JPS608635B2 - field effect transistor - Google Patents
field effect transistorInfo
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- JPS608635B2 JPS608635B2 JP49120514A JP12051474A JPS608635B2 JP S608635 B2 JPS608635 B2 JP S608635B2 JP 49120514 A JP49120514 A JP 49120514A JP 12051474 A JP12051474 A JP 12051474A JP S608635 B2 JPS608635 B2 JP S608635B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電界効果トランジスタに関し、特に高ドレィソ
耐圧を得る為の電界効果トランジスタに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor for obtaining a high diode breakdown voltage.
従来からの電界効果トランジスタの欠点としては、ソー
スドレィンの間隔すなわちチャンネル長が短くなればな
るほどドレィン耐圧が絶対値において低くなることであ
った。A drawback of conventional field effect transistors is that the shorter the source-drain interval, that is, the channel length, the lower the drain breakdown voltage in absolute value.
この現象は一般にパンチスルー現象と呼ばれておりドレ
インに印力0される電圧によってドレィン領域からソー
ス領域に向って延びる空乏層が該ソース領域に達するこ
とによって起るものである。又ドレィン耐圧はゲート絶
縁層の組成及び構造と厚さに対して依存性を持っており
、ゲート絶縁層が厚い程、ドレィン耐圧は絶対値におい
て高くなり、ゲート絶縁層を二酸化シリコン膜と窒化シ
リコン膜の二層構造にするとドレィン耐圧は、絶対値に
おいて高い値を示すことが知られている。This phenomenon is generally called a punch-through phenomenon, and is caused by a depletion layer extending from the drain region toward the source region reaching the source region due to a zero voltage applied to the drain. In addition, the drain breakdown voltage has dependence on the composition, structure, and thickness of the gate insulating layer, and the thicker the gate insulating layer, the higher the drain breakdown voltage in absolute value. It is known that when the membrane has a two-layer structure, the drain breakdown voltage exhibits a high absolute value.
近年に見る電界効果半導体装置は高集積度化しておりそ
れに伴い、内部素子として使用される電界効果トランジ
スタも小型化されており、ソースとドレィン間隔、すな
わちチャンネル長も狭められる方向にある。この様なチ
ャンネル長を狭めた電界効果トランジスタにおいて問題
となるのが前記したパンチスルー現象であり、電界効果
半導体装置の高集積度化をさまたげているのが現状であ
る。In recent years, field effect semiconductor devices have become highly integrated, and as a result, field effect transistors used as internal elements have also become smaller, and the spacing between the source and drain, that is, the channel length, is also becoming narrower. The above-mentioned punch-through phenomenon is a problem in field effect transistors with such narrow channel lengths, and is currently hindering the increase in the degree of integration of field effect semiconductor devices.
ドレィン耐圧は前記した如く二種の異ったモードがあり
、1つは、パンチスルー現象によって制限を受けるモー
ドであり、他の1つはゲート絶縁層の組成及び構造と厚
さによって制限を受けるモードである。As mentioned above, the drain breakdown voltage has two different modes; one is limited by the punch-through phenomenon, and the other is limited by the composition, structure, and thickness of the gate insulating layer. mode.
後者は電界効果トランジスタのゲート絶縁層の組成及び
構造と厚さによって必然的に決るものであるから、実際
の高集積度化された電界効果半導体装置に使用される電
界効果トランジスタにおいては前者のパンチスルー現象
によって制限を受けるモードが重要になることは明らか
である。Since the latter is inevitably determined by the composition, structure, and thickness of the gate insulating layer of the field effect transistor, the former punch is more important in field effect transistors used in actual highly integrated field effect semiconductor devices. It is clear that modes that are restricted by the through phenomenon are important.
こ)でゲート絶縁層を数種選びドレィン耐圧について測
定を行った結果新たな現象を見し、出した。ゲート絶縁
層を通常使用されている薄い絶縁層厚として300A〜
3300Aまで500Aおきに7種類、厚い絶縁層厚と
して6000A,11000Aの二種類、合計9種類の
絶縁層を1140午0ウェット酸素雰囲気中の加熱処理
で形成した。As a result of selecting several types of gate insulating layers and measuring their drain breakdown voltages, we discovered a new phenomenon. The thickness of the gate insulating layer is 300A or more, which is a thin insulating layer that is normally used.
A total of nine types of insulating layers, including seven types at intervals of 500 A up to 3300 A and two types of thick insulating layer thicknesses of 6000 A and 11000 A, were formed by heat treatment in a wet oxygen atmosphere at 1140 am.
なおこの電界効果トランジスタの製作方法について第1
図を参照しながら述べる。Regarding the manufacturing method of this field effect transistor, the first
This will be explained with reference to the figure.
使用した半導体基板1は結晶方位(511)、抵抗率4
.50一肌N型の単結晶シリコンであり、1140℃、
ウェット酸素雰囲気中の加熱処理にて約5000△の酸
化膜2を形成し選択的にソース及びドレィン領域を形成
する為の第1の関孔工程を行う〔a)〕。The semiconductor substrate 1 used has a crystal orientation (511) and a resistivity of 4.
.. 50 N type single crystal silicon, 1140℃,
An oxide film 2 of approximately 5000 Δ is formed by heat treatment in a wet oxygen atmosphere, and a first pore process is performed to selectively form source and drain regions [a)].
次に105000の不純物拡散炉にて、ソース及びドレ
ィンとなるP型の不純物拡散層3を形成した後、114
0℃のドライ酸素雰囲気中で押込み、その後気相成長法
で絶縁層2′,2″を形成せるなお絶縁層2′は通常フ
ィールド絶縁層と呼ばれているものである。〔b)〕。
次にゲート領域を選択的に開孔する為の第2の開孔工程
を行い、前記したゲート絶縁層2肌を形成せしめる〔c
)〕。続いてソース及びドレィンからの引き出し電極を
作る為の第3の開孔工程を行い、ゲート電極及び引き出
し電極4を形成せしめる〔d〕。以上の工程で製作され
た電界効果トランジスタのドレイン耐圧について測定を
行った結果ゲート酸化膜が厚くなればなる程「パンチス
ルー現象に制限を受けるドレィン耐圧は絶対値において
低下することが判明した。Next, in a 105,000 impurity diffusion furnace, a P-type impurity diffusion layer 3 that will become a source and drain is formed, and then 114
The insulating layers 2' and 2'' are formed by pressing in a dry oxygen atmosphere at 0° C. and then by vapor phase growth.The insulating layer 2' is usually called a field insulating layer [b)].
Next, a second hole opening process is performed to selectively open holes in the gate region, and the skin of the gate insulating layer 2 described above is formed [c
)]. Subsequently, a third hole-opening process is performed to create lead-out electrodes from the source and drain, and the gate electrode and lead-out electrode 4 are formed [d]. As a result of measuring the drain breakdown voltage of the field effect transistor manufactured using the above process, it was found that as the gate oxide film becomes thicker, the absolute value of the drain breakdown voltage, which is limited by the punch-through phenomenon, decreases.
なおゲート酸化膜の厚さによって制限を受けるドレィン
耐圧はパンチスルー現象によって制限をうけるドレィン
耐圧とは逆に公知の通り、ゲート酸化膜が厚くなればな
る程絶対値において高くなる。この傾向はゲート絶縁層
の組成及び構造を変えても、あるいはP型半導体基板を
使用したNチャンネル型においても変りはないことが判
明した。ドレィン耐圧には前記した二つのモードがあり
第1にゲート絶縁層の組成及び構造と厚さに制限をうけ
るモード、第2にパンチスルー現象によって制限を受け
るモードである。Note that the drain breakdown voltage, which is limited by the thickness of the gate oxide film, is contrary to the drain breakdown voltage which is limited by the punch-through phenomenon, and as is known, the thicker the gate oxide film, the higher the absolute value becomes. It has been found that this tendency does not change even if the composition and structure of the gate insulating layer is changed, or even in an N-channel type using a P-type semiconductor substrate. There are two modes of drain breakdown voltage as described above, the first mode is limited by the composition, structure, and thickness of the gate insulating layer, and the second mode is limited by the punch-through phenomenon.
前者については第32回応用物理学会学術講演会(19
71年)によって発表されており、ここでは理論的説明
は省略する。次に後者について理論的に説明を加える通
常、ドレイン耐圧測定は、ドレィンに電圧を印加し、ゲ
ート、ソース及び半導体基板は霧電位にして行なわれる
。Regarding the former, the 32nd Academic Conference of the Japan Society of Applied Physics (19
(1971), and the theoretical explanation will be omitted here. Next, we will provide a theoretical explanation of the latter. Normally, drain breakdown voltage measurements are performed by applying a voltage to the drain and setting the gate, source, and semiconductor substrate to fog potential.
従ってドレィンに印加された電界は、ゲート絶縁層を通
してゲート電極に達する電界とチャンネル領域を通して
ソースに達する、電界とに分割される。故にゲート絶縁
層が厚くなればゲート絶縁層を通してゲート電極に達す
る電界が小さくなり「逆にチャンネル領域を通してソー
スに達する電界が大きくなり、ドレィンからソースに向
う空乏層の延びが大きくなり、パンチスルー現象が発生
しやすくなると説明出来る。本発明の目的はドレィン耐
圧を向上させる為に有効な電界効果トランジスタを提供
することである。The electric field applied to the drain is therefore split into an electric field reaching the gate electrode through the gate insulating layer and an electric field reaching the source through the channel region. Therefore, if the gate insulating layer becomes thicker, the electric field that reaches the gate electrode through the gate insulating layer becomes smaller, and the electric field that reaches the source through the channel region becomes larger, which increases the extension of the depletion layer from the drain to the source, resulting in the punch-through phenomenon. This can be explained by the fact that this is more likely to occur.An object of the present invention is to provide a field effect transistor that is effective for improving drain breakdown voltage.
本発明によればソースとドレィンの間隔すなわち、チャ
ンネル長が短いトランジスタにおいても所望のドレイン
耐圧すなわち、ゲート絶縁層の組成及び構造と厚さに制
限を受けるドレィン耐圧の値を得る電界効果トランジス
タが得られることが特徴である。According to the present invention, it is possible to obtain a field effect transistor that can obtain a desired drain breakdown voltage, that is, a drain breakdown voltage value that is limited by the composition, structure, and thickness of the gate insulating layer, even in a transistor with a short source-drain distance, that is, a short channel length. It is characterized by being
以下「図面を参照して本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第2図ないし第4図は従来の電界効果トランジスタの平
面図の一部を示すもので、図の如く従来からの電界効果
トランジス外こおいては実効的なチャンネル領域、すな
わちソースとドレィンの間に厚い絶縁層2′を有した領
域がある。詳述すれば第2図においてはソース、ドレィ
ン開孔領域5,5′の各々の近傍には不純物の押し込み
による領域6,6′がしドレィン開孔領域5′の更に外
側には空乏層7が広がって存在している。又ソースGド
レィン開孔領域5,5′の間にはゲート絶縁膜2川が設
けられ、その絶縁膜2川の端部はソース山ドレィン開孔
領域5,5′の端部でなくチャンネル内側で縫っている
。従ってゲート絶縁層2川の終端部とソース。ドレィン
開孔領域5,5′端部の間及び押込みによる領域6,6
′の間には当然厚いフィールド絶縁膜2′が存在する。
又、第3図においては、ソース・ドレィン開孔領域5,
5′の間は、終端部までゲート絶縁膜2川が存在するが
やはり実効的な押込みによるソース。ドレィン不純物拡
散領域6,6′の間の端部には厚いフィールド絶縁膜が
存在する。第4図では、押込みによるソース・ドレィン
不純物拡散領域6,6′の端部をもゲート膜2川はおお
つて設けられているが、ドレィン領域6′の空乏層7の
先端部まではおおう如く設けられてはいない。Figures 2 to 4 show part of the plan view of a conventional field effect transistor. There is a region with a thick insulating layer 2'. More specifically, in FIG. 2, regions 6 and 6' are formed near the source and drain hole regions 5 and 5' by pushing impurities, and a depletion layer 7 is formed further outside the drain hole region 5'. is expanding and existing. Furthermore, two gate insulating films are provided between the source G drain opening regions 5 and 5', and the ends of the two gate insulating films are located inside the channel, not at the ends of the source mountain and drain opening regions 5 and 5'. It is sewn with Therefore, the end of the gate insulating layer 2 and the source. Drain opening area 5, 5' between ends and area 6, 6 by pushing
Naturally, there is a thick field insulating film 2' between the two regions.
In addition, in FIG. 3, source/drain opening regions 5,
Between 5' and 5', there are two gate insulating films up to the end, but the source is still effectively pushed in. A thick field insulating film is present at the end between the drain impurity diffusion regions 6, 6'. In FIG. 4, the gate film 2 is provided so as to cover the ends of the source/drain impurity diffusion regions 6, 6' by pressing, but the gate film 2 is provided so as to cover the tip of the depletion layer 7 of the drain region 6'. It is not set up.
この様に、第2〜第4図に示す従来のトランジスタにお
いては、ゲート絶縁層2川すなわち薄い絶縁層をチャン
ネル領域に有した電界効果トランジスタとフィールド絶
縁層2′すなわち厚い絶縁層を有した電界効果トランジ
スタが並列に接続されているものと等価になり、フィー
ルド絶縁層を有した電界効果トランジス外こおいてパン
チスルー現象が発生し、ドレィン耐圧が絶対値において
低くなってしまうものであった。In this way, in the conventional transistors shown in FIGS. 2 to 4, a field effect transistor has two gate insulating layers, that is, a thin insulating layer in the channel region, and a field effect transistor has a field insulating layer 2', that is, a thick insulating layer. This is equivalent to effect transistors connected in parallel, and a punch-through phenomenon occurs outside the field effect transistor having a field insulating layer, resulting in a drain breakdown voltage that becomes low in absolute value.
本発明の電界効果トランジスタの形状を第5図ないし第
6図に示しており、この電界効果トランジスタは押込み
によって拡がるソース及びドレィンの拡散層部分6,6
′の考慮は言うまでもなくドレィンに印加される電圧に
よる空乏層7の延びまで考慮しており、実効的なチャン
ネル全領域内にはフィールド絶縁層は存在せず、ゲート
絶縁層の組成及び構造と厚さに制限を受ける所望のドレ
イン耐圧が得られる。The shape of the field effect transistor of the present invention is shown in FIG. 5 and FIG.
Needless to say, the extension of the depletion layer 7 due to the voltage applied to the drain is also considered, and there is no field insulating layer within the entire effective channel area, and the composition, structure, and thickness of the gate insulating layer are A desired drain breakdown voltage can be obtained, which is subject to limitations.
なお、現在、電界効果トランジスタ、あるいは電界効果
トランジスタを使用した電界効果半導体装置における使
用最大電圧の絶対値は30(V)〜40(V)近傍であ
り実効的なチャンネル長が7仏m以上ではパンチスルー
現象によって制限を受けるドレィン耐圧はゲート絶縁層
の組成及び構造と厚yこ制限を受けるドレィン耐圧より
も絶対値において高い為、本発明は実効的なチャンネル
長7仏m未満において非常に有効であることが判る。Currently, the absolute value of the maximum voltage used in field effect transistors or field effect semiconductor devices using field effect transistors is around 30 (V) to 40 (V), and if the effective channel length is 7 meters or more, Since the drain breakdown voltage, which is limited by the punch-through phenomenon, is higher in absolute value than the drain breakdown voltage, which is limited by the composition, structure, and thickness of the gate insulating layer, the present invention is very effective when the effective channel length is less than 7 meters. It turns out that.
【図面の簡単な説明】
第1図a〜dは電界効果トランジスタの一般的製法を示
す図、第2図〜第4図は従釆のトランジスタの形状を平
面図によって示した図、第5図、第6図は本発明の実施
例を示す平面図である。
記号の説明、1・・・・・・半導体基板、2,2″・・
・・・・絶縁層、2′・…・・フィールド絶縁層、2川
・・・・・・ゲート絶縁層、3・・・・・・不純物拡散
層、4・・・・・・引き出し電極及びゲート電極、5,
5′・…・・関孔工程直後の形状を有するソース及びド
レィン領域、6,6′・・・・・・押し込みによるソー
ス及びドレィン不純物拡散層の拡がり部分、7・・・・
・・ドレィン印加電圧により拡がった空乏層。第1図
髪2図
第3図
髪4図
髪づ図
祭る図[Brief Description of the Drawings] Figures 1a to d are diagrams showing a general manufacturing method of field effect transistors, Figures 2 to 4 are plan views showing the shapes of subordinate transistors, and Figure 5 , FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of the present invention. Explanation of symbols, 1... Semiconductor substrate, 2, 2''...
...Insulating layer, 2'...Field insulating layer, 2 rivers...Gate insulating layer, 3...Impurity diffusion layer, 4...Extracting electrode and gate electrode, 5,
5'... Source and drain regions having the shape immediately after the hole step, 6, 6'... Expanding portions of the source and drain impurity diffusion layers due to pushing, 7...
...Depletion layer expanded by drain applied voltage. Figure 1: Hair 2: Figure 3: Hair 4: Hair drawing
Claims (1)
領域近傍に空乏層が生じる電界効果トランジスタにおい
て前記空乏層による実効的なチヤンネル領域を少くとも
すべておおう如く設けられたゲート絶縁膜又は該ゲート
絶縁膜と大略厚さが等しく組成が同一の絶縁膜を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。1. In a field effect transistor in which a depletion layer is generated in the vicinity of the drain region due to a voltage applied to the drain region, a gate insulating film is provided to cover at least the entire effective channel region formed by the depletion layer, or the gate insulating film is generally referred to as the gate insulating film. A field effect transistor characterized by having insulating films having the same thickness and the same composition.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49120514A JPS608635B2 (en) | 1974-10-18 | 1974-10-18 | field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49120514A JPS608635B2 (en) | 1974-10-18 | 1974-10-18 | field effect transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5146079A JPS5146079A (en) | 1976-04-20 |
| JPS608635B2 true JPS608635B2 (en) | 1985-03-04 |
Family
ID=14788093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49120514A Expired JPS608635B2 (en) | 1974-10-18 | 1974-10-18 | field effect transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS608635B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4914798A (en) * | 1972-06-08 | 1974-02-08 | ||
| JPS4931508U (en) * | 1972-06-21 | 1974-03-19 | ||
| JPS4994282A (en) * | 1973-01-10 | 1974-09-06 |
-
1974
- 1974-10-18 JP JP49120514A patent/JPS608635B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5146079A (en) | 1976-04-20 |
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