JPH09283768A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09283768A
JPH09283768A JP11322196A JP11322196A JPH09283768A JP H09283768 A JPH09283768 A JP H09283768A JP 11322196 A JP11322196 A JP 11322196A JP 11322196 A JP11322196 A JP 11322196A JP H09283768 A JPH09283768 A JP H09283768A
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JP
Japan
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region
oxide film
semiconductor
semiconductor device
field oxide
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JP11322196A
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English (en)
Inventor
Koji Shiozaki
宏司 塩崎
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SOI−MOSにおいて活性層エッジ部への
電界集中によるゲート絶縁膜の破壊を防止すること。 【解決手段】 SOI基板に埋め込み酸化層80に達す
る厚さのフィールド酸化膜20を形成して素子相互間の
完全分離を行い、電界集中を緩和する。このとき問題と
なる基板浮遊効果は、キャリア引き抜きのための拡散領
域14、15をチャネル領域11の側部に設けてキャリ
アの蓄積を防止することにより排除する。同様に問題と
なるフィールド酸化膜20の先端の応力による素子信頼
性への影響は、拡散領域14、15の上部に配線を形成
してその接触幅の間隔をフィールド酸化膜20とゲート
絶縁膜19との間に設けることにより防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばSOI基板
(埋め込み絶縁層を有する半導体基板)のような絶縁物
層を有する基板上に半導体素子を形成した半導体装置に
関し、更に詳細には、素子の微細化に伴う電界や応力の
集中による絶縁膜の破壊を防止して信頼性を向上させた
半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】SOI基板上に形成された半導体装置で
素子微細化のためトランジスタのチャネル長を短縮する
と、ドレイン近傍に強電界領域が形成され、ここに進入
するキャリアが大きなエネルギーを得て電子と正孔とを
対生成させるので、発生した正孔(電子よりモビリティ
が低い)がSOI層(素子が形成される半導体層)と埋
め込み絶縁層との界面に溜まり、基板電位が上昇する基
板浮遊効果が起こる場合がある。この効果により、ドレ
イン電流が増大したりサブスレッショルド域におけるリ
ーク特性が変動したりするいわゆるキンク現象が発生し
て素子の動作特性に歪みが生じることとなる。これを防
ぐためには、対生成で発生したキャリア(特に正孔)が
界面に蓄積しないように、これを取り除く工夫をしなけ
ればならない。
【0003】そのような工夫をした半導体装置として
は、例えば特開昭60−241266号公報に記載され
ているものが挙げられる。その半導体装置では図9の平
面図に示すように、p形の能動層122の両側に高濃度
n形の第1ソース領域128および第1ドレイン領域1
30を設けるだけでなく、これらと直交する方向の両側
に高濃度p形の第2ソース領域134および第2ドレイ
ン領域132を設けている。通常の素子でいうソースお
よびドレインに該当するのは第1ソース領域128およ
び第1ドレイン領域130である。そして、これらと絶
縁されたゲート電極126が、能動層122を覆う位置
に設けられている。
【0004】この素子は、第1ソース領域128と第2
ドレイン領域132とを配線で接続し、第2ソース領域
134を接地し、第1ドレイン領域130に正電圧を印
加した状態で作動させる。すなわちゲート電極126に
電圧を印加することにより第1ソース領域128と第1
ドレイン領域130との間の導通を制御する。この動作
中に能動層122のうち第1ドレイン領域130の近傍
に電界が集中するのでここで対生成が起こるが、そこで
生じた正孔は電位の低い第2ソース領域134により引
き抜かれる。このため界面に溜まってキンク現象を引き
起こすことがない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の半導体装置では、活性層の特にエッジ部に電界が集中
する構造となっているので、素子サイズをさらに微細化
してゲート絶縁膜が薄くなると、電界集中によりゲート
絶縁膜が破壊されるおそれがある。このため、ソース−
ドレイン間電圧やゲート電圧をあまり大きくすることが
できない。フィールド酸化膜を用いたLOCOS法で素
子分離を行えば活性層エッジ部への電界集中を防止でき
ると考えられるが、フィールド酸化膜の端部(特にエッ
ジ部)には大きな圧縮応力がかかるので、ゲート電極下
にフィールド酸化膜端部が存在するような構造である
と、応力集中によるゲート絶縁膜などの信頼性低下が問
題となる。
【0006】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、少なくとも、電界集中に
よるゲート絶縁膜の破壊を防止して耐圧を上げた半導体
装置を提供することを目的とし、さらに好ましくは、応
力集中のゲート絶縁膜への影響も排除して信頼性を向上
させようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
請求項1に係る発明は、絶縁物層上に半導体素子を形成
した半導体装置であって、前記半導体素子の周囲に前記
絶縁物層に達する厚さのフィールド酸化膜を形成したこ
とを特徴とする。
【0008】この半導体装置では、半導体素子相互間の
電気的分離は、絶縁物層に達する厚さのフィールド酸化
膜が半導体素子の周囲に形成されることにより達成され
ている。そしてそのことにより、電界集中による半導体
素子の破壊が防止されるので、耐圧が向上している。
【0009】また、請求項2に係る発明は、請求項1に
記載する半導体装置であって、前記半導体素子が、第1
導電形半導体の第1領域と、前記第1領域の両側に設け
られた他導電形半導体のソース領域およびドレイン領域
とを有し、前記第1領域に電界効果を起こさせて前記ソ
ース領域およびドレイン領域間の導通を制御する電界効
果型半導体素子であり、前記第1領域の導通方向側部に
第1導電形半導体の第2領域を設けたことを特徴とす
る。ここで第2領域は、第1領域の導通方向の両側部に
設けてもよく、また一方のみに設けてもよい。
【0010】前記半導体素子は通常、少なくとも第1領
域を覆うゲート電極と、第1領域とゲート電極とを絶縁
するゲート絶縁膜とを有している。この場合にゲート電
極に電圧が印加されると第1領域に電界効果が生じ、ソ
ース領域およびドレイン領域間の導通が制御される。
【0011】この半導体装置では、動作中に第1領域内
のドレイン領域近傍部分に強電界領域が形成される。こ
の強電界領域に進入したキャリアは強電界により大きな
エネルギーを得るので、電離衝突により電子と正孔とを
対生成させる。この対生成で生じた電子および正孔のう
ちモビリティの高い電子は、ドレイン領域もしくは第2
領域のうち導電形がn形であるものに引き抜かれる。一
方正孔は、モビリティが電子に比べて低いが、発生箇所
の近傍にドレイン領域および第2領域が存在し、これら
の一方は必ず導電形がp形であり動作中高電位なのでこ
こに引き抜かれる。従って、絶縁物層と半導体素子との
界面に正孔が溜まることがなく、基板浮遊効果によるキ
ンク現象が生じて半導体素子の動作特性に異常が生じる
ことはない。
【0012】この半導体装置は、第1導電形がp形であ
り他導電形がn形である場合、すなわち半導体素子がn
チャネル型である場合に特に意義が大きい。この場合に
は半導体素子動作時の主たるキャリアが電子であるため
モビリティが高く、強電界領域で受ける加速も大きいた
め、pチャネル型の場合よりも対生成が著しいからであ
る。また、対生成で生じた電子および正孔のうちモビリ
ティの低い正孔は、pチャネル型の場合には主キャリア
たる正孔とともにドレイン領域に抜けるのでさほど問題
にならないが、nチャネル型の場合には第2領域以外に
抜け場がないからである。
【0013】そして請求項3に係る発明は、請求項2に
記載する半導体装置であって、前記第2領域の上部に接
続された導電部を有することを特徴とする。この場合に
第2領域およびその上部に接続された導電部は、第1領
域の導通方向の両側部に設けることが望ましい。
【0014】この半導体装置では、第2領域の導通をと
る導電部(電極と通称されるもの)を第2領域の上部に
形成したので、フィールド酸化膜の端部と第1領域との
間に少なくともこの導電部の幅分の間隔がある。フィー
ルド酸化膜の端部には大きな応力が加わっているがその
半導体素子への影響はこの間隔により緩和される。半導
体素子に応力の影響が加わると、ゲート絶縁膜の絶縁耐
圧低下等の信頼性低下が起こったり、絶縁物層との界面
が活性化してキャリアをトラップしやすくなり基板浮遊
効果が顕著化する等の弊害があるが、この半導体装置で
はそれらが防止されている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態
に係る半導体装置は、SOI基板に多数の半導体素子を
形成した集積回路であって、半導体素子相互間の電気的
分離をフィールド酸化膜により行ったものである。半導
体素子は、主としてMOSトランジスタである。
【0016】この半導体装置に形成されているMOSト
ランジスタの平面構造を図1を参照して説明する。この
MOSトランジスタは、中央にp形半導体のチャネル領
域11を有し、その両側(図1では左右方向)に高不純
物濃度n形半導体のソース領域12、ドレイン領域13
が配置されている。そして、ソース領域12およびドレ
イン領域13と略直交する方向の両側に高不純物濃度p
形半導体の引き抜き領域14、15を設けている。引き
抜き領域14、15は、動作中に生じる正孔を引き抜い
てチャネル領域11の電位上昇を防止することを目的と
するものである。そして図1には示していないが(図
2、3参照)、引き抜き領域14、15のそれぞれ上部
にはポリシリコンの配線16、17が形成されており、
またチャネル領域11はポリシリコンのゲート電極18
で覆われている。ただしゲート電極18はゲート酸化膜
19等によりチャネル領域11など他の部分と絶縁され
ている。
【0017】このMOSトランジスタの断面構造を図
2、3を参照して説明する。図1中X−X’方向の断面
は図2に示す構造である。すなわち埋め込み酸化層80
上にはチャネル領域11とその両側のソース領域12、
ドレイン領域13が設けられている。そしてソース領域
12、ドレイン領域13のさらに外方には、隣の半導体
素子との電気的分離のためのフィールド酸化膜20、2
0が形成されている。これらは埋め込み酸化層80に達
する厚さを有しており、従ってMOSトランジスタは完
全分離されている。一方、チャネル領域11の上部に
は、ゲート電極18が、ゲート酸化膜19によりチャネ
ル領域11などと絶縁されて形成されている。
【0018】図1中Y−Y’方向の断面は図3に示す構
造である。すなわち埋め込み酸化層80上にはチャネル
領域11とその両側の引き抜き領域14、15とが設け
られている。そして引き抜き領域14、15のさらに外
方には、埋め込み酸化層80に達する厚さのフィールド
酸化膜20、20が形成されており、隣の半導体素子と
の電気的な完全分離が図られている。そして、引き抜き
領域14、15のそれぞれ上部には配線16、17が形
成されている。配線16は引き抜き領域14と、配線1
7は引き抜き領域15と、それぞれ電気的に接触してい
るが、ともにチャネル領域11と直接には接触していな
い。配線16、17の外延はフィールド酸化膜20、2
0の上部に達しており、従ってフィールド酸化膜20、
20の先端は配線16、17に覆われている。
【0019】また、チャネル領域11および配線16、
17の上部には、ゲート電極18が形成されている。ゲ
ート電極18とチャネル領域11との間にはゲート酸化
膜19が存在し、またゲート電極18と配線16、17
との間には層間酸化膜21が存在し、このためゲート電
極18は、他の部分から絶縁されている。なお、フィー
ルド酸化膜20、20の先端とチャネル領域11との間
には、引き抜き領域14、15と配線16、17との接
触幅に相当する間隔がある。
【0020】このMOSトランジスタは、ソース領域1
2、ドレイン領域13間にドレイン領域13が高電位と
なるように電圧(VDS)を印加し、この状態でのソース
領域12、ドレイン領域13間の導通、具体的にはドレ
イン領域13に流れる電流(ID)をゲート電極18の
電圧(VG)で制御するものである。
【0021】すなわち、ドレイン電圧VDSに対してチャ
ネル領域11とドレイン領域13との間がpn逆接合と
なるので、ゲート電圧VG が掛けられていないときに
は、ソース領域12、ドレイン領域13間が高抵抗であ
りドレイン電流ID はほとんど流れない(トランジスタ
オフ)が、ゲート電圧VG (正)を掛けるとチャネル領
域11のうちゲート酸化膜19との界面付近に導電形が
反転したチャネルが形成されてソース領域12、ドレイ
ン領域13間が導通しドレイン電流ID が流れる(トラ
ンジスタオン)。なお動作中引き抜き領域14、15
は、ドレイン領域13より低い電位に維持しておく。通
常、配線16、17を電源ライン(VSSライン)につな
ぐことによりこれを行う。
【0022】トランジスタオンの状態では、チャネル領
域11のうちドレイン領域13近傍部分にドレイン電圧
DSおよびゲート電圧VG の影響で強電界領域が形成さ
れている。そしてこの強電界領域は、ドレイン電流ID
を担うチャネルが形成されている領域でもあるので、ソ
ース領域12から供給されたキャリアである電子がここ
に進入する。すると、進入した電子は強電界により強く
加速されてエネルギーの高いホットエレクトロンとな
り、このホットエレクトロンにより電子と正孔との対生
成が誘起される。対生成により生じた電子は、ソース領
域12から供給された電子とともに高電位なドレイン領
域13に抜き取られる。一方正孔は、電位が低くまたp
形半導体である引き抜き領域14、15に抜き取られ
る。従って、対生成により生じた正孔がどこにも流出せ
ずそのまま蓄積して基板浮遊効果を起こすことはない。
【0023】また、このMOSトランジスタでは、隣の
半導体素子との電気的分離をフィールド酸化膜20によ
り行っているので、MESA型の素子分離を採用した場
合と異なり、チャネル領域11のエッジ部に、ゲート酸
化膜19を破壊するほどの電界集中が起こることはな
い。
【0024】また、フィールド酸化膜20の端部には大
きな残留応力が掛かっているが、フィールド酸化膜20
の先端とMOSトランジスタとの間には少なくとも、引
き抜き領域14、15と配線16、17との接触幅に相
当する間隔があるので、その応力がMOSトランジスタ
に直接作用することはない。フィールド酸化膜20の応
力がMOSトランジスタに作用することによる弊害とし
ては、ゲート酸化膜19の絶縁耐圧低下による信頼性欠
如や、チャネル領域11と埋め込み酸化層80(または
ゲート酸化膜19)との界面が活性化して正孔がトラッ
プされやすくなり、基板浮遊効果によるキンク現象が顕
著になる等が挙げられる。このMOSトランジスタでは
このようなことが防止されているのである。
【0025】次に、この半導体装置の製造プロセスを説
明する。この半導体装置の製造に当たってはp形SOI
基板を半導体基板として用いる。
【0026】まず、素子形成領域以外の領域に公知のL
OCOS法で、埋め込み酸化層80に達する厚さのフィ
ールド酸化膜20、20を形成する。これにより、形成
される半導体素子相互間の電気的完全分離が図られると
ともに、MESA型の素子分離を行った場合よりも素子
端への電界集中が緩和されることとなる。この状態の断
面を図4に示す。図4は、図3に相当する方向(図1中
Y−Y’方向)の断面を示している(図5〜図8も同
様)。
【0027】そして、レジストマスクを用いてイオン注
入法(B、BF3 等)により引き抜き領域14、15と
なるp+拡散層を形成する。このp+拡散層形成のための
イオン注入は、図5の断面図に示すように、素子形成領
域を酸化膜90で覆ってからその上にレジストマスク9
1を形成して行う。なお、n+拡散層形成時もp+拡散層
形成時も、チャネル領域11となる部分上にはレジスト
マスクが存在しており、この部分には不純物の導入が行
われない。従って、チャネル領域11と引き抜き領域1
4、15とはともにp形であるが、引き抜き領域14、
15のほうが不純物濃度が高く低抵抗である。
【0028】そして、酸化膜90を湿式エッチングで先
に除去してからレジストマスク91を除去する。すると
図6に示すように、チャネル領域11の上には酸化膜9
0が残っている状態となる。この状態で第1層ポリシリ
コンをCVDにより成膜し、不純物を拡散させて導電性
を付与してから、配線16、17となる部分を残してド
ライエッチングで除去する。かくして図7に示すように
配線16、17が形成される。この第1層ポリシリコン
のエッチングの際、チャネル領域11の上の酸化膜90
がエッチストッパとして作用し、チャネル領域11がエ
ッチングされるのを防ぐ。
【0029】形成された配線16、17は、それぞれ引
き抜き領域14、15を覆ってこれらと電気的に接続さ
れている。ただしともにチャネル領域11とは直接接触
していない。配線16、17の外延はフィールド酸化膜
20、20の上部に及んでおり、すなわちフィールド酸
化膜20、20の先端は配線16、17に被覆されてい
る。また、引き抜き領域14、15と配線16、17と
の接触幅の分、フィールド酸化膜20、20の先端とチ
ャネル領域11との間に間隔ができるので、フィールド
酸化膜20、20の先端の残留応力のチャネル領域11
(および後に形成されるゲート酸化膜19等)への影響
が緩和される。
【0030】そして、残っている酸化膜90を湿式エッ
チングで一旦除去してから、図8に示すようにチャネル
領域11の表面を酸化してゲート酸化膜19を形成す
る。このとき配線16、17の表面も酸化され、層間酸
化膜21、21が形成される。その後第2層ポリシリコ
ンをCVDにより成膜し、不純物を拡散させて導電性を
付与してから所定の形状に加工してゲート電極18を形
成し、更にこのゲート電極18をマスクとしてイオン注
入法によりソース領域12、ドレイン領域13を形成す
ると、図2乃至図3に示した断面構造ができあがる。前
記のようにこの状態では、ゲート酸化膜19および層間
酸化膜21、21によりゲート電極18はチャネル領域
11など他の部分と電気的に絶縁されている。そして必
要な素子間配線や保護膜を形成すると半導体装置は完成
する。
【0031】この製造プロセスの骨子は、第1導電形半
導体の第1領域(チャネル領域11)と、前記第1領域
の両側の他導電形半導体のソース領域およびドレイン領
域とを有する半導体素子を絶縁物層上に形成した半導体
装置の製造方法において、前記半導体素子を形成する箇
所の周囲に前記絶縁物層に達する深さのフィールド酸化
膜を形成する分離工程と、前記第1領域の導通方向側部
に第1導電形半導体の第2領域(引き抜き領域14、1
5)を形成する第2領域形成行程とを含むことにある。
【0032】そしてさらに、前記第2領域の上部にこれ
と接続された導電部(配線16、17)を形成する導電
部形成行程を含むことができる。
【0033】以上詳細に説明したように本実施の形態に
係る半導体装置によれば、ゲート酸化膜19を破壊する
ほどの強電界が生じることはなく、MOSトランジスタ
の耐圧が高い。そしてこのことは、MOSトランジスタ
と他の半導体素子との電気的分離をLOCOS法により
埋め込み酸化層80に達する厚さのフィールド酸化膜2
0、20を形成して行うことにより達成されている。ま
た、埋め込み酸化層80に達する厚さのフィールド酸化
膜20、20を形成して完全分離としたことにより問題
となる基板浮遊効果については、チャネル領域11に接
して高不純物濃度p形半導体の引き抜き領域14、15
を設けて正孔をここに引き抜くようにして防止が図られ
ている。
【0034】さらに、この引き抜き領域14、15の上
部にその配線16、17を設けることとしたので、フィ
ールド酸化膜20、20の先端とゲート酸化膜19やチ
ャネル領域11などとの間に配線16、17の引き抜き
領域14、15との接触幅分の隙間があり、フィールド
酸化膜20、20の先端の応力のMOSトランジスタへ
の影響が防止されている。これにより、ゲート酸化膜1
9の絶縁耐圧が低下してMOSトランジスタの信頼性が
低くなったり、チャネル領域11と絶縁層(埋め込み酸
化層80またはゲート酸化膜19)との界面活性化によ
りキンク現象が顕著化する等の弊害が排除されている。
【0035】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の
改良、変形が可能であることはもちろんであり、各部分
の材質や製造プロセスの詳細等は、単なる例示にすぎな
い。
【0036】例えば前記実施の形態における半導体素子
は、チャネル領域11がp形半導体であるnチャネルM
OSトランジスタであったが、各部の導電形を入れ替え
たpチャネルMOSトランジスタにも本発明を適用する
ことができる。その場合にはMOSトランジスタ動作時
のキャリアがモビリティの低い正孔なので対生成があま
り起こらないため基板浮遊効果はもともとあまり問題と
ならないが、電界集中によるゲート酸化膜破壊の防止や
応力緩和による信頼性確保に関しては本発明適用の効果
がある。また、前記実施の形態ではチャネル領域11の
両側部に引き抜き領域14、15を設けたが、正孔引き
抜きの観点からは片側だけでもよい。ただし応力緩和の
観点からは両側部に設けることが好ましい。
【0037】さらに、前記実施の形態では配線16、1
7やゲート電極18をポリシリコンで形成したが、導電
性があり成膜、加工が可能なものなら他の材質でもよ
く、例えば金属シリサイド(WSiX、MoSiX、Ti
SiX 等)や、ポリサイド(金属シリサイドとポリシリ
コンとの2層構造)でもよい。特に、引き抜き領域1
4、15との接触部分を持たないゲート電極18につい
ては、接合界面でのシリサイド形成が問題とならないの
で、金属そのものでもよい。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように請求項1
の発明によれば、絶縁物層に達する厚さのフィールド酸
化膜により半導体素子相互間の分離を行ったので、電界
集中によるゲート絶縁膜の破壊を防止して耐圧を上げた
半導体装置が提供されている。また請求項2の発明によ
れば、半導体素子動作中に対生成により生じるキャリア
は第2領域に抜き取られるので、絶縁物層との界面にキ
ャリアが溜まって基板浮遊効果を起こすことがない半導
体装置が提供されている。さらに請求項3の発明によれ
ば、フィールド酸化膜の先端の応力の影響による半導体
素子の信頼性低下を防止した半導体装置が提供されてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る半導体素子の平面構成図であ
る。
【図2】実施の形態に係る半導体素子の断面構成図であ
る。
【図3】実施の形態に係る半導体素子の断面構成図であ
る。
【図4】フィールド酸化膜を形成した状態を示す断面構
成図である。
【図5】引き抜き領域の形成過程を説明する断面構成図
である。
【図6】レジストマスクを除去した状態を示す断面構成
図である。
【図7】引き抜き領域上に配線を形成した状態を示す断
面構成図である。
【図8】ゲート酸化膜を形成した状態を示す断面構成図
である。
【図9】従来技術に係る半導体素子の平面構成図であ
る。
【符号の説明】
11 チャネル領域(第1領域) 12 ソース領域 13 ドレイン領域 14、15 引き抜き領域(第2領域) 16、17 配線(導電部) 20 フィールド酸化膜 80 埋め込み酸化層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁物層上に半導体素子を形成した半導
    体装置において、 前記半導体素子の周囲に前記絶縁物層に達する厚さのフ
    ィールド酸化膜を形成したことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載する半導体装置におい
    て、 前記半導体素子が、第1導電形半導体の第1領域と、前
    記第1領域の両側に設けられた他導電形半導体のソース
    領域およびドレイン領域とを有し、前記第1領域に電界
    効果を起こさせて前記ソース領域およびドレイン領域間
    の導通を制御する電界効果型半導体素子であり、 前記第1領域の導通方向側部に第1導電形半導体の第2
    領域を設けたことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載する半導体装置におい
    て、 前記第2領域の上部に接続された導電部を有することを
    特徴とする半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100344598B1 (ko) * 2000-01-05 2002-07-20 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 장치
KR100384609B1 (ko) * 1999-09-27 2003-06-18 세이코 엡슨 가부시키가이샤 전기 광학 장치, 전자기기 및 트랜지스터

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