JPS6074479A - 多結晶チャンネル電界効果トランジスタ - Google Patents

多結晶チャンネル電界効果トランジスタ

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JPS6074479A
JPS6074479A JP59123549A JP12354984A JPS6074479A JP S6074479 A JPS6074479 A JP S6074479A JP 59123549 A JP59123549 A JP 59123549A JP 12354984 A JP12354984 A JP 12354984A JP S6074479 A JPS6074479 A JP S6074479A
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channel
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JP59123549A
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サツトウインダー マルヒ
ラジブ シヤー
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Texas Instruments Inc
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/674Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/6741Group IV materials, e.g. germanium or silicon carbide
    • H10D30/6743Silicon
    • H10D30/6745Polycrystalline or microcrystalline silicon

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〕 本発明は電界効果トランジスタおよび集積回路に関する
もので、とくにポリシリコン電界効果トランジスタに係
わるものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
各種用途に用いる電界効果トランジスタを製造するにあ
たって、多結晶半導体物質で良質の電界効果トランジス
タが製造できれば好都合であり。
これが11能となれば少なくとも2つの領域で突破口が
開かれることになる。まず第一は、絶縁体構造上のシリ
コンがきわめて多拙類の基板上で製造口」能となること
である。この点については今のところ、このような絶縁
体構造上のシリコンを用いることのできるのは、シリコ
ン活イ4−デバイス層と絶縁基板間の格子整合が良好な
場合たりである。
第二には、これは恐らく第一の点よりも+1(要である
と思われるが、良質なポリシリコンデバイスが多結晶半
導体物質で製造できるようになれば、縦方向の集積化が
可能となる。すなわち現在の集な1回路は2本質的には
2次元デバイスであり、このような活性デバイスを互い
に重ね合せることはできない。これに対して、ポリシリ
コンチーA′ンネルを有する活性デバイスを製造するこ
とが可能となれば、活性デバイスを互いに暇ね合せるこ
とがuJ能となり、集積回路の設用上まったく新しい世
代への道を開くこととなる。
かくて、ポリシリコン中でトランジスタを構J(ν。
することを目標として数多くの試みがなされてきたが、
これらの試みは主として三つの困兜1に直向している。
第一には、ポリシリコン物質の易動度(すなわちバルク
伝導度)がそれ自体きわめて低いことであり、第二には
ポリシリコントランジスタを用いた場合には、多くの場
合漏洩の問題が生ずることである。ざらに第三には、こ
のようなトランジスタのしきい4M Wt、圧が極めて
大きいことである。
これらの問題点はいくつかの点で互いに関連し合うもの
である。ずなわぢ、ポリシリコントランジスタのチャン
ネルを非常に長くすることによって、漏洩電流を若干減
少させることができるが。
こうした場合、ポリシリコンの易動度が低いためにデバ
イスが非常に大きな直列抵抗値をもっことになるので、
従来の方法を用いて実用的なポリシリコントランジスタ
を設剛しようとしても、ケゞインが低くかつきわめて大
型のデバイスとなりゃすい。
従来、良質のポリシリコントランジスタを設計しようと
する場合には9反転モードで動作する1m3あたり例え
ば1016以下の適正なドービ′ンダチャンネルレベル
で比較的厚い(例えば3500−75000オングスト
ロームの)ポリシリコンを用いるのが普通であった。(
この場合チャンネルはP生型のポリシリコンソースおよ
びドレインからなるPIJOs トランジスタ用N型ポ
リシリコンである。)典型的には反転モードは漏洩電流
を減少させるように用いられているが、しかしながら、
このようなデバイス構成とするとしきい値屯圧か11[
j常8ボルトないし10ボルト程度の非常に大きな値と
なり、このようなしきい値11毛圧は多くの集イ゛1!
回路にとって高ずき゛る値である。
本発明はこれらの固唾を回避すべく、薄くて(好ましく
は1000ないし150’0オングストロ一ム程度の)
かつ拡散濃度の高い(好ましくは1cm3あたり101
7から101” )ポリシリコンIHにより形成される
チャンネル領≠を有するWE界効H4トランジスタを提
供しようとするものである。このチャンネル領域は水素
でアニール処理を凪ずことにより漏洩電流を減少させる
のが好ましい。かくて得られるトランジスタは蓄積モー
ドで動作させるのが好ましい。(ちなみに、このチャン
ネルハPMOSデバイス用P型ポリシリコンにより形成
される。)これらの特徴の組合せによっつで、漏洩電流
が小さくてソース・ドレイン降伏rlt圧が高り、シか
もしきいli?4 if圧が低くかつチャンネル直列抵
抗値が小さいトランジスタを得ることができる。
〔発明の目的〕
従って1本発明の第1の目的は漏洩電流が小さいポリシ
リコンチャンネルトランジスタを提供することにある。
本発明の第2の目的は直列抵抗値か低いポリシリコンチ
ャンネルトランジスタを提供することにある。
本発明の第6の目的は直列抵抗値が低く、かつ物理的な
寸法が比毅的小さいポリシリコンチャンネルトランジス
タを提供することにある。
本発明の第4の目的は多結晶物質からなるチャンネル領
域を有し、かつ漏洩電流が小さい電界効果トランジスタ
を提供することにある。
本発明の第5の目的は多結晶半導体W質からなるチャン
ネル領域を有し、かつオン状態における直列抵抗が低い
>It電界効果トランジスタ提供することにある。
本発明の第6の目的はしきい[直tIL圧が低いポリシ
リコン電界効果トランジスタを提供することにある。
〔問題点を解決しようとするための手段〕かくて本発明
による准界効釆トランジスタは多結晶半導体物質からな
るチャンネル領域と、 +iiJ記チャフチヤンネル領
域されたソース領域およびISレイン領域と、前記ソー
ス領域とドレイン領域との間で電界をO1J記チャンネ
ル領域に印加するJ:うに位置したケゞ−トとからなり
+ 1jiJ記チャンネル領域は+1c+i3あたり少
なくとも1017の平衡ギヤ+1ア濃度を翁゛シている
ことを特徴とするものである。
〔実施例〕
次に図面を参照して本発明の実ノ血例を添1」された図
面と共に説明する。
第6図に本発明に」;るデバイス構造の第1の実施例の
構成を示す。第6a図に示すごとく、出発材料としては
ろないし6 obm−cm 、結晶方位が<100>、
厚さ6インチのシリコンスライス11を用い、厚さ50
00オングストロームのLPCVD (低圧化学蒸着)
のポリシリコン層13を被着した後、塩化ホスホリルを
ドーパントとして用いて1cm2あたり60オームとな
るようにN生型にドープする。さらに厚さ650オング
ストロームのケゞ−トシ化物15を成長させる。ついで
第3b図に示すごとく、ドープされていないLPCVD
のポリシリコンからなる厚さ1500オングストローム
の層17を620°Cでモノシラン(SIH4)の熱分
解によってhl ;iアシ、ホウ素打ち込みをか4(々
の打ち込み量で行うことによりチャンネルのドーピング
を調節する。またCHFろをベースとする7°ラズマヲ
用いて、チャンネル承りシリコン層の完全なアイランド
エッチを行なうことによって、デバイスを絶縁し、第6
C図に示すごとくソースおよびドレイン領域19をホウ
素の1−Jち込みによってドープする。なお第ろ6図は
デバイス完成時の構造を示す。
本例では」−記のようなスライス全2枚製作し。
1枚は水素プラズマによる粒界不活性処理(パッシベー
ション)を行ない、もう1枚にはそのような処理は行な
わない。この水素プラズマは13.56MHzで約80
0ワツトのRF正電源用いて水素分と糖素分の等しい/
14合物中で励起し、?0られたーリ゛ンフ0ルをろo
o’cで60分間ノラズマ中に保持する。
このようにしてイ<、4たサンプルのうち、 r′A’
; 1σ)−リンプルデバイスL15ろ/S04の出力
′I″l′f′1.を第7A図に示す。このデバイスの
実効市、気チャンネル’l’fWWは127ミクロン、
1は気チャンネル時■、は1.5ミクロンである。この
デバイス<1−yJ<素パンシペーション処理は行なわ
なかったものである。かくて良好なMO8FET動作が
得られたか、この動イ/[屈;イ1、は各スライスにつ
いても、またスライス間におし1ても再現しうるちので
ある。この場合、 VD = VO,=5■として測定
した駆’jII+ ′11℃流6:l約10マイクロー
j′ンペアである。また、第8A図に示すリニーj−(
:IL域伝達曲線から定まるように、VG −−5v近
(・いこ26ける蓄積ホール易動度は約1CnI2/入
r−sec−(”ある。
第7Bおよび第8B図に不発1すjによる?4’、 2
 t)つ4」ンプルデバイスL153/810の出力特
性を示す。
このデバイスの物理パラメータは前記153/804と
同等である。第1および第2のサンプルデバイスは、第
2のデバイスL153/810か水素プラズマ処J71
+を受けた点以外は、同一の処理手順を用いて製作した
ものである。この第2のデバイスの駆動?U流は約20
0μAで、不活性化されてない第1のデバイスの値より
も20倍はど大きく、この値に相当するホール易動度は
7 cm2/V−secである。
多結晶シリコンは結晶方位がランダムで、かつ粒界によ
って分離された小さな粒子から溝成され。
粒界におりる電気的に活性なトラップにより荷゛tn粒
子(キャリア)を捕捉し2周辺の領域を空乏化し、電位
障壁を形成する。これらの′e電位障壁。
MOSFETの伝導態様に匹敵する効果を有している。
水素添加後にみられる駆動電流の増加は2粒子間の電位
障壁の低下、すなわち多結晶半導体物質について、つと
に験証された現象に関連しているように思われる。すな
わち、プラズマ処理中に水素原子がポリシリコン内に貫
通し粒界におりるダングリングボンド(非結合手)を飽
和させ、これによってトラップ密度を減少させる。
第2図は粒界におりる空間電荷に対する水素パッシベー
ションの効果を概略的に示すもので、第2A図はダング
リングボンドを示し、第2B図G、を不活性化、すなわ
ち安定化された結合状1庫を示し。
第2C図は第2AlンIの′「)1位状11マξを示し
、さらに第2D図は第2B図の電位状態それぞれ示す。
水素パンシベーションを行った場合には、第2B図に示
すように、多数のダングリングボンドが水素イオンに結
合して電気的な中性部位を生ずるので。
粒界におりるトラップ密度Q。Bはきわたって6112
少し、その結果、【IL位障壁ΦGBか大きく減少する
この場合の は界面7n荷密度Q。Bの二乗に比例し。
()B QGB”−QGB” / a Q E s N Aのご
とく変化する。
これらデバイスのしきい11α下における挙動は。
バルクシリコンMO8)ランジスタの弱い反転特性に類
似しているか、しきい値下特性の発生機11(ηは反転
モードバルク1viO8FETとはまったく相異なるも
のモある。ケ゛−トの駆動’「Ii I−Eが大きい場
合には。
これらのデバイスにおける導電性は優性蓄積モードであ
る。これに対して、)f″′−トバイアスか小さい場合
に6i + fir、 6fjはチャンネルボリシリコ
ン層におけるγクセツタl−゛−ピングによって1.t
は保持される。なお、−r+バイス′眠+515のこの
部分にデートモシュ1〜−ジョンを行なうことによって
、一定のターンオフ特性が牛することが観測される。一
方ケ8〜1・ILε圧を減少ざぜると、チャンネルポリ
シリコンjに1は最終的に完全に空乏化され、1毬流の
流れはソース;Ill:部における電位障壁全域にわた
っで空間tlf、荷により限定され、この粘体・ケ+−
トバイアスに指数14’、l数的に依存したドレイン電
&fjとなる。
プラズマ水素パンシベーションによってチャンネルポリ
シリコンにおける生成:15よび1与結合中心か減少し
、著しく漏洩電流特性が改善される。第9 a l*l
ないし第9f1図から明らかなように、しきい値下の傾
斜が改善されることは、ケゝ−ト酸化ナヤンネルボリシ
リコン界面の電気的に活性な表向状態が減少することに
関連しているものと思われる。第9a−9C図はバンシ
ベーションを行なったデバイスのしきい値下特性を示し
、第9d−9f図はパンシベーションを行なわないデバ
イスのしきい値下特性を示す。
各スライスとうし間におりるる「1εヌし的パラメータ
のバラツキはパッシベーション処J(iiの則後てほぼ
不変であり、テストを行なったデバイスの大部分につい
て、廟動晟流は平均値の±15%以内であり、漏洩′電
流は同じく±50%である。なおこのソースドレインの
境界を、コンタクトフ剖トリソグラフイを用いてパター
ン化したが、これかQ。
測されたような駆動′電流のバラツキの主因である可能
件かある。
水素アニーリングは水素プラズマを例えば標1(fj的
な平行板プラズマ反応炉中でポリシリコンにさらすこと
によって行なう。このためには1タリえift 。
4インチウェハについて60分間、1000ミクロンの
水素分子の分圧でろoo’c近傍てプ′ラズマ放市を行
なってアニール処理を行なえば十分である。ただし、こ
の工程は最終的なり的にとってはなんら必須のものでは
ない。すなわち、水素はきわめて急速に導入され2粒界
においてダングリングボンドを飽和させるように作用す
るだけである。
なおこの場合、水素を過剰に用いてもさしつかえはない
かくて2本発明によるトランジスタは、水素によるアニ
ール処理を施したポリシリコンを用いて製造するのが好
ましいものではあるが、ただしこのようなアニーリング
エ稈は必須のものではない。
ただこのアニール処理は原子水素アニールであって9分
子水素アニールではないことに注目すべきである。すな
わち、フ0ラズマによって供給水素がスが解離してH+
イオンや単原子水素遊袖[基等となり、これらのH+イ
オンや単原子水素遊に11基卑jが9粒界部位における
ダングリングボンドとより容易に結合するのである。
水素は適当に薄い酸化物キャンプ(例えば厚さ7000
オングストローム)を容易に辿過するが。
厚い窒化キャンプ0は、水素の外部からウェハ中への拡
散(1n−4iffusion )をかなり遅らせてし
まう。
水素アニールにす1き続いて行われる+I’lz 湛処
JjJj工程を長時同行なうことは避けるのがよい。高
温処理工程が長ずぎると9粒界中で不γi!+性化され
た水素原子が水素分子として再結合する結果、ウエノ・
内部から外部に向って拡散が進行することがある( o
ut diffusi○n)。このような拡散が面付す
ると。
粒界にパッシベーションを行なった利点が次第に失われ
、空間電荷障壁が徐々に増加して馬刺(すや漏洩特性に
悪影響を与えることとなる。しかしながら、この現象は
急激に発生ずるものではなくて。
徐々に進行するので、高温工程を行なう時間か適切であ
れば問題はない。例えば450°Cで1時間程度の高温
度工程ならば特に支障はない。また水素アニール処理に
引き続く高温工程の処1(17時間は。
簡便に実現しうるのであればできるたり短ニ白するのが
望ましいが1例えば[)IJ述濡度条件のもとでは1時
間以上としても問題はない。また例えば1通常の高渇珪
リン酸ガラス(PSG)す〜フロー法よりは、低温多層
酸化フ0レ−す化工程を用いるのがむしろ好ましい。本
例では、この工程にOCI)スピンオン珪化溶Nl(ア
ルコールまたはアセトンにm IWした珪化物溶液、い
わゆるスピンオンガラス)を用いており、この溶液を低
湿でベークした後、41機溶媒を蒸発させる。たたし、
所望ならば他の各1iIiiの低温MLOプレーナ化法
を用いることもできる。
例えば、レーサ゛アニーリングなとの過渡的加熱による
MLO(多層酸化物)リフロー法を用いたり。
珪硼fA#ガラス(BPSG)等の低温MLO材料や鉛
でドープした石英ガラス、あるいはPIQ (高分子高
温度ポリイミドポリマー)等のポリイミド等の冶機物を
使用したりしてもよい。
さらに本例では、コンタクトセンタリングに要する時間
およびl温度が若子減少する。Vなわち。
1%シリコンをドープしたアルミニウム(1ま、4.0
0℃で10分間水素中で集中化するのが好ましい。
また、アニール処J71jに引き続く高温処」」=[程
期1i4J中に水素が逃散する現象は、初期工程として
の水素パッシベーションを実施する時間を長くしたり、
水素の分圧を高くしたりすることによって若干i1j′
f:減される。
また、パッシベーション材料としては水素を用いるのが
好ましいが、これに限定されるものではなく9例えばフ
ッ素を使用してもよく、あるいは他のハロケゞン元素を
用いてもよい。δつり)いけまた。
粒界パッシベーションは水素イレンを(Jち込んで行な
うこともできるが、これはあまり好′−Jニジいとはい
えない。
さらに2本発明は絶縁ケゞ−ト型fu界効果トランジス
クのみならず、ポリシリコンケゞ−トを泊する接合型′
、4L界効果トランジスタにも1肉用できく、〕。たた
し1本発明では絶秋ケゞ−ト型が好すしいことは確かで
ある。1・、テにポリシリコンの湯合、ドーパントの拡
散が急速でかつ一定とならifrい1頃向があるか、こ
のためにシリコンとポリシリコンとのtr′工界におけ
るj訳侍女にJ二ってデバイスイス5.性のパラツギが
増大しやすくなる。
なおポリシリコントランジスタについては、1・−記の
文献にその特性や枝体的背景の記載があるので参考質ネ
゛1として掲げておく。
1) T・オーシネ、T・ヒラメ、K・ソゾ。
S・ボリウチ、S・タカヤナrr2KX8ビットスタチ
ックRA M J IF;DM技省1寸11冷i夕、第
660貞−第666頁、1978年。
この文献にはP−チャンネルポリシリコントランジスタ
の蓄積モードを使用することが示されている。ポリシリ
コンチャンネル層の厚さは5000オングストロームで
、水素パッシベーションは用いていない。
2)K・オチアイ、K・ハシモト、H・ヤスダ。
M・マスタ、T、・コンドウ、H・ノずワおよびS・コ
ヤマ。「6トランジスタセル方式の大電力用8に×8ビ
ット完全CMO8RAM J 、IEEE、固体物理学
会報、sc 17+第798頁−第806頁。
1982年。
3) Y・オチダ、T・イイズカ、J・マッナガ。
M・イソベ、S・コニシ2M・セキネ、T・オータニお
よびS・コヤマ[低電力抵抗性負荷の64にビットCM
O8RAM J IIE、団体物理学会報。
sc 17+第804頁−第809頁、1982年。
4)T−C・メイおよびM−H・ウッド「ダイナミック
メモリにおけるアルファ粒子に起因するソフトエラーJ
 IEEE 、 ゛亀子デバイス報告、FD−26第2
頁−第9頁、1979゜ 5)J−F・ギポンスおよびK・リ−[1ケゝ−ト[1
す、iCMOSインバータ」?IL子デビデバイスレタ
ーLD 1 +第117匹および第118眞、1980
年。
6)J−P・コリシン、E・デマウリンおよびM・ロペ
ソト「積重ねトランジスタcvos (sT−MOS 
) 、 CMO8適用1.IMOsテクノロジーJ I
El化。
電子バイパス報告、 Elつ−29,I¥’;585画
一589頁、1982年。
7) T・イイヅカ、H・ノずワ、Y・ミズタニ。
H・カネコおよびS・コーヤマ[−高密2q CMO8
RAM用可変抵抗ポリシリコンJ ITfDM技術報告
第670直−第676匹、1979年。
8)J−Y−W・モト「多結晶シリコン膜のif(。
気的性賀」応用物理学会報、第46巻、第5247頁〜
第5254頁、1975年。
先の記載から明らかなように2本発明によれば主として
以下の4つの点で従来のポリシリコントランジスタと異
なるポリシリコンi・ランゾスタを得ることができる。
]、 チャンネル領域が薄い。
2、 チャンネル領域の拡散濃度が高い。
3、 チャンネル領域がポリシリコンソースおよびドレ
イン領域と同一のドーピング型であるため。
トランジスタは蓄積モードで動作する。
4 トランジスタは水素中で不活性化される。
また、チャンネル中の高いP−ピングレベル(好ましく
は5 X 1Q16/cm3以上)を用いることにより
吹のような6梠−の効果を得ることができる。
第一はしきい値が減少することであり、れまでに述べた
ように、従来のポリシリコンチャンネルトランジスタを
用いた場合には、しきい11ぽか高いことが決定的な障
害となっていた。第二はドレイン市原が実質的に減少す
ることであり、第三は空乏深さXd、ずなオつち組込み
フェルミ1扛位に相当する空乏深さが減少することであ
る。
また本発明において重要なことは、ポリシリコンチャン
ネル層をあまり厚くぜず、この層が空乏化される程度ず
なわぢtがX d 4− X bに等しいか。
またはそれ以下となる程度にしなければならないことで
ある。ただしbはポリシリコンと二1寝化シリコンとの
間のパンクサイド界面において典型[19に発生ずる固
定′i11倚に起因して生ずるパック→ノイド空乏深さ
である。(この固定itj荷は1017/CII+3の
ポリドーピングレベルで約1000オングストロームの
空乏深さを生ずる。) また薄いチャンネルを用いることによって、(広散濃度
の高い蓄積モードチャンネルを使用しても良好なターン
オフ特性が得られる。従って2本発明はしきい値、オン
状態直列抵抗イu′l’、 +およびターンオフ特性が
すべて良好である(漏洩が小さい)という6つの特徴を
併ぜもつ″電界効呆トランジスタの1矢たるべきもので
ある。
チャンネル領域用の薄いポリシリコン19・jを用いる
ことによって、さらにl・ボブラフイー上有利であると
いう利点も41=する。ずなわち1本発明によく)トラ
ンジスタで用いられるような+Vさ1500.dングス
トロームのボ′リシリコン層により、従来典型的に用い
られている厚いポリシリコン層に比べて、続いて形成さ
れる層に対する各工程の要件達広範囲についての問題が
それほど牛じなくなる。
第1図に示すように。
VT−ΦMS+2ΦF + Qf/Co + QD/C
0= −0,9→−0,7−2,3+ Q v/c。
= −2,5+ (qNA/Co ) X xd= −
2,5+ (qNA/Co)x (4E、SΦF /q
 N A ) 1/2= −2,5+ (4ESΦFq
NA)1/2/C0ここでN’Aを増加させると 1 vTが減少し。
2 よりが増加し、かつ 3、 Xdが減少する。
また漏洩を防止するためには 1、t−Xdとし 薄いチャンネルポリシリコン)14のItさを。
1[]00<t=15DO,オングストロームとする。
この薄いチャンネルポリシリコンj曽を用いると。
1、駆動電流が大きくなり。
2、漏洩′電流が小さくなり、がっ 3縦工程が小さくなる。
第4.5,6.10および11図は本発明の苓くの実施
呵能件のうち2,3の実11’ljj例を示したもので
、N型およびP型狽域の関係以列は、第6図の実施例と
同様な構成であるため、1「a−の?11り分は同一の
符合で示しである。
本発明によるデバイス石′ヴ造は基本的に新規なもので
あって、きわめて多紳類の集++7回路にJIN用しう
るものであるとともに2回路の1没Hf f:きわめて
多岐にわたる間頌を函゛決するものである。
さらにこのような拡散濃度の高い薄いチャンネル領域は
5きわめて広範囲の1!Aさおよびチー)・ンネルドー
ピングレベルで実現実ノ11包できる点も屯苛である。
例えば、チャンネルドーピングレベルを少なくとも10
m3aうたり5 ×1016とした当合、チャンネルの
厚さか6500オングストローム以トであることも本発
明の範囲に含まれる。また2チヤンネルドーピングレベ
ルを少なくともicm:1あたり1017とした場合は
、チャンネルのjγさが2000オンクストローム以下
としたポリシリコントランジスタもまた1本発明の範囲
に2まれるものである。一般に易動度が単位′ia圧秒
あたり少なくとも5 Cm2て、力)つチャンネルのj
γさか20[)Clオングストローム以下である畜積モ
ードポリシリコンデバイスもまた2本発明の範囲に含ま
れる。
本発明による薄いポリシリコントランジスタを各棟の用
途に用いることによって2粒度の自発的成長がrli!
I Iaされるという利点もある。すなわちVLSIに
適用するに際して、チャンネル長か1もしくは2ミクロ
ン程度のMOS FlΣTか必蕾であるが。
蒸着されたままの(as−deposited )ポリ
シリコンのれ7反は通常ろ00ないし500オングスト
ロームの範囲にあるため、屯気的に!tも短いチャンネ
ル長を切るflZ界の数が1例えば20あるいはそれ以
上に犬きく、シかも特定のデバイスのチャンネル領域を
切る粒界の数か変化しても、デバイスl(,5性のバラ
ツキはゆるやかである。たたし、実際によく起ることで
あるか、ボ′リシリコンの粒+Wが処理中に自発的に増
加する場合には、嘔気的に極小のチャンネルを横断する
粒界の平均数は減少する傾向があり、この結果デバイス
特性のバラツキ幅が大きくなりやすい。すなわち、これ
もしく・1しは起ることであるか、−?バイス処理中の
11−ラ沼1上稈に起因してポリシリコンわt度か1ミ
クロンIJヱく」5で自発的に増加する場合には、デバ
イスによってはチャンネルを切る粒界がないか、そのよ
うな粒界が1個、あるいは2個またはそれ以上の」↓!
1合かある。粒界におりる空間箸り荷1(+、g ta
gを減少さすることができる程度までは、水素パンシベ
ーション]−桿に関して一ヒ述したように、−?バイス
特性のバラツキを牛じさせるriU述のようなj東回は
ざして:k 安ではなくなる。とはいえ、現在の技f肘
て(・;LIPlνI、′の影岩Sを効果を子全に1デ
(消するもので4J icいため1粒界の11f、気的
な効果に基づくデバイス特〆1−の砿かりを最小限とす
ることが望ましい。この点、ポリシリコンの厚さを20
00.(ングス)・ローム以1・とずれば、処理中に自
発的に発生4−るわントの僧坊1を遅らせることとなっ
て好都合−〇ある。
かくして本発明によれは、漏洩か少々′<[〆11列抵
抗値の小さなポリシリコントランジスタカ)妊便に得ら
れる。
もちろん1本発明により製造されるトランジスタはきわ
めて多棟類の集積回路に用いること安できる。また不発
明は、上述のこ°とく絶縁物上にシリコンを用いた電界
効果トランジスタのみならず。
たとえば第11図に示すような縦型シリコンを用いた電
界効果トランジスタに適用することも可能である。さら
に本発明によるポリシリコントランジスタの下方に用い
得る絶縁基板は、二酸化シリコンに限定されず、たとえ
ばサファイヤ、スピネル珪化ガラス、七ラミック等の上
記以外のきわめて数多くの基板を用いてもよい。
なお2本発明による電界効果トランジスタは多結晶シリ
コントランジスタにとくに限定されるものではなく、他
の多結晶半導体物質中のトランジスタにも適用できるこ
とはいうまでもない。この場合、チャンネル層を比戟的
薄く形成し、チャンネルドーピングレベルを比穀的高く
シ、かつオン状態チャンネルデバイスと同一の伝導型に
ノC戒することが本発明にとって肝要な点である。ポリ
シリコンを用いる場合には、チャンネルのjpさを30
00オングストローム以ト、チャンネルドーピング濃度
を1cm3あたり1017以」−とすることか望ましい
本発明を他の半導体にilΔ川する場合、チャンネルの
厚さを使用する半導ふ体の読′j1j率の平方4+1!
に比例して調節することができる。同イ〕、に、ドーパ
ント鯰度については、111!用する単1゜9体中のキ
ャリア濃度か5 X 1016となるように逃択するた
りてよい。
〔発明の効果〕
以上に述べたように1本発明による市外5効宋トランジ
スタは拡散濃度か尚くかつ薄い4例えばポリシリコン空
の多結晶半導体物゛aからなるチャンネル領域と、この
チキンネル領域に結合されたソース領域およびドレイン
領域と、これらのソース領域およびドレイン1浪域の間
で1−1モ界を前記チャンネル領域に印加するような−
に設iフだゲートとから構成しているので、漏洩Elj
 6ii;が少なく、+4列J](抗値が低く、シかも
物理的寸法が小さくかつしきい値が低いという効果を併
せ持つものである。このようなトランジスタはきわめて
多積類の集4’ii回路に用いることができるものであ
るとともに、絶縁物」二にシリコンを用いた“If、界
効果トランジスタのみならず、縦型シリコンを用いた電
界効果トランジスタに適用することも可能であるという
長所かある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実jifJj例のf+rJl略を示
ず概l’161す「181図、第2A図ないし第2D図
は粒界の空間重荷]9さ壁土における粒界パッシベーシ
ョン効果を示す説明図、第3a図ないし第6d図は本発
明の実111Li例の製造時に46ける各工程を示す説
明図、第4図ないし第6図は本発明の更に他の実施例を
示ず概略断面図、第7A図及び第7B図は本発明による
ランプルデバイスの出力IlL流に対する出力′成用特
性についての水禦パッシベーション効果を示ず特゛乳図
、第8A図及び第8B図は本発明によるザンプルデバイ
スのドレイン”dL流に対するデート■I圧特性につい
ての水素パッシベーション効果を示す特性1ン1.第9
a図ないし第9f図(・ま本発明によるサンフ0ルデバ
イスのしきい値下猶1′1、につい−(−σ〕4(末パ
ッシベーション効果を示す説明図、第11〕図は本発明
の他U)ザンプル実鳳例を・」<−づ概)11訓ソ) 
+l++ 1:′l 。 第゛11図6J本発明を縦型1f3伯< f:、、7造
に鍬づ川した楊含の実用例を示す概略’n(1111図
である。 11・・シリコンスライス。 13・・ポリシリコン層。 15・・・ケゝ−ト眼化物層。 17・・ポリシリコン層。 19・・ソ〜ス、ドレイ〉り+’t JA。 代理人 ル 伺 皓 h’g、 3σ Ft’g3b h’g、、3c Ft’g、3d 出力 L 二1.5fim、W=I2゜ トレイン電圧V□(VI Fig、?A [V fi 性 ’s m、 (or=350 X+T:25°CPi−
g、?B リニヱ領反 L=1.5nm、W=127.IIm。 −1−2−3−4−5 ヶ′−ト電圧 [VI Fig、θA △1.:。 ゲ′−ト電rifVl 手続補正書(睦) 昭和59年 8月 8日 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第 123549% 2、発明の名称 ポリシリコン電界効果トランジスタ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 氏 名 テキサス インスッルメンツ (名称) インコーホレイテッド 4、代理人 5、補正命令の日イ」 明細書の浄書(内容に変更なし) 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和÷2年q酬′1願第1λ5齋虻啄号2、発明の名称 イζリンリつン偲外知煙トランシ次り 3、補正をする者 住 所 4、代理人 昭和47年 タ月)k口 6、補正により増加する発明の数 7、補止の対象 図面 8、補正の内容 別紙のとおり 図面の浄;4 (内容に変更なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)多結晶半導1体物質からなるチャンネル領域と。 前記チャンネル領域に結合されたソース領域およびドレ
    イン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間で電
    界を前記チャンネルai’<域に印加するように位置し
    たゲートとがらなり、前記チャンネル領域はl cm3
    あたり少なくとも10]−7の平衡キャリア濃度を有し
    ていることを特徴とする電界効果トランジスタ。 (2)多結晶半導体物質からなるチャンネル領域と。 前記チャンネル領域に接続されたソース領域およびドレ
    イン領域と、前記ソース領域とドレイン1J1域との間
    で14を界を前記チャンネル領域に印加Vるように位置
    したケゞ−トとからなり+ rjiJ記チャフチヤンネ
    ル領域m3あたり少なくとも5 X 1016の平向キ
    ャリア濃度を有するとともに、前記チャンネル領域の厚
    さE3000オングストローム以下トじたことを特徴と
    するili界効果トランジスタ。 (3) 多結晶半導体物質からなるチャンネル領1tA
    gと。 前記チャンネル領域に接続されたソース領域およびドレ
    イン領域と+ 1tt+記ソース領域とドレイン領域と
    の間で電界をniI記チャンネル領域に印排するように
    位1?tシたr−トとからなり、11す、(己チャンネ
    ル領域はi Cm3あたり少なくとも5X10]6の重
    両キャリア濃度をイ1することを特徴とする市界効j4
    4トランジスタ。 (4)多結晶半導体物質からなるチャンオル領域と。 前記チャンネル領域に接続されたソース’Ii1.4 
    、”!鞄J、jよびドレイン領域と、前記ソース領域と
    ドレイン’+Bii域との間で4界を1111記チヤン
    ネル1ル1域に印IJ11′4るように位置したケゝ−
    トとからなり、前記チャンネル領域はi cm3あたり
    少なくとも1[]17(l〕)1を衡λ−ヤリアン?洋
    ノ廷を有するとともに+ *J+i記ナヤンネル(i1
    7 J・もの厚さを2000オングストローム以下とし
    たことを特徴とする屈界効米トランゾスタ。 (5) 多結晶半導体物質からなるチャンネル領域と。 前記チャンネル領域に接続されたソース◇11域および
    ドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間
    で11L界を1iiJ記チヤンネル領域に印加するよう
    に位置したゲートとからなり、前記チャンネル領域は1
    Crn3あたり少なくとも5 X 1016の平衡キャ
    リア濃度を有するとともに、前記ソース領域およびドレ
    イン領域と同じ伝導型であり、かつnu記チャンネル領
    域はこれを十分薄く形成することにより、印加電圧がゼ
    ロの時に完全に空乏化されるようにしたことを特徴とす
    る電界効果トランジスタ。 (6)多結晶半導体物質からなるチャンネル領域と。 前記チャンネル領域に接続されたソース領域およびドレ
    イン領域と+ iiQ記ソース領域とドレイン領域との
    間で電界を前記チャンネル領域に印加するように位置し
    たデートとからなり+ il’I記ヂャ記法ヤンネル領
    域m3あたり少なくとも5 X 1016の平衡キャリ
    ア濃度を有するとともに+ riii記チャフチヤンネ
    ル領域ソース領域およびドレイン領域と同じ伝導型を冶
    することを特徴とする?q電界効果トランジスタ (γ)多結晶半導体*質をポリシリコンとじたこ々を特
    徴とする特i+’l’ 請求の1配囲・431項記市1
    2のNlj界効果トランジスタ。 (8) 多結晶半導体物質をポリシリコンとしたことを
    特徴とする特許請求の範囲第2項記載の1((界効果ト
    ランジスタ。 (9)多結晶半導体物質をポリシリコンとしたことを特
    徴とする特許請求のI’jlj囲第6項記載の、・電界
    効果トランジスタ。 θ0) 多結晶半導体物質をポリシリコンとしたことを
    特徴とする特許酊イ求の範囲第4項記l+i12のPi
    L界効果トランジスタ。 (1J) 多結晶半導体物質をポリシリコンとしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の4L界効果ト
    ランジスタ。 (I2) 多結晶半導体物質をポリシリフンとしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第6項記載のr電界効果ト
    ランジスタ。 (13) 前記多結晶半導体物質は前記粒界において不
    活性化材料の実質的な混合物を含むことを特徴とする特
    許請求の範〃(イ第7項記載の電界効果トランジスタ。 (14) 前記多結晶半導体v!J質は前記粒界におい
    て不活性化材料の実質的な混合物を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第8項記載の′電界効果トランジスタ
    。 (15) 前記多結晶半導体物質は前記粒界において不
    活性化材料の実質的なl′尾分合物含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第9項記載の電界効果トランジスタ。 (16)前記多結晶半導体物質は前記粒界において不活
    性化材料の実質的な混合物を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第10項記載の「(L界効果トランジスタ。 (]7) 前記多結晶半導体物質は前記粒界において不
    活性化材料の実質的な混合物を含むことを特徴とする特
    許請求の範囲第11項記載の電界効果トランジスタ。 θ8) 前記多結晶半導体物質は前記粒界において不活
    性化材料の実質的な混合物を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第12項記載のII−ε界効宋トランジスタ
    。 (19) 前記ケゞ−トはボ゛リシリコンからなり、こ
    のデートおよびチャンネル領域を同一の伝導型でドープ
    したことを特徴とする特8’l’ 請求の範囲第7項記
    載の電界効果トランジスタ。 (社) 前記ケゞ−トはポリシリコンからなり、このケ
    ゞ−ト領域およびチャンネル領域を同一の伝導型でドー
    プしたことを特徴とする特a1請求の範囲第8項記載の
    電界効果トランジスタ。 Qυ 前記デートはボ゛リシリコンからなり、このケゞ
    −ト領域およびチャンネル領域を同一の伝JJj型でド
    ープしたことを特徴とする特ft’!’ 、請求の範囲
    第9項記戦の電界効果トランジスタ。 0躊 前記ケゝ−トはポリシリコンからなり、こりケゞ
    −ト領域およびチャンネル領域を同一の伝カッ(シでド
    ープ0したことを特徴とする特Δ1’ i?i’をの曳
    1++4第10項記載の電界効果トランジスタ。 (ハ) 前記デートはポリシリコンからなり、このケゞ
    −ト領域およびチャンネル領域を同一の伝導型でドープ
    したことを特徴とする特許請求の範囲第11項記載の電
    界効果トランジスタ。 G!→ 1JfJ l!己ケゞ−トはポリシリコンから
    なり、このゲート領域およびチャンネル領域を同一の伝
    導型でドープしたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    2項記載の電界効果トランジスタ。
JP59123549A 1983-06-17 1984-06-15 多結晶チャンネル電界効果トランジスタ Pending JPS6074479A (ja)

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