
板の仕事関数、Nssは界面準位密度、COXは単位面
積当りのゲート容量、φfはSOI基板のフェルミ電圧
、QBはSOI基板を空乏化するために必要な電荷であ
る。
第3図は従来用いられているn゛ポリシリコンゲート薄
膜Sol−MISFETである0図中lOは単結晶シリ
コン基板であり、この基板10上にSiO□膜(絶縁体
膜)11が形成されている。 Si0g膜(絶縁体膜)
11上には単結晶シリコン層(501基板)12が形成
される。単結晶シリコン層(SOt基板)12の表面に
はソース・ドレイン領域15.16が形成され、これら
ソース・ドレイン領域15.16間のチャネル領域上は
ゲート絶縁膜(ゲート酸化)IQ)17を介してにポリ
シリコンゲート電極18が形成されている。いま、界面
準位密度が10”cm−”以下と十分小さく無視できる
場合、Sol基板の不純物濃度を10”C@I−”I
5litゲート酸化膜厚tox−25am +Sol膜
厚tepi−0,05#lとすると、φ−−4.25e
V。
膜Sol−MISFETである0図中lOは単結晶シリ
コン基板であり、この基板10上にSiO□膜(絶縁体
膜)11が形成されている。 Si0g膜(絶縁体膜)
11上には単結晶シリコン層(501基板)12が形成
される。単結晶シリコン層(SOt基板)12の表面に
はソース・ドレイン領域15.16が形成され、これら
ソース・ドレイン領域15.16間のチャネル領域上は
ゲート絶縁膜(ゲート酸化)IQ)17を介してにポリ
シリコンゲート電極18が形成されている。いま、界面
準位密度が10”cm−”以下と十分小さく無視できる
場合、Sol基板の不純物濃度を10”C@I−”I
5litゲート酸化膜厚tox−25am +Sol膜
厚tepi−0,05#lとすると、φ−−4.25e
V。
φg −5,QeV テあるのでVthは−0,258
Vと負となりノーマリ−オフにならない、そこで、5o
t5板の不純物濃度を増加させることによりノーマリ−
オフVth−0,2V以上を実現しようとすると7×1
QI4c11.1以上の基板不純物濃度が必要となる。
Vと負となりノーマリ−オフにならない、そこで、5o
t5板の不純物濃度を増加させることによりノーマリ−
オフVth−0,2V以上を実現しようとすると7×1
QI4c11.1以上の基板不純物濃度が必要となる。
不純物濃度の増加は、不純物散乱による移動度の低下を
もたらす、したがって、低不純物濃度のSO!基板を用
いれば、低不純物散乱に加え低チャネル垂直電界による
移動度の向上が、言い換えればG−の向上が期待される
一方、ノーマリ−オフのMISFETを実現することは
難しいという問題があうた。
もたらす、したがって、低不純物濃度のSO!基板を用
いれば、低不純物散乱に加え低チャネル垂直電界による
移動度の向上が、言い換えればG−の向上が期待される
一方、ノーマリ−オフのMISFETを実現することは
難しいという問題があうた。
本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、高いG■を維持したままノーマリ−オフのMis)ラ
ンリスタを実現することを目的とする。
、高いG■を維持したままノーマリ−オフのMis)ラ
ンリスタを実現することを目的とする。
(課題を解決するための手段)
上記の目的を達成するため、本発明は絶縁体上に形成さ
れた第1導電型の単結晶シリコン膜と、このシリコン膜
に形成された第2導電型のソース・ドレインと、前記ソ
ース・ドレイン間のチャネル領域上にゲート酸化−を介
して形成されたゲート電極とを備えたMIS型トランジ
スタにおいて、前記の単結晶シリコン膜の厚さがチャネ
ルを形成するための最大空乏層幅よりも薄く、かつ前記
ソース・ドレインの接合が前記絶縁体に接し、ゲート直
下の単結晶シリコン膜の表面領域の不純物濃度を低濃度
にし、絶縁体と接する底面の領域を高濃度とする不純物
分布を有することを特徴とするMIS型トランジスタを
発明の要旨とするも・のである。
れた第1導電型の単結晶シリコン膜と、このシリコン膜
に形成された第2導電型のソース・ドレインと、前記ソ
ース・ドレイン間のチャネル領域上にゲート酸化−を介
して形成されたゲート電極とを備えたMIS型トランジ
スタにおいて、前記の単結晶シリコン膜の厚さがチャネ
ルを形成するための最大空乏層幅よりも薄く、かつ前記
ソース・ドレインの接合が前記絶縁体に接し、ゲート直
下の単結晶シリコン膜の表面領域の不純物濃度を低濃度
にし、絶縁体と接する底面の領域を高濃度とする不純物
分布を有することを特徴とするMIS型トランジスタを
発明の要旨とするも・のである。
しかして、本発明はn°ポリシリコンゲートを用いる薄
膜Sol−MISFETにおいて、基板表面反転下で大
部分のキャリアが存在する基板表面領域を低不純物濃度
にし、基板が完全に空乏化する条件の下で基板底面を高
不純物濃度とすることを特徴とする。すなわち前記、第
1式の右辺第3項に注目して闇値制御するものである。
膜Sol−MISFETにおいて、基板表面反転下で大
部分のキャリアが存在する基板表面領域を低不純物濃度
にし、基板が完全に空乏化する条件の下で基板底面を高
不純物濃度とすることを特徴とする。すなわち前記、第
1式の右辺第3項に注目して闇値制御するものである。
(作用)
本発明はMIS型トランジスタにおいて、基板表面領域
を低不純物濃度とし、基板底面を高不純物濃度としたた
め、高G11のノーマリ−オフを実現することができる
。
を低不純物濃度とし、基板底面を高不純物濃度としたた
め、高G11のノーマリ−オフを実現することができる
。
(実施例)
次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでも
ない。
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでも
ない。
第1図は、本発明によるMISFETの一実施例(Nチ
ャネル)の概略構造を示す断面図である。
ャネル)の概略構造を示す断面図である。
図中10は単結晶シリコン基板であり、この基板10上
に5i02膜(絶縁体膜)11が形成されている。 S
iO□膜(絶縁体膜)ll上には単結晶シリコン眉(S
。
に5i02膜(絶縁体膜)11が形成されている。 S
iO□膜(絶縁体膜)ll上には単結晶シリコン眉(S
。
■基板)12が形成される。単結晶シリコン層(SOI
基板)12の表面領域にはP型で10′4〜1015c
m″3の低い不純物濃度領域13を、底面領域にはP型
で10”cm−’以上の高い不純物濃度領域14を形成
する。
基板)12の表面領域にはP型で10′4〜1015c
m″3の低い不純物濃度領域13を、底面領域にはP型
で10”cm−’以上の高い不純物濃度領域14を形成
する。
単結晶シリコン層(Sol基板)12の表面にはソース
・ドレイン領域15.16が形成され、これらソース・
ドレイン領域15.16間のチャネル領域上はゲート絶
縁膜(ゲート酸化膜)17を介してn゛ポリシリコンゲ
ート電極18が形成されている。第2図は、第1図にお
いてA−A’線に沿う断面図を示すもので、チャネル直
下の不純物濃度分布の一例を示す、不純物濃度分布は闇
値電圧がノーマリ−オフになるように、かつ反転するた
めの最大空乏層厚がSol基板厚よりも大きくし、キン
グ特性のないように設定する。また、絶縁体膜11の厚
さは、単結晶シリコン基板電極によるSolチャネルの
影響を与えない厚さとする。たとえば、ゲート酸化膜厚
tax−25nm+ S O]基板厚さ50nm、絶縁
体膜厚toxb−I nのとき、Sol基板の深さ方向
の不純物濃度分布をSol基板表面30n−をP型で1
0+sc、−sの不純物濃度とし、Sol基板底面20
nmをP型で2 XIO”cm−3の不純物濃度とする
ことにより闇値電圧をノーマリ−オフ型に制御すること
ができる。
・ドレイン領域15.16が形成され、これらソース・
ドレイン領域15.16間のチャネル領域上はゲート絶
縁膜(ゲート酸化膜)17を介してn゛ポリシリコンゲ
ート電極18が形成されている。第2図は、第1図にお
いてA−A’線に沿う断面図を示すもので、チャネル直
下の不純物濃度分布の一例を示す、不純物濃度分布は闇
値電圧がノーマリ−オフになるように、かつ反転するた
めの最大空乏層厚がSol基板厚よりも大きくし、キン
グ特性のないように設定する。また、絶縁体膜11の厚
さは、単結晶シリコン基板電極によるSolチャネルの
影響を与えない厚さとする。たとえば、ゲート酸化膜厚
tax−25nm+ S O]基板厚さ50nm、絶縁
体膜厚toxb−I nのとき、Sol基板の深さ方向
の不純物濃度分布をSol基板表面30n−をP型で1
0+sc、−sの不純物濃度とし、Sol基板底面20
nmをP型で2 XIO”cm−3の不純物濃度とする
ことにより闇値電圧をノーマリ−オフ型に制御すること
ができる。
(発明の効果)
このように本発明によれば、薄膜So■基板の不純物濃
度分布を表面が低濃度に、底面を高濃度にすることによ
り、キンク特性のない高Gllのノーマリ−オフのMI
SFETを実現することができる効果を有する。
度分布を表面が低濃度に、底面を高濃度にすることによ
り、キンク特性のない高Gllのノーマリ−オフのMI
SFETを実現することができる効果を有する。
第1図は本発明による実施例を示すMISFETの断面
構造図、第2図は第1図におけるA−x断面に対するS
o1基板の不純物濃度分布、第3図は従来の薄膜Sol
−MISFETの断面構造図を示す。 10・・・単結晶シリコン基板 11・・・Si0g膜(絶縁体膜) 12・・・単結晶シリコン層(Sol基板)13・・・
低不純物濃度領域 14・・・高不純物濃度領域 15・・・ソース拡散層 16・・・ドレイン拡散層 17・・・ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)18・・・n
0ポリシリコンゲ一ト電極特許出願人 日本電信電話
株式会社 代理人 弁理士 高 山 敏、−、i(:(n 1名
)第1vJ 第 2図 苓托→オゴ濃友 (cm−コ) 第3図
構造図、第2図は第1図におけるA−x断面に対するS
o1基板の不純物濃度分布、第3図は従来の薄膜Sol
−MISFETの断面構造図を示す。 10・・・単結晶シリコン基板 11・・・Si0g膜(絶縁体膜) 12・・・単結晶シリコン層(Sol基板)13・・・
低不純物濃度領域 14・・・高不純物濃度領域 15・・・ソース拡散層 16・・・ドレイン拡散層 17・・・ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)18・・・n
0ポリシリコンゲ一ト電極特許出願人 日本電信電話
株式会社 代理人 弁理士 高 山 敏、−、i(:(n 1名
)第1vJ 第 2図 苓托→オゴ濃友 (cm−コ) 第3図
Claims (1)
- 絶縁体上に形成された第1導電型の単結晶シリコン膜
と、このシリコン膜に形成された第2導電型のソース・
ドレインと、前記ソース・ドレイン間のチャネル領域上
にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極とを備え
たMIS型トランジスタにおいて、前記の単結晶シリコ
ン膜の厚さがチャネルを形成するための最大空乏層幅よ
りも薄く、かつ前記ソース・ドレインの接合が前記絶縁
体に接し、ゲート直下の単結晶シリコン膜の表面領域の
不純物濃度を低濃度にし、絶縁体と接する底面の領域を
高濃度とする不純物分布を有することを特徴とするMI
S型トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63138884A JPH01307268A (ja) | 1988-06-06 | 1988-06-06 | Mis型トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63138884A JPH01307268A (ja) | 1988-06-06 | 1988-06-06 | Mis型トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01307268A true JPH01307268A (ja) | 1989-12-12 |
Family
ID=15232368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63138884A Pending JPH01307268A (ja) | 1988-06-06 | 1988-06-06 | Mis型トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01307268A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6770517B2 (en) | 1997-06-19 | 2004-08-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
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| CN100440537C (zh) * | 2006-04-11 | 2008-12-03 | 北京大学深圳研究生院 | 一种部分耗尽的soi mos晶体管及其制作方法 |
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| JPS6384163A (ja) * | 1986-09-29 | 1988-04-14 | Sony Corp | 電界効果型トランジスタ |
-
1988
- 1988-06-06 JP JP63138884A patent/JPH01307268A/ja active Pending
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