JPH056997A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH056997A
JPH056997A JP18334591A JP18334591A JPH056997A JP H056997 A JPH056997 A JP H056997A JP 18334591 A JP18334591 A JP 18334591A JP 18334591 A JP18334591 A JP 18334591A JP H056997 A JPH056997 A JP H056997A
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JP
Japan
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source
region
drain
semiconductor
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP18334591A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumio Otsuka
文雄 大塚
Masakazu Sagawa
雅一 佐川
Yoshihiro Ikeda
良広 池田
Osamu Tsuchiya
修 土屋
Jun Sugiura
順 杉浦
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レベルセンサやタイマーをLSI化し、高集
積化できる新規な構造の半導体装置を提供する。 【構成】 半導体基板の一主面に第1のソース・ドレイ
ン領域を設け、少なくとも前記第1のソース・ドレイン
領域間の半導体基板の一主面上に第1の絶縁膜を設け、
第1の絶縁膜上に半導体領域を設け、半導体領域の上面
に第2のソース・ドレイン領域を設け、少なくとも前記
第2のソース・ドレイン領域間の半導体領域の主面上に
第2の絶縁膜を設け、第2の絶縁膜上にゲート電極を設
けた。そして、ゲート電極に加えるゲート電位により、
半導体領域を流れる基板電流を、ひいては半導体領域の
基板の電位を変化させ、下部の半導体基板に設けられた
第1のソース・ドレイン間に流れる電流を制御する。 【効果】 半導体装置を少ない占有面積で形成すること
ができ、集積度を向上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に適用して
有効な技術に関し、例えば、レベルセンサあるいはタイ
マーを組み込む半導体装置に利用して特に有効な技術に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】レベルセンサやタイマーとして用いられ
てきた従来の半導体装置は、LSIに適した構造とはな
っていなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そのため、レベルセン
サやタイマーを組み込むLSIの集積度を向上させるこ
とは困難であった。
【0004】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたもので、レベルセンサやタイマーを組み込む場
合であっても高集積化が容易な新規な構造の半導体装置
を提供することを目的としている。
【0005】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
【0007】すなわち、半導体基板の一主面に第1のソ
ース領域および第1のドレイン領域を設け、少なくとも
前記第1のソース領域および第1のドレイン領域間の半
導体基板の一主面上に第1の絶縁膜を設け、第1の絶縁
膜上に半導体領域を設け、半導体領域の上面に第2のソ
ース領域および第2のドレイン領域を設け、少なくとも
前記第2のソース領域および第2のドレイン領域間の半
導体領域の主面上に第2の絶縁膜を設け、第2の絶縁膜
上にゲート電極を設けた。そして、ゲート電極に加える
ゲート電位により、半導体領域を流れる基板電流を、ひ
いては半導体領域の基板の電位を変化させ、下部の半導
体基板に設けられた第1のソース領域および第1のドレ
イン領域間に流れる電流を制御する。
【0008】
【作用】上記した手段によれば、半導体基板上に形成し
た半導体領域上のゲート電位が、ある値以上になると、
半導体基板に形成したトランジスタにドレイン電流が流
れるので、レベルセンサとして働くとともに、さらにゲ
ート電位の入力に対するドレイン電流の応答はある程度
遅れを有するので、タイマーとして働く。このような機
能を本発明ではSOI・MIS構造によって実現してい
るので、レベルセンサやタイマーを組み込む場合であっ
ても高集積化が容易となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明に係る半導体装置の実施例を図
面に基づいて説明する。
【0010】図1には実施例の半導体装置の構造概略図
が示されている。当該実施例の半導体装置は、半導体基
板1の上面にソース・ドレイン領域(第1のソース・ド
レイン領域)4および絶縁膜(第1の絶縁膜)2が設け
られ、ソース・ドレイン領域4間の絶縁膜2上に半導体
領域3が設けられ、この半導体領域3の上面に、ソース
・ドレイン領域(第2のソース・ドレイン領域)7、ゲ
ート絶縁膜(第2の絶縁膜)5、ゲート電極6が設けら
れた構造となっている。つまり、本実施例の半導体装置
は、SOI・MIS(Silicon on Insu
lator・Metal Insulator Sem
iconductor)構造となっている。なお、ソー
ス・ドレイン領域4はソース電極S2、ドレイン電極D
2に接続され、ソース・ドレイン領域7はソース電極S
1、ドレイン電極D1に接続されている。
【0011】この半導体装置において、ゲート電極6に
印加されるゲート電位VGを上昇させると、半導体領域
3に形成されたSOI・MISのソース・ドレイン7間
を流れる電流ID1が増加するとともに、半導体領域3
内を流れるSOI基板電流Isoiが生じる。この基板
電流Isoiは、ドレイン近傍の高電界領域で生じる衝
突電離現象によって発生し、あるゲート電位V0(1V
程度)以上の値で観測され、VG=V1(2V程度)の
ゲート電位に対して最大値を持ち、ゲート電位VG(6
V程度)以上では観測されなくなる(図2参照)。した
がって、V0以上、V2以下のゲート電位VGに対して
半導体領域3にはSOI基板電位Vsoiが生じ、ゲー
ト電位VGを入力とするときのSOI基板電位Vsoi
の応答は図3から図6で表されるようになる。
【0012】図3から図6にゲート電位VG、SOI基
板電位Vsoiおよびソース・ドレイン4間の電流ID
2の時間t依存性を示す。ここで、図3では、ゲート電
位VGの最終値がV0より低い場合、図4ではV0以上
V1以下の場合、図4ではV1より大きくV2より低い
場合、図5ではV2以上の場合をそれぞれ示す。
【0013】まず、図3に示すように、ゲート電位VG
の最終値がV0より低い場合は、基板電流Isoiが流
れない(図2参照)から、SOI基板電位Vsoiも半
導体領域3に生じない。したがって、ソース・ドレイン
4間の半導体基板1の表面にはチャネルが形成されず、
ソース・ドレイン4間には電流ID2も流れない。
【0014】次に、図4に示すように、ゲート電位VG
の最終値がV0以上、V1以下の場合は次のような挙動
を示す。まず、t0時間経過するとゲート電位VGがV
0となり基板電流Isoiが流れ始める(図2参照)。
したがって、t0時間経過後に、SOI基板電位Vso
iが生じ始め、その後SOI基板電位VSOIは一定の
値となるまで増加する。このようにt0時間経過後に半
導体領域3にはSOI基板電位Vsoiが生じるから、
その下に絶縁膜を介して存在する半導体基板1の表面に
はチャネルが形成され、ソース・ドレイン4間には、S
OI基板電位Vsoiの値に応じた電流ID2が観測さ
れるようになる。
【0015】さらに、図5に示すように、ゲート電位V
Gの最終値が増加し、V1以上、V2以下となったとき
は、ゲート電位VGがV1に到達するまでは、SOI基
板電位Vsoiおよびソース・ドレイン4間の電流ID
2は図4の場合と同じ挙動を示すが、ゲート電位VGの
値がV1を超えると、基板電流Isoiが減少し(図2
参照)、それに応じて半導体領域3に生じるSOI基板
電位Vsoiが減少し、ひいてはソース・ドレイン4間
の電流ID2も減少する。
【0016】そして、ゲート電圧VGの最終値がさらに
増加し、V2以上となると、基板電流Isoiが流れに
くくなり(図2参照)、図6に示すように、SOI基板
電位Vsoiも生じにくくなり、ソース・ドレイン4間
の電流ID2も流れなくなる。
【0017】以上のようにゲート電位VGの最終値がV
0以上の所定範囲であるならば、ゲート電位VGの立上
り時、あるいは立上り以降で半導体領域3にSOI基板
電位Vsoiが発生する。したがって、V0以上のゲー
ト電位VGに対して、半導体領域3下の半導体基板1上
にチャネルが形成され、半導体基板1上面に形成された
ソース・ドレイン4間に電流ID2が観測される。この
ように電流ID2はV0という電位を検出するモニタの
働きをするため半導体装置はレベルセンサとしての機能
を有する。
【0018】また、電流ID2はゲート電位VGがV0
になるまでの時間t0までは流れないので、電流ID2
は時間t0のモニタにもなり、本半導体装置はタイマー
の機能も有する。
【0019】図7〜図9には実施例の半導体装置の形成
のプロセスの一例が示されている。
【0020】まず、図7に示すように、通常のMOSト
ランジスタの製造方法に従って、p型Si半導体基板1
上に、フィールドストッパ層8をボロンのイオン注入に
よって形成した後に、この領域を選択的に酸化し、素子
分離用のフィールド酸化膜(LOCOS)9を形成す
る。この後、500Å程度のシリコン酸化膜(第1の絶
縁膜)2を熱酸化法により全面に形成した後に、p型ポ
リシリコン(多結晶シリコン)をCVD法(化学的気相
成長法)によって全面に5000Å程度形成する。次
に、レジスト膜10をマスクとして、このp型ポリシリ
コンを異方性エッチングし、さらに、レジスト膜10お
よびp型ポリシリコン(半導体領域)3をマスクとし
て、半導体基板1上にソース・ドレイン領域(第1のソ
ース・ドレイン領域)4をヒ素またはリンのイオン注入
によって形成する。
【0021】続いて、図8に示すように、レジスト膜1
0を除去した後、SOI領域となるp型ポリシリコン3
の上面および側面に、ゲート酸化膜(第2の絶縁膜)5
を200Å程度形成する。次に、n型ポリシリコンのデ
ポジット、それに続くリソグラフィおよびエッチングに
よってゲート電極6を形成する。その後、ゲート電極6
をマスクにして、p型ポリシリコン3にヒ素またはリン
のイオン注入を行なうことによって、ソース・ドレイン
領域(第2のソース・ドレイン領域)7を形成する。
【0022】続いて、図9に示すように、BPSG(b
orophosilicate glass)膜11を
全面にデポジットし、次に、コンタクト孔12を開口
し、メタル配線13をAlまたはWによって形成し、ソ
ース・ドレイン領域7に接続したソース電極S1および
ドレイン電極D1並びにソース・ドレイン領域4に接続
したソース電極S2およびドレイン領域D2を形成し、
半導体電極を完成する。
【0023】また、図10に示すように、p型ポリシリ
コン3上にソース・ドレイン領域7を形成する際にゲー
ト電極6の側面に側壁絶縁膜14を形成した後に、ゲー
ト電極6および側壁絶縁膜14をマスクにしてヒ素また
はリンイオンを注入してもよい。このようにすれば、ド
レイン領域をゲート電極6から離すことができるので、
ドレイン領域での電界を緩和することができる。
【0024】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0025】前記実施例では、半導体領域3をポリシリ
コンで構成したが、単結晶シリコンで構成するようにし
てもよい。
【0026】又、SOIを多段にし、それぞれにソ−ス
・ドレイン領域を形成し、最上のゲ−ト電極に加えられ
るゲ−ト電位によって各ソ−ス・ドレイン領域に流れる
電流を制御するようにしてもよい。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板上に形成し
た半導体領域上のゲート電位が、ある値以上になると、
半導体基板に形成したトランジスタにドレイン電流が流
れるので、レベルセンサとしての機能を持ち、さらにゲ
ート電位の入力に対するドレイン電流の応答はある程度
遅れを有するので、タイマーとしての機能をも持ち、半
導体装置を少ない占有面積で形成することができ、集積
度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の半導体装置の概略構成図である。
【図2】ドレイン電流ID1とSOI基板電流Isoi
のゲート電圧VG依存性を示す図である。
【図3】ゲート電圧VGを入力とした場合の、SOI基
板電位Vsoi、および基板側に形成されたドレインに
流れる電流ID2の応答を示す特性図である。
【図4】ゲート電圧VGを入力とした場合の、SOI基
板電位Vsoi、および基板側に形成されたドレインに
流れる電流ID2の応答を示す特性図である。
【図5】ゲート電圧VGを入力とした場合の、SOI基
板電位Vsoi、および基板側に形成されたドレインに
流れる電流ID2の応答を示す特性図である。
【図6】ゲート電圧VGを入力とした場合の、SOI基
板電位Vsoi、および基板側に形成されたドレインに
流れる電流ID2の応答を示す特性図である。
【図7】半導体装置の形成プロセスの一例を説明するた
めの縦断面図である。
【図8】半導体装置の形成プロセスの一例を説明するた
めの縦断面図である。
【図9】半導体装置の形成プロセスの一例を説明するた
めの縦断面図である。
【図10】半導体装置の形成プロセスの他例を説明する
ための縦断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 絶縁膜(第1の絶縁膜) 3 半導体領域 4 ソース・ドレイン領域(第1のソース・ドレイン領
域) 5 ゲート絶縁膜(第2の絶縁膜) 6 ゲート電極 7 ソース・ドレイン領域(第2のソース・ドレイン領
域)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9056−4M 311 J (72)発明者 土屋 修 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 杉浦 順 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板の一主面
    に設けられた第1のソース領域および第1のドレイン領
    域と、少なくとも前記第1のソース領域および第1のド
    レイン領域間の前記一主面上に設けられた第1の絶縁膜
    と、前記第1の絶縁膜上に設けられた半導体領域と、前
    記半導体領域の上面に設けられた第2のソース領域およ
    び第2のドレイン領域と、少なくとも前記第2のソース
    領域および第2のドレイン領域間の前記半導体領域の主
    面上に設けられた第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上
    に設けられたゲート電極とを備えたことを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】 前記ゲート電極に加えるゲート電位によ
    り、前記第1のソース領域および第1のドレイン領域間
    に流れる電流を制御することを特徴とする請求項1記載
    の半導体装置。
JP18334591A 1991-06-27 1991-06-27 半導体装置 Pending JPH056997A (ja)

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JP18334591A JPH056997A (ja) 1991-06-27 1991-06-27 半導体装置

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JP18334591A JPH056997A (ja) 1991-06-27 1991-06-27 半導体装置

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JPH056997A true JPH056997A (ja) 1993-01-14

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JP18334591A Pending JPH056997A (ja) 1991-06-27 1991-06-27 半導体装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6521947B1 (en) 1999-01-28 2003-02-18 International Business Machines Corporation Method of integrating substrate contact on SOI wafers with STI process
JP2012104534A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Canon Inc 半導体デバイス及びその駆動方法

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US6521947B1 (en) 1999-01-28 2003-02-18 International Business Machines Corporation Method of integrating substrate contact on SOI wafers with STI process
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