JPS6366968A - 半導体薄膜電界効果トランジスタ - Google Patents

半導体薄膜電界効果トランジスタ

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JPS6366968A
JPS6366968A JP61210093A JP21009386A JPS6366968A JP S6366968 A JPS6366968 A JP S6366968A JP 61210093 A JP61210093 A JP 61210093A JP 21009386 A JP21009386 A JP 21009386A JP S6366968 A JPS6366968 A JP S6366968A
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JP
Japan
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channel
electrode
region
thin film
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP61210093A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Umigami
海上 隆
Osamu Kogure
小暮 攻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS6366968A publication Critical patent/JPS6366968A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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]

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】 [産業上の利用分野コ 本発明は、同一素子において両極性の動作ができる高性
能な薄膜電界効果トランジスタに関するものである。
「従来の技術j Nチャンネル、Pチャンネルのエンハンスメント形電界
効果トランジスタ(FET)を用いて形成した相補形M
OS(C−MOS)は、スインヂ速度が速く、かつ消費
電力が極めて小さいため、時計や電卓の演算回路、メモ
リー回路等に広く応用されている。
C−M OSは、同一基板上のNチャンネルFETとP
チャンネルF、 E Tとで構成する必要がある。
すなわち、N形シリコン基板を用いfこ場合には、P形
島状領域(Pウェル)を形成し、両チャンネルFETを
N基板中、およびPウェル中に独立して作製する。一方
、P形基板を用いた場合には、逆の形となりNウェルを
形成する。
この様な事から、シリコン単結晶基板を用いてC−MO
9を作製する際には、ウェル形成に長時間の熱処理を要
し、工程が複雑となる。さらに、この種のC−MOSを
用いて集積回路を構成すると、寄生バイポーラ効果によ
りラッチアップ現象が生じ、動作不良となる問題がある
以上の工程を改良し、かつラブチアツブ現象を防止する
ものとして、絶縁基板上に、薄膜電界効果トランジスタ
を用いて、C−MOSを作製する方法がある。
第8図は、C−M OS用の薄膜電界効果トランジスタ
の従来構成を示す図である。図において、21はガラス
、サファイア、あるいは半導体基板上に絶縁膜を被覆し
た絶縁性基板、22はP形の半導体薄膜からなるチャン
ネル領域、23はゲート絶縁膜、24は、例えば10 
”c+++−3以上の高濃度N形(N+)の半導体から
なるソース領域、25は高濃度N形(N+)の半導体か
らなるドレイン領域、26はソース電極、27はゲート
電極、28はドレイン電極である。この様な構造とする
ことにより、Nチャンネル動作の薄膜電界効果トランジ
スタとなる。
一方、29は、チャンネル領域22と同一基板上に作製
された、N形の半導体薄膜からなるチャンネル領域、3
0はゲート絶縁膜、3Iは、例えば10 ”cm−3以
上の高濃度P形(P+)の半導体からなるソース領域、
32は高濃度P形(P+)の半導体からなるドレイン領
域、33はソース電極、34はゲート電極、35はドレ
イン電極であり、この構造によりPチャンネル動作の薄
膜電界効果トランジスタとなる。
このように、従来のC−M OS用の薄膜電界効果トラ
ンジスタは、Nチャンネル動作とPチャンネル動作の薄
膜電界効果トランジスタが別個の構造で作られる。N、
チャンネルトランジスタは、チャンネル領域がP形Si
q ソースおよびドレイン領域がN+十形iで構成され
、N+−P−N十構造となる。一方、Pチャンネルトラ
ンジスタは、チャンネル領域がN形Si1ソースおよび
ドレイン領域がP+十形iで構成され、P“−N−P+
構造となる。
そして、これらのPチャンネル、Nチャンネルの薄膜電
界効果トランジスタを組み合わせる事が、C−MO8動
作に必要とされていた。
なお、上記絶縁基板2!としては、サファイア(Aρ、
03)やガラス(SiOz)が一般に使われている。こ
れらはそれぞれS OS (S i on S aph
ire)、S OI (S i on I n5ula
tor)と呼ばれ、寄生容量の低減や微細化により、高
速化も可能となる。
[発明が解決しようとする問題点コ 上述したように、薄膜電界効果トランジスタを用いたC
MOSの作製においても、N形Si島状領域とP形Si
島状領域を形成し、それぞれあ島状領域にPチャンネル
FET、およびNチャンネルFETを作製しなければな
らないので、工程数の増大ならびに複雑さは解決されな
い。
本発明の目的は、同一素子でNチャンネル動作およびP
チャンネル動作が可能で、かつエンハンスメントモード
の薄膜電界効果トランジスタを実現し、この薄膜電界効
果トランジスタによりC−MOSを構成することにある
[問題点を解決するための手段] 本発明は、薄膜電界効果トランジスタにおいて、チャン
ネル領域を無添加のSi薄膜から成るi層、あるいは、
例えば10 ”cm−3以下の低濃度不純物添加のP−
もしくはN一層とし、ソース領域とドレイン領域を、例
えば10111cm−3以上の高濃度不純物添加のP+
層Siと、N十形Si層とから構成することを最も主要
な特徴とする。
さらに詳述すると、この発明は、 絶縁性基板(1)上に形成されたシリコン薄膜からなる
チャンネル領域(2)と、 このチャンネル領域上の所定の部分に形成されたゲート
絶縁体(3)と、 該ゲート絶縁体上に設けられたゲート電極(9)と、 前記チャンネル領域(2)の両側にそれぞれ設けられた
第1導電形の不純物拡散層(4)、(5)と、該不純物
拡散層(4)、(5)とゲート絶縁体(3)との間にそ
れぞれ設けられた第2導電形の不純物拡散層(6)、(
7)と、 一方の側の第1導電形の不純物拡散層(4)と第2導電
形の不純物拡散層(6)とを同一電極で接続して形成し
たソース電極(8)と、 他方の側の第1導電形の不純物拡散層(5)と第2導電
形の不純物拡散層(7)とを同一電極で接続して形成し
たドレイン電極(10)と を具備することを特徴とする。
[作用] 上記構成によれば、ソース電極(8)に対して、ゲート
電極(9)およびドレイン電極(10)に正電圧を印加
することにより、チャンネル領域(2)と、不純物拡散
層(6)と、不純物拡散層(7)とから、一方のチャン
ネル動作(例えば、Nチャンネル動作)が得られる。
さらに、ソース電極(8)に対して、ゲート電極(9)
およびドレイン電極(10)に負電圧を印加することに
より、チャンネル領域(2)と、不純物拡散層(4)と
、不純物拡散層(6)とから、他方のチャンネル動作(
例えば、Pチャンネル動作)が得られる。すなわち、同
一素子がNチャンネル型としても、Pチャンネル型とし
ても利用できる。
上述したように、従来のC−M OS構成の薄膜電界効
果トランジスタでは、NチャンネルトランジスタとPチ
ャンネルトランジスタとが別々に作製されていた。これ
に対して、本発明では、同一素子でPチャンネル型とし
ても、Nチャンネル型としても利用できる点が従来のも
のと異なる。
[実施例コ 第1図は、本発明の第1の実施例を説明する図であって
、■は、ガラス、サファイアあるいは半導体基板上に絶
縁膜を被覆した絶縁性基板、2は、真性伝導形11ある
いは、例えばl O17Cm以下の低濃度不純物添加の
P−1N−形の半導体薄膜からなるチャンネル領域、3
はゲート絶縁膜、4.5は、チャンネル領域2の両端部
に設けられたソース領域、およびドレイン領域である。
ここで、ソース領域4、およびドレイン領域5は、それ
ぞれ、例えば1019cm’−3以上の高濃度P形(P
+)の半導体層からなるものである。
また、6は、ソース領域4とゲート絶縁膜3との間に設
けられた、例えば1019cm−3以上の高層IiN形
(N+)領域、7は、ゲート絶縁M3とドレイン領域5
との間に設けられた高濃度N形(N+)領域、8はソー
ス電極、9はゲート電極、10はドレイン電極である。
そして、ソース電極8は、ソース領域4と高濃度N影領
域6とを接続する形で設けられ、ドレイン電極lOは、
ドレイン領域5と高濃度N影領域7とを接続する形で設
けられている。
このような構造の素子のエネルギーバンド構造を第2図
に示す。第2図(a)は、第1図の素子断面構造におい
て、ソース領域4とドレイン領域5を結び、かつ、高濃
度N影領域6,7を含む方向A Aでのエネルギーバン
ド構造である。一方、第2図(b)は、ソース領域4と
ドレイン領域5を結rド    Xに 1Q イ「 N
 正ち 有61譚 6  7 ス−4k 主 な い 
1丁 白 RRでのエネルギーバンド構造である。なお
、第2図中、EFはフェルミ準位、Evは価電子帯のエ
ネルギ準位、Ecは伝導帯のエネルギ準位である。
このようなエネルギバンド構造を有する薄膜電界効果ト
ランジスタにおいて、ソース電極8の電位を基準とし、
ゲート電極9に閾値電位以上の正電位を加え、さらにド
レイン電極IOに正電位を印加したときのトランジスタ
内のキャリア分布状態は、第3図のようになる。すなわ
ち、ゲート電位によってチャンネル領域2内に誘起され
た電子は、ゲート電極9とドレイン領域5との間に設け
られた高濃度N影領域7に流れ込み、ドレイン電流とな
る。
この状態で、ゲート電圧VGとドレイン電圧VDを増加
させたときのトランジスタ特性例を、第・1図に示すが
、いわゆるNチャンネル動作となる。
一方、ソース電極8の電位を基■として、ケート電極9
に負電位を加え、更にトレイン電極IOに負電位を印加
した場合のトランジスタ内のキャリア分布状態は、第5
図で表わされる。すなわち、ゲート電位によってチャン
ネル領域内2に誘起された正孔は、ドレイン領域5に流
れ込みドレイン電流となる。
この状態で、ゲート電位VGとドレイン電位VDを負電
位方向に変化させた時の、トランジスタ特性を第6図に
示すが、Pチャンネル動作となる。
、この様に同一素子において、ゲート電圧およびドレイ
ン電圧を所定のバイアス状態にする事により、Nチャン
ネル動作、Pチャンネル動作が可能となる。
第7図は、本発明の第2の実施例を説明する図であって
、11はガラス、サファイアあるいは半導体基板上に絶
縁膜を被覆した絶縁性基板、12は、真性伝導形i、あ
るいはNLP″″形の半導体薄膜からなるチャンネル領
域、13はゲート絶縁膜、14は、高濃度N形(N+)
の半導体層からなるソース領域、15は、高濃度N形(
N+)の半導体層からなるドレイン領域、16は、ソー
ス領域14とゲート絶縁膜13との間に設けられた高濃
度P形(P+)領域、17は、ゲート絶縁膜13とドレ
イン領域15との間に設けられた高濃度P形(P+)領
域、18はソース電極、19はゲート電極、20はドレ
イン電極である。
このような構造とすることにより、第1図に示した第1
実施例と同様に動作させることができる。
すなわち、ソース電極18の電位を基準とし、ゲート電
極19に正電位を加え、かつドレイン電極20に正電位
を印加させることにより、ゲート電位によりチャンネル
領域内12に誘起された電子は、N+のドレイン領域1
5に流れ込み、ドレイン電流となる。すなわち、トラン
ジスタ特性はNチャンネル動作を示す。
逆に、ソース電極18の電位を基準として、ゲート電極
I9に負電位を加え、ドレイン電極20に負電位を印加
すると、ゲート電位によりチャンネル領域内12に誘起
された正孔は、ゲート電極I9とN+ドレイン領域15
との間に設けられた高濃度P形(P+)領域I7に流れ
込み、ドレイン電流となる。すなわ、ち、Pチャンネル
動作をするトランジスタ特性を示す。この様に、第2実
施例においても、第1実施例と同様に、同一素子におい
てNチャンネル動作、Pチャンネル動作が可能である。
このように、本発明により、従来の薄膜電界効トランジ
スタに比べ、C−M OS回路構成を容易にするという
改善があった。
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明の薄膜電界効果トランジス
タは、同一素子でNチャンネル動作およびPチャンネル
動作が可能であり、C−MOS回路を構成する上で、工
程数が減少できるとともに、回路構成を容易にし、かつ
回路構成の自由度を増大させるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例による、P+  N+−i
(P −、Nつ−N”−P+薄膜電界効果トランジスタ
の素子断面図、第2図は前記薄膜トランジスタのエネル
ギーバンド図で、同図(a)はP”−N“−1(P−、
N−)−N ”−P+層のエネルギーバンド図、同図(
′D)はP ” −1(P−、N −) −P+層のエ
ネルギーバンド図、第3図は、前記薄膜電界効果トラン
ジスタにおいて、ゲート電極およびドレイン電極に正電
位を印加した時のトランジスタ内のキャリア分布状態を
示す図、第4図は前記薄膜電界効果トランジスタによる
Nチャンネルトランジスタ特性を示すグラフ、第5図は
、前記薄膜電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極
およびドレイン電極に負電位を印加した時のトランジス
タ内のキャリア分布状態を示す図、第6図は前記薄膜電
界効果トランジスタによるPチャンネルトランジスタ特
性を示すグラフ、第7図は本発明の第2実施例による、
N”−P”−N−(P−,1)−P”−N+薄膜電界効
果トランジスタの素子断面図、第8図は従来のC−MO
S形薄膜電界効果トランジスタの構成を示す断面図であ
る。 1.11・・・・・・絶縁性基板、 2.12・・・・・・真性伝導形あるいはP−形、N−
形グ半導体薄膜からなるチャンネル領域、 3.13・・・・・・ゲート絶縁膜、 4.14・・・・・・高濃度P形(P+)の半導体層か
らなるソース領域、 5.15・・・・・・高濃度P形(P+)の半導体層か
らなるドレイン領域、 6、+6・・・・・・高濃度N形(N+)領域、7、】
7・・・・・・高濃度N形(N十)領域、8.18・・
・・・・ソース電極、 9.19・・・・・・ゲート電極、 10.20・・・・・・ドレイン電極。 出願人  日本電信電話株式会社 第1図 第2図 (b) c −耐一一−F−−iバP−、N−1−一斗←−p+−第
8図 第4図 0 2 4 6 8  to  +2 にレイン電圧VD () 第5図 と 第6図 ゲートを圧vG

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 絶縁性基板(1)上に形成されたシリコン薄膜からなる
    チャンネル領域(2)と、 このチャンネル領域(2)上の所定の部分に形成された
    ゲート絶縁体(3)と、 該ゲート絶縁体上に設けられたゲート電極(9)と、 前記チャンネル領域(2)の両側にそれぞれ設けられた
    第1導電形の不純物拡散層(4)、(5)と、該不純物
    拡散層(4)、(5)とゲート絶縁体(3)との間にそ
    れぞれ設けられた第2導電形の不純物拡散層(6)、(
    7)と、 一方の側の第1導電形の不純物拡散層(4)と第2導電
    形の不純物拡散層(6)とを同一電極で接続して形成し
    たソース電極(8)と、 他方の側の第1導電形の不純物拡散層(5)と第2導電
    形の不純物拡散層(7)とを同一電極で接続して形成し
    たドレイン電極(10)と を具備することを特徴とする半導体薄膜電界効果トラン
    ジスタ。
JP61210093A 1986-09-06 1986-09-06 半導体薄膜電界効果トランジスタ Pending JPS6366968A (ja)

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