JPS608635B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）〕。

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。

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。

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
。

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。

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。

以下「図面を参照して本発明を詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

【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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ドレイン領域に印加される電圧によって該ドレイン
   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。