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JPH0620129B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JPH0620129B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0620129B2
JPH0620129B2 JP55003250A JP325080A JPH0620129B2 JP H0620129 B2 JPH0620129 B2 JP H0620129B2 JP 55003250 A JP55003250 A JP 55003250A JP 325080 A JP325080 A JP 325080A JP H0620129 B2 JPH0620129 B2 JP H0620129B2
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JP
Japan
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type
semiconductor
gate electrode
channel
insulating film
Prior art date
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JP55003250A
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Japanese (ja)
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Inventor
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D64/661Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of silicon contacting the insulator, e.g. polysilicon having vertical doping variation
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    • H10D64/665Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of elemental metal contacting the insulator, e.g. tungsten or molybdenum

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 この発明はMES−FET(ショットキ障壁を利用した
金属−半導体構造を有する電界効果トランジスタ)とM
IS−FET(金属−絶縁物−半導体構造を有する絶縁
ゲイト型電界効果トランジスタ)との特徴をかねそなえ
たものであって、DLC−FET(ディプレッション領
域制御型電界効果トランジスタ、以下本発明においては
略してDIS−FETと称する)に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline of the Invention] The present invention relates to a MES-FET (a field effect transistor having a metal-semiconductor structure utilizing a Schottky barrier) and an M.
The present invention has the characteristics of an IS-FET (insulating gate type field effect transistor having a metal-insulator-semiconductor structure), and a DLC-FET (depletion region control type field effect transistor, which will be omitted in the present invention hereinafter). Referred to as DIS-FET).

本発明は従来のMIS−FETが単にその素子の大きさ
を微細化していったが、ソース、ドレイン間をオフ状態
で不本意に流れてしまうリーク電流が発生するショート
チャネル効果によりそのパターンをスケールダウン(微
細化)できない限界すなわち0.1〜1μのチャネル長
を有するMIS−FETと同等またはそれ以上のスピー
ドを有するものであり、従来にはみられない効果を有す
る半導体装置である。
In the present invention, the conventional MIS-FET simply miniaturizes the size of the element, but the pattern is scaled by the short channel effect which causes a leak current that unintentionally flows between the source and the drain in the off state. The semiconductor device has a speed equal to or higher than that of a MIS-FET having a limit that cannot be downsized (miniaturization), that is, a channel length of 0.1 to 1 μ, and has an effect not seen in the past.

本発明はその基本的な特徴として、低電圧動作を行な
うこと(0.1 〜2V)、バルクモビリティ(μ〜15
00cm2V/sec, μ〜500cm2V/sec)を利用し従来より知
られている表面移動度が支配的なMIS−FETより3
〜6倍の速度を同一パターン、スケールにて有する、
空乏層障壁をゲイト電極の仕事関数または不純物レベル
により制御すること、MES−FETに比べて相補型
を同一基板上に製造できること、絶縁膜に窒化珪素を
用いることによりMES−FETに比べて高信頼性、耐
熱性を有すること、セルフアライン型であり従来より
のMIS−FETの特徴をそのまま利用できること、
バルクの多数キャリアを利用するため、チャネル長が0.
1 μmにすることもでき、またサブスレッシュホールド
電流のリークがきわめて少ないこと、システム設計に
公知のLSI技術、CAD技術がそのまま応用できるこ
と、DIS−FETの領域の耐熱性を有するため多層
配線が可能なこと、不揮発性RAMへの応用が可能で
あること、があげられる。
The present invention has, as its basic features, low-voltage operation (0.1 to 2 V) and bulk mobility (μ e -15).
00cm 2 V / sec, μ e ~ 500 cm 2 V / sec) is used, and it is 3 more than the conventional MIS-FET whose surface mobility is dominant.
~ 6 times faster with the same pattern and scale
The depletion layer barrier is controlled by the work function of the gate electrode or the impurity level, the complementary type can be manufactured on the same substrate as compared with the MES-FET, and the use of silicon nitride for the insulating film provides higher reliability than the MES-FET. Characteristics, heat resistance, and the fact that it is a self-aligned type and the characteristics of conventional MIS-FETs can be used as they are,
Channel length is 0 because bulk majority carriers are used.
It can be set to 1 μm, leakage of subthreshold current is extremely small, known LSI technology and CAD technology can be applied to system design as they are, and heat resistance in the DIS-FET region allows multi-layer wiring. In particular, it can be applied to non-volatile RAM.

以上のこれまでのIC、LSI、VLSI業界も望んで
いた多くの特徴をすべてかねそなえることができるとい
うきわめて大きな効果を有する。
It has an extremely large effect that it can provide all of the many features desired by the IC, LSI, and VLSI industries up to now.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来本発明と比較的相似の構造を有するトランジスタと
してMES−FETが知られている。これを第1図にそ
のたて断面図を示した。基板半導体(1) は逆導電型の領
域(2) をソース(5) をドレイン(6) よりもライトドーピ
ングのイオン注入法により作製する。さらにこの半導体
領域(2) に対し白金(3) のショットキ障壁を作る。この
ショットキ障壁により半導体領域中に空乏層を作りソー
スからドレインに流れる電流を制御しようとするもので
ある。
Conventionally, a MES-FET is known as a transistor having a structure relatively similar to that of the present invention. This is shown in FIG. 1 as a vertical sectional view. The substrate semiconductor (1) is produced by the ion implantation method of light doping with the region (2) of the opposite conductivity type and the source (5) rather than the drain (6). Furthermore, a Schottky barrier of platinum (3) is created for this semiconductor region (2). This Schottky barrier forms a depletion layer in the semiconductor region to control the current flowing from the source to the drain.

〔従来技術の問題点〕[Problems of conventional technology]

しかしこの構造において白金が直接シリコン半導体(2)
に接するため、製造ばらつきを有する。さらに従来はP
チャネル型ができない。加えて耐熱性がない。電極(3)
とソース(5) 、ドレイン(6) がショートしやすいため空
隙(60)を設けなければならない等の多くの欠点があっ
た。
However, in this structure, platinum is not directly silicon semiconductor (2)
Therefore, there is manufacturing variation. Furthermore, in the past, P
Cannot be channel type. In addition, it has no heat resistance. Electrode (3)
Since the source (5) and the drain (6) are easily short-circuited, there are many drawbacks such as the need to provide a void (60).

本発明はMESFETの有する低電圧動作、バルクモビ
リティを利用しているという特徴を生かしつつ前記した
欠点を除去しようとしたDIS−FETを提示するもの
であって、以下にその詳細を説明する。
The present invention proposes a DIS-FET that attempts to eliminate the above-mentioned drawbacks while making the best use of the characteristics of MESFET such as low voltage operation and bulk mobility. The details will be described below.

『実施例1』 第2図は本発明のたて断面図の実施例を示す。[Embodiment 1] FIG. 2 shows an embodiment of a vertical sectional view of the present invention.

図面において半導体例えば珪素(結晶方位(100)のP
(ρ≧10Ωcm以上)型を基板(1)として用いた。さらに
この上面を選択的に窒化珪素等によりマスクをし、公知
の高圧(約10〜15気圧)中で800〜1000℃にて0.5〜2μ
mの厚さに選択酸化をしてフィールド絶縁物(7) を形成
させた。さらにこの基板にP型領域(10)を0.3 〜1μm
の厚さにイオン注入法を用いて形成せしめ、加えてこの
上面に半導体領域(2) を50〜3000Å特に100〜500Åの厚
さに第2回目のイオン注入法を用いて作製した。この半
導体領域(2) は空乏層を作りその空乏層はその下面すな
わち(2)-(10)の接合面にまで容易に電極の電位により拡
がりうる程度にライトドープでなければならない。その
不純物濃度は1014〜3×1016cm-3に制御した。さらにソ
ース(5) ドレイン(6) を第3のイオン注入により1017
1019cm-3の濃度に作製した。この一対の不純物領域間は
0.1 〜1μmの距離とした。ソース (5)、ドレイン(6)
の製造は半導体領域(2) 及びその下側にノーマリーオフ
の状態で例えば0.1〜1μmとチャネル長を短くしたソ
ース、ドレイン間に不本意の10-9〜10-12Åのオーダの
前記リーク電流が流れてしまうというショートチャネル
効果の発生を予防する半導体層(10)の作製とその順序を
変更してもよい。
In the drawing, a semiconductor such as silicon (crystal orientation (100) P
The (ρ ≧ 10 Ωcm or more) type was used as the substrate (1). Further, this upper surface is selectively masked with silicon nitride or the like, and 0.5 to 2 μm at 800 to 1000 ° C. in a known high pressure (about 10 to 15 atmospheres).
A field insulator (7) was formed by selective oxidation to a thickness of m. Furthermore, a P-type region (10) of 0.3 to 1 μm is formed on this substrate.
Was formed by ion implantation, and a semiconductor region (2) was formed on the upper surface to a thickness of 50 to 3000Å, especially 100 to 500Å by the second ion implantation. This semiconductor region (2) forms a depletion layer, and the depletion layer must be light-doped to the extent that it can be easily spread to the lower surface, that is, the junction surface of (2)-(10) by the potential of the electrode. The impurity concentration was controlled to 10 14 to 3 × 10 16 cm -3 . In addition, the source (5) and drain (6) are implanted by the third ion implantation to produce 10 17 ~
It was prepared at a concentration of 10 19 cm -3 . Between the pair of impurity regions
The distance was 0.1 to 1 μm. Source (5), Drain (6)
Is manufactured in the semiconductor region (2) and the lower side thereof in a normally-off state with a channel length shortened to 0.1 to 1 μm, for example, involuntary leakage between the source and drain of the order of 10 −9 to 10 −12 Å The production and order of the semiconductor layer (10) for preventing the occurrence of the short channel effect that a current flows may be changed.

本実施例においては、この半導体層の表面を十分清浄に
した後、この上面に窒化珪素被膜を2〜100 Åの厚さに
形成させた。この窒化珪素の作製は以下の2つを使用し
た。すなわちプラズマ窒化法を用いることができる。こ
のプラズマ窒化法とはこの半導体を0.1 〜10torrの圧力
の雰囲気にひたしこの雰囲気をアンモニア(NH)ま
たは窒素(N)と水素(H)との混合気体にひたし
加えてこの気体を5〜500MHz例えば13.56MHzにて誘
導プラズマ化した。反応性窒化物気体を化学的に活性に
して半導体表面を窒化したものである。半導体基板の温
度を湿度〜 300℃にて2〜30Åの膜厚が300〜800℃にお
いて20〜200Åの膜厚を得ることができる。
In this example, after the surface of this semiconductor layer was sufficiently cleaned, a silicon nitride film was formed on the upper surface to a thickness of 2 to 100 Å. The following two were used for the production of this silicon nitride. That is, the plasma nitriding method can be used. In the plasma nitriding method, the semiconductor is immersed in an atmosphere having a pressure of 0.1 to 10 torr, and the atmosphere is added to a mixed gas of ammonia (NH 3 ) or nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) to add 5 to the gas. It was induced plasma at ~500MH z for example 13.56MH z. The surface of a semiconductor is nitrided by chemically activating a reactive nitride gas. It is possible to obtain a film thickness of 2 to 30Å at a temperature of the semiconductor substrate of humidity to 300 ° C and a film thickness of 20 to 200Å at 300 to 800 ° C.

本発明はかかる窒化珪素膜を用い、この窒化被膜トンネ
ル電流を流しうる程度にうすくても実質的にMIS−F
ETの変型としてのDIS−FETとして作用しうるこ
とが大きな特徴である。
The present invention uses such a silicon nitride film, and even if it is thin enough to pass the tunnel current of the nitride film, it is substantially MIS-F.
A major feature is that it can act as a DIS-FET as a modification of ET.

かかるプラズマ窒化法において形成される被膜はSi3
の構成を有する窒化珪素膜となるが、半導体表面にナ
チュラル・オキサイドが存在する場合は、SiOxy
構成になる。
The film formed by such plasma nitriding method is Si 3 N
The silicon nitride film has a structure of No. 4 , but when natural oxide is present on the semiconductor surface, it has a structure of SiO x N y .

プラズマ窒化法ではなくイオン注入法により半導体の表
面近傍に窒素を注入して窒化被膜を作ってもよい。
A nitride film may be formed by implanting nitrogen near the surface of the semiconductor by an ion implantation method instead of the plasma nitriding method.

さらにかかる絶縁膜ではなく、半絶縁膜を用いることも
できる。半絶縁膜は半導体表面上に0.001〜1torrの圧
力にてSiH4/NH3/H2=1/0.5〜10/0〜50の割合にて混
合し半導体上の被形成面上に気相成長(500〜800℃)さ
せた。またプラズマ気相法(室温〜500℃)により2〜1
00Åの膜厚に形成してもよい。かかる場合はSi34-x
(0.5<x<4)であり半絶縁膜が形成された。
Further, instead of such an insulating film, a semi-insulating film can be used. The semi-insulating film is mixed on the surface of the semiconductor at a pressure of 0.001 to 1 torr at a ratio of SiH 4 / NH 3 / H 2 = 1 / 0.5 to 10/0 to 50, and vapor phase growth is performed on the surface to be formed on the semiconductor. (500-800 ° C). 2-1 by plasma vapor phase method (room temperature to 500 ° C)
It may be formed to a film thickness of 00Å. In such a case Si 3 N 4-x
(0.5 <x <4), and a semi-insulating film was formed.

本発明においてはかかる絶縁膜の存する界面準位密度は
3×1010cm-2以下特に1×1010cm-2以下であり、界面電
荷によるVTHのドリフトは 0.1V以下特に0.01V以下で
あることがきわめて重要である。界面準位が大きい場合
は、この準位により基板半導体に発生させるエネギバン
ドの曲がりの方が電極によるそれを上まわりC/DIS
−FET(相補型DIS−FET)構成等が作りにくく
なってしまう。
In the present invention, the interface state density of such an insulating film is 3 × 10 10 cm −2 or less, particularly 1 × 10 10 cm −2 or less, and the drift of V TH due to the interface charge is 0.1 V or less and particularly 0.01 V or less. It is very important to be. When the interface level is large, the bending of the energy band generated in the substrate semiconductor by this level exceeds that by the electrode, and C / DIS
It becomes difficult to make a -FET (complementary DIS-FET) configuration and the like.

本実施例においては、かかる絶縁または半絶縁膜(8) 上
に次の工程としてホウ素を1018cm-3以上ドープした半導
体を減圧気相法またはプラズマ気相法により、0.03〜0.
3μm特に0.1μmの厚さに形成して電極(9)を得た。
In the present embodiment, the semiconductor or semi-insulating film (8) is doped with boron as a next step at 10 18 cm -3 or more by a low pressure gas phase method or a plasma gas phase method, and 0.03 to 0.
An electrode (9) was obtained by forming it to a thickness of 3 μm, especially 0.1 μm.

本実施例においてはNチャネルであるため電極(9) をP
型にした。そしてその電極直下の半導体領域(2)には電
極(9)に電圧を加えない状態にて空乏層(11)(DEPLATION
LAYER)が発生する。この空乏層の下面はその下側(半
導体領域の底面)にまで至っているため、ノーマリ・オ
フ状態を作ることが重要である。
In this embodiment, the electrode (9) is P
Made into a mold. Then, in the semiconductor region (2) directly below the electrode, the depletion layer (11) (DEPLATION
LAYER) occurs. Since the lower surface of this depletion layer reaches the lower side (bottom surface of the semiconductor region), it is important to create a normally-off state.

本実施例においては絶縁または半絶縁膜(8) を窒化珪素
にて作製したためその不純物に対するきわめてすぐれた
マスク作用により電極中のホウ素は半導体領域(8) の上
表面にまで拡散等により至っていない。さらにこの不純
物が窒化珪素中に入っていないため、この被膜中の電気
伝導はその膜厚がうすいためによるトンネル電流または
フロアノードハイム電流によるリーク電流のみであり、
その電流値がばらつくことがなかった。
In this embodiment, since the insulating or semi-insulating film (8) is made of silicon nitride, the boron in the electrode does not reach the upper surface of the semiconductor region (8) due to the extremely excellent masking action against the impurities. Furthermore, since the impurities do not enter the silicon nitride, the electric conduction in the film is only the leak current due to the tunnel current or the floor node Heim current due to the thin film thickness.
The current value did not fluctuate.

絶縁または半絶縁膜(8)が2〜200Å特に30〜80Åとうす
いため、初めてゲイト電極の仕事関数の電位をそのまま
半導体領域におよぼすことができた。このことが本発明
の他の特徴である。
Since the insulating or semi-insulating film (8) has a thin thickness of 2 to 200 Å, especially 30 to 80 Å, the work function potential of the gate electrode could be directly applied to the semiconductor region for the first time. This is another feature of the present invention.

特にこの絶縁または半絶縁膜(8)が2〜200Å特に
30〜80Åとしたのは第5図に示した関係があるから
である。特にゲート絶縁膜の厚さを可変し、半導体電極
をP型として、Nチャネル型DIS−FETにおい
て、基板のチャネル形成領域の不純物濃度をNの5×
1015cm-3とした場合、ゲート電極のフェルミレベル
と基板のフェルミレベルとは0.8Vの差がある。この
差を無くすべく半導体表面のエネルギバンドが曲がり、
お互いの差を無くそうとする。結果として半導体内部の
半導体表面との差は0.8Vと大きい。しかしゲート電
極と半導体表面との間に絶縁膜を介すると、その厚さが
厚くなるにつれてこの誘電体の部分で電位降下が生じ、
結果として半導体の表面でのエネルギーバンドの曲がり
が小さくなる。第5図にこの関係を示す。
In particular, the insulating or semi-insulating film (8) has a thickness of 2 to 200 Å, especially 30 to 80 Å because of the relationship shown in FIG. In particular, in the N-channel DIS-FET in which the thickness of the gate insulating film is changed and the semiconductor electrode is a P + type, the impurity concentration of the channel formation region of the substrate is 5 × N .
In the case of 10 15 cm −3 , there is a difference of 0.8 V between the Fermi level of the gate electrode and the Fermi level of the substrate. The energy band on the semiconductor surface is bent to eliminate this difference,
Try to eliminate the difference between each other. As a result, the difference with the semiconductor surface inside the semiconductor is as large as 0.8V. However, if an insulating film is interposed between the gate electrode and the semiconductor surface, a potential drop occurs in this dielectric portion as the thickness increases,
As a result, the bending of the energy band on the surface of the semiconductor is reduced. This relationship is shown in FIG.

即ち、この厚さの関係より半導体の表面でのエネルギー
バンドを実用上さしつかえない範囲で曲げるには200
Å以下の特に80Å以下にすると0.3V以上の差を作
ることができる。しかしその厚さが薄すぎるとゲート電
極と基板との間にトンネル電流が流れすぎてしまうた
め、トンネル電流が流れない範囲の30Å以上となれば
よいことが判明した。この厚さは本発明において界面準
位密度が3×1010cm-2以下でこの順位の影響が十分
少ないことによって初めて成就できることは明らかであ
る。
That is, from the relationship of this thickness, it is necessary to bend the energy band on the surface of the semiconductor within a range that is practically acceptable.
If it is set to Å or less, especially 80 Å or less, a difference of 0.3 V or more can be made. However, if the thickness is too thin, a tunnel current will flow too much between the gate electrode and the substrate, so it was found that the tunnel current should be 30 Å or more, which is a range in which no tunnel current flows. It is clear that this thickness can be achieved only when the interface state density is 3 × 10 10 cm −2 or less in the present invention and the influence of this order is sufficiently small.

本実施例において膜(8) でピンホールがある場合は、そ
のホールを通じて電極の不純物が半導体領域の上部に拡
散し、そこでPN接合を作る。この場合は局部的に作ら
れたいわゆる接合型FET(JUNCTION TYPE FET またはJ
FET)ができる。このため空乏層のひろがりに局部性が発
生してしまい周波数特性が悪くなる。しかし本発明構造
の場合かかるピンホールがあってもそれがこのDIS・
FETの動作を完全に否定するものでないことが他の特
徴である。
In this embodiment, if there is a pinhole in the film (8), the impurity of the electrode diffuses to the upper part of the semiconductor region through the hole, and a PN junction is formed there. In this case, a locally created so-called junction type FET (JUNCTION TYPE FET or J
FET) is possible. Therefore, locality is generated in the expansion of the depletion layer, and the frequency characteristic is deteriorated. However, in the case of the structure of the present invention, even if there is such a pinhole, it is
Another feature is that it does not completely deny the operation of the FET.

本実施例においては、この後ソース(5) ドレイン(6) に
対して電極リード(15)(16)を同一導電型の半導体または
金属にてオーム接触を電極部でおこなわしめて作製し
た。
In this example, after that, the electrode leads (15) and (16) were made to the source (5) and the drain (6) by making ohmic contact with the semiconductor or metal of the same conductivity type at the electrode portion.

第2図(B)(C)は(A)のA−A′に対してそのエネルギバ
ンド図を示したものである。
FIGS. 2 (B) and 2 (C) are energy band diagrams of AA ′ in (A).

第2図(B) は(A) における半導体基板(1) または(10)に
対応して(10′)また半導体領域(2)に対応して(2′)が、
絶縁または半絶縁膜(8) に対応して(8′)、電極(9) に
対応して(9′)が、それぞれエネルギバンド巾にて示さ
れている。(11′) は空乏層である。この空乏層がある
ためバンドは上に凸になり、このDIS−FETはNチ
ャネルであり、電子をソースからドレインに通すことが
できない。
In Fig. 2 (B), (10 ') corresponds to the semiconductor substrate (1) or (10) in (A) and (2') corresponds to the semiconductor region (2).
The energy band widths (8 ') corresponding to the insulating or semi-insulating film (8) and (9') corresponding to the electrode (9) are shown respectively. (11 ') is a depletion layer. Due to this depletion layer, the band is convex upward, and this DIS-FET is an N channel, and electrons cannot pass from the source to the drain.

しかし第2図(C)に示す如く電極(9) に0.1〜2V例えば
0.3Vという電圧、この電圧はIG−FET(絶縁ゲイ
ト型電界効果トランジスタの2〜20Vの電圧)よりきわ
めて低い電圧であるが、かかる低い正の電圧を加えるこ
とにより、エネルギバンドは(2′)の部分が下側に下が
り(12)の部分を電流が流れることができる。すなわちデ
ィプレッションレイヤーが電気伝導を制御しているノー
マリ・オフ型のMIS型デバイスであるため本発明の半
導体装置をDIS−FET(DEPLETION LAYER CONTROLLE
D METAL(SEMICONDUCTOR)−INSULATION−SEMICONDUCTOR
TYPE FIELD EFFCT TRANSISTOR)という。
However, as shown in FIG. 2 (C), the electrode (9) has a voltage of 0.1 to 2V, for example.
The voltage of 0.3V, which is much lower than that of IG-FET (voltage of 2 to 20V of insulated gate field effect transistor), the energy band becomes (2 ') by applying such a low positive voltage. The current can flow through the portion (12) when the portion of (12) is lowered. That is, since the depletion layer is a normally-off type MIS type device in which electric conduction is controlled, the semiconductor device of the present invention can be used as a DIS-FET (DEPLETION LAYER CONTROLLE).
D METAL (SEMICONDUCTOR) -INSULATION-SEMICONDUCTOR
TYPE FIELD EFFCT TRANSISTOR).

この電子はバルクキャリアであり、その移動度として表
面伝導のIG−FETがμ≒300〜500cmV/secに対
し、μ≒1300〜1500cmV/secと3〜5倍の周波数特
性を有する。このバルクモビリティが用いられることが
本発明のきわめて大きな特徴である。
This electron is a bulk carrier, and the mobility of the surface-conducting IG-FET is μ e ≈ 300 to 500 cm 2 V / sec, while the mobility is 3 to 5 times that of μ e ≈ 1300 to 1500 cm 2 V / sec. Have. The use of this bulk mobility is an extremely important feature of the present invention.

本発明の特徴として、チャネルを形成するN型領域の下
側にP型の基板よりも高濃度のP型半導体領域を形成
したため、ショートチャネルリークがソース、ドレイン
間に生じることを防ぐことができた。そのため、チャネ
ル長を1μ以下の0.1〜1μmにまで微細化可能となっ
た。またゲイト電極はNチャネル型のDIS−FETに
おいてはP型の半導体電極を用いた。これは白金、タン
グステン、金、モリブテン、タンタル、チタン、クロ
ム、ニッケルまたはこれらの合金または混合物(例えば
ニクロム、モリブテン・シリサイド、タングステン・シ
リサイド)であっても同様の効果が期待できる。
As a feature of the present invention, since the P-type semiconductor region having a higher concentration than that of the P type substrate is formed below the N-type region forming the channel, it is possible to prevent short channel leak from occurring between the source and the drain. did it. Therefore, the channel length can be reduced to 0.1 to 1 μm, which is 1 μm or less. As the gate electrode, a P-type semiconductor electrode was used in the N-channel DIS-FET. Similar effects can be expected even if platinum, tungsten, gold, molybdenum, tantalum, titanium, chromium, nickel, or an alloy or mixture thereof (for example, nichrome, molybdenum silicide, tungsten silicide) is used.

本発明においては従来のMES−FETが電極に白金し
た使えなかったが、逆に仕事関数の小さな金属またはN
型の半導体をも絶縁または半絶縁膜を電極と半導体領
域との間に介在させているため可能である。この場合は
Pチャネル型のDIS−FETができる。かかる場合の
金属としてはアルミニューム、マグネシューム、ベリリ
ュームまたはバリュームの如き仕事関数が4eVよりも
小さい金属であることが求められる。これらを表にして
まとめると以下のようになる。
In the present invention, the conventional MES-FET cannot be used with platinum as an electrode, but conversely, a metal having a small work function or N is used.
This is possible because a + type semiconductor is also provided with an insulating or semi-insulating film interposed between the electrode and the semiconductor region. In this case, a P-channel type DIS-FET can be formed. In such a case, the metal is required to be a metal having a work function smaller than 4 eV, such as aluminum, magnesium, beryllium, or value. These are summarized in the table below.

本発明において電極に透明電極を加えると光感性の半導
体装置にすることができる。すなわち導電性透明電極に
よりこの電極を通って照射された光がその下側の半導体
領域中にて電子−ホール対を発生させるとこの電子がN
チャネルにおいてはドレインに到り、きわめて高速のフ
オトセルを作ることができることも本発明の大きな特徴
である。
In the present invention, when a transparent electrode is added to the electrode, a photosensitive semiconductor device can be obtained. That is, when the light radiated through the conductive transparent electrode through this electrode generates an electron-hole pair in the semiconductor region therebelow, this electron is N
It is also a great feature of the present invention that an extremely high speed photocell can be formed by reaching the drain in the channel.

『実施例2』 第3図(A)(B)は本発明の他の実施例を示す。[Embodiment 2] FIGS. 3A and 3B show another embodiment of the present invention.

図面(A) においてN型の半導体上には選択酸化法等によ
りフイルド絶縁物(7) が設けられ、さらに第1のイオン
注入法により半導体領域(2)がP-型にて50〜3000Å特に
500 〜800 Åの厚さに形成される。この後これらの表面
に窒化珪素膜を2〜200 Åの厚さに実施例1と同様に形
成した後、ソース(5) 、ドレイン(6) 間の開口をあけ、
これらの上面全体にアモルフアスまたは多結晶の非単結
晶半導体珪素を形成する。さらにこの半導体膜(0.03〜
0.3μm)を選択酸化して電極、リードの部分を除き、
酸化珪素に変成する。この選択酸化は酸化される部分に
対し酸素のイオン注入を行っても、また電極、リードと
なる部分上にマスク作用を有する窒化珪素膜を形成し、
水蒸気等の酸化性気体により酸化してもよい。かくして
第2のフイールド絶縁物(14)が形成される。この後ソー
ス(5)ドレイン(6)およびそれぞれのリード(15)(16)に対
し、硼素の如きP型不純物を1017〜1021cm-3の濃度に
添加してPの半導体をつくり、さらに電極(9) に対し
て選択的にリンを1018〜1022cm-3の濃度に添加する。こ
の不純物は500 〜1000℃特に600 〜700 ℃の温度での拡
散で十分な程度に電極(9) リード(15)(16)はうすく0.05
〜0.1 μm程度の厚さにすればよい。この後これら電
極、リード上に選択的にその導電性を増すため、多重構
造に金属(19)(19′) を0.1〜0.5μmの厚さに形成し
た。この金属はタングステン、モリブデンの如き高融点
金属であっても、またアルミニューム、チタン等の金属
であってもよい。
In the drawing (A), a field insulator (7) is provided on the N-type semiconductor by a selective oxidation method or the like, and the semiconductor region (2) is 50-3000 Å especially in the P type by the first ion implantation method.
Formed to a thickness of 500-800 Å. After that, a silicon nitride film having a thickness of 2 to 200 Å is formed on these surfaces in the same manner as in Example 1, and then an opening between the source (5) and the drain (6) is opened.
Amorphous or polycrystalline non-single-crystal semiconductor silicon is formed on the entire upper surface thereof. Furthermore, this semiconductor film (0.03 ~
0.3 μm) is selectively oxidized to remove the electrodes and leads,
Converts to silicon oxide. In this selective oxidation, even if oxygen is ion-implanted into the portion to be oxidized, a silicon nitride film having a masking action is formed on the electrode and lead portions,
You may oxidize by oxidizing gas, such as steam. A second field insulator (14) is thus formed. After that, a P + type impurity such as boron is added to the source (5) drain (6) and each lead (15) (16) to a concentration of 10 17 to 10 21 cm -3 to form a P + semiconductor. Then, phosphorus is selectively added to the electrode (9) at a concentration of 10 18 to 10 22 cm -3 . This impurity is sufficiently diffused at a temperature of 500 to 1000 ° C, especially 600 to 700 ° C, and the electrodes (9), leads (15) and (16) are thin 0.05.
The thickness may be about 0.1 μm. After that, in order to selectively increase the conductivity on these electrodes and leads, metal (19) (19 ') was formed in a multi-layer structure to a thickness of 0.1 to 0.5 .mu.m. This metal may be a refractory metal such as tungsten or molybdenum, or a metal such as aluminum or titanium.

この上面に多重配線を行うためには、この上面にPIQ
等のポリアミド系の有機被膜を形成し、その電極、コン
タクト穴を形成し、さらにその上面に第2の配線を行え
ばよい。
In order to perform multiple wiring on this upper surface, the PIQ
It is sufficient to form a polyamide-based organic coating such as the above, form the electrodes and contact holes thereof, and further form the second wiring on the upper surface thereof.

この実施例はPチャネル型DIS−FETであるが、ソ
ース(5) ドレイン(6) 及び電極(9) が一枚のマスクで形
成されることソース(5) ドレイン(6) とそれぞれの電
極、リード(15)(16)が同一主成分材料からなり同一材料
より完全なオームコウタクトが成就されていること、電
極、リードに対しても選択酸化を行っていることが特徴
である。
This embodiment is a P-channel type DIS-FET, but the source (5) drain (6) and the electrode (9) are formed by one mask, and the source (5) drain (6) and each electrode, The features of the leads (15) and (16) are that they are made of the same main component material and that complete ohmic contact is achieved from the same material, and that the electrodes and leads are also selectively oxidized.

もちろんこの電極(9) のかわりに実施例1における表1
のPチャネルDIS−FETに対応する材料を用いても
よいことはいうまでもない。
Of course, instead of this electrode (9), Table 1 in Example 1 was used.
Needless to say, a material corresponding to the P-channel DIS-FET of 1 may be used.

第3図(B) は第3図(A) の製造工程の一部を修正したも
のである。第3図(B) はNチャネル型DIS−FETで
あるが、 (A) における半導体領域(2) と同時に作られ
た半導体領域(13)の内側にさらに第2の半導体領域(12)
がイオン注入法により設けられている。
FIG. 3 (B) is a modification of part of the manufacturing process of FIG. 3 (A). FIG. 3 (B) shows an N-channel type DIS-FET, but a second semiconductor region (12) is formed inside the semiconductor region (13) formed at the same time as the semiconductor region (2) in (A).
Are provided by the ion implantation method.

また第3図(A) におけるソース(5) 、ドレイン(6) のB
のイオンの添加には(B)における電極(9)の電極に同時に
同一不純物を添加する。さらに(A)における電極(9) の
リンの添加時に同時に(B) におけるソース(5)、ドレイ
ン(6)及びその電極、リード(15)(16)にも同一不純物を
添加する。このようにすることにより第3図(A) 及び
(B) を同一半導体基板(1) 上にPチャネルDIS−FE
T(第3図A)及びNチャネルDIS−FET(B) を同
時に一体化して作ることができる。
Also, B of the source (5) and drain (6) in FIG. 3 (A)
The same impurities are added to the electrode of the electrode (9) in (B) at the same time. Further, at the same time as phosphorus is added to the electrode (9) in (A), the same impurities are added to the source (5) and drain (6) and their electrodes and leads (15) and (16) in (B). By doing this, Fig. 3 (A) and
(B) P-channel DIS-FE on the same semiconductor substrate (1)
The T (FIG. 3A) and the N-channel DIS-FET (B) can be integrally formed at the same time.

以上のように従来のMES−FETはショットキ構造の
電極を用いるためNチャネル型のみしか作り得なかった
が、相補型のDIS−FET(C/DIS−FETまた
はC/DIS)を作ることができた。このC/DIS−
FETは勿論その回路上の応用により直列接続または並
列接続をすればよい。
As described above, since the conventional MES-FET uses the Schottky structure electrode, only the N-channel type can be formed, but a complementary DIS-FET (C / DIS-FET or C / DIS) can be formed. It was This C / DIS-
The FETs may of course be connected in series or in parallel depending on the circuit application.

第3図(B) の他の製造方法は第3図(A) と同様である。The other manufacturing method of FIG. 3 (B) is the same as that of FIG. 3 (A).

以上の半導体装置においてV=0.5とした時、それぞ
れtdは0.1〜0.5nsecを得ることができ、きわ
めて高速動作が可能になった。
In the above semiconductor device, when V = 0.5, td of 0.1 to 0.5 nsec can be obtained, and extremely high speed operation is possible.

『実施例3』 本実施例は第4図に示すが、それらは第2図〜第3図る
示す構造を記号化しさらにその応用を求めたものであ
る。
[Embodiment 3] This embodiment is shown in FIG. 4, which is a symbolization of the structure shown in FIGS. 2 to 3 and further the application thereof.

第4図(A) はひとつのDIS−FET(40)を示している
が、ソース(45)、ドレイン(46)、半導体領域(47)、電極
(49)が第2図(A)におけるソース(5)、ドレイン(6)、半
導体領域(2)、電極(9) に対応して設けられてある。
FIG. 4 (A) shows one DIS-FET (40), but the source (45), drain (46), semiconductor region (47), electrode
(49) is provided corresponding to the source (5), drain (6), semiconductor region (2) and electrode (9) in FIG. 2 (A).

(B)は実施例2における第3図(A)すなわちPチャネルD
IS−FETを(42)にまた第3図(B) すなわちNチャネ
ルDIS−FETを(40)に示したものである。入力(4
2)、出力(44)が示され、電極はそれぞれ(48)、(49)に示
されている。
(B) is FIG. 3A in the second embodiment, that is, P channel D
The IS-FET is shown in (42), and the N-channel DIS-FET is shown in (40) in FIG. 3 (B). Input (4
2), the output (44) is shown and the electrodes are shown at (48) and (49) respectively.

第4図(C) はPチャネル、NチャネルのDIS−FET
を並列接続したもので、信号が(45)より(46)に至るスイ
ッチング速度を速めるために設けたのである。トランス
ミッション回路である。
FIG. 4 (C) shows a P-channel and N-channel DIS-FET.
Are connected in parallel and are provided to increase the switching speed of the signal from (45) to (46). It is a transmission circuit.

第4図(D) は一つのDIS−FET(40)とそれに直列に
接続されたキャパシタ(47)よりなる1Tr/bit型メ
モリに応用したものである。
FIG. 4 (D) is applied to a 1Tr / bit type memory comprising one DIS-FET (40) and a capacitor (47) connected in series with it.

第4図(E) は第4図(C) のデイプレッション型DIS−
FETのロードを(47)に、エンヘンスメント型DIS−
FETのドライバを(40)に示したもので、入力(42)に対
しインバータとして出力が(44)より取り出される。
Fig. 4 (E) is the depletion type DIS- of Fig. 4 (C).
Set the load of FET to (47), the enhancement type DIS-
The FET driver is shown at (40), and the output is taken out from (44) as an inverter for the input (42).

第4図(F) は不揮発性メモリである。FIG. 4 (F) shows a non-volatile memory.

フローテイング電極(49′)、制御用電極(49)が設けられ
ている。
A floating electrode (49 ') and a control electrode (49) are provided.

第4図(G) は実施例1の表1に示したが、Nチャネル型
DIS−FETであってかつ電極をITOにより形成し
たもので、照射光(60)によりソース(45)よりドレイン(4
6)に電流が流れるようにしたもので、光照射により発生
した電子・ホール対がドレインにバルク拡散させること
によりフオトセンサ用のDIS−FETとしたものであ
る。
FIG. 4 (G) is shown in Table 1 of Example 1, which is an N-channel type DIS-FET and the electrodes are formed of ITO. The irradiation light (60) causes the source (45) to drain ( Four
A current is allowed to flow in 6), and a DIS-FET for a photosensor is formed by bulk diffusion of electron-hole pairs generated by light irradiation to the drain.

以上の説明から明らかな如く、本発明は構造が公知のM
IS−FETまたはMES−FETと類似であり、また
それらを組み合わせたという感じを与えるかもしれな
い。しかし本発明はそれぞれの長所のみを引き出すため
になされたものであって、ゲイト電極はMIS−FET
と同様に、チャネル領域はMES−FETと同様にして
形成した。その膜厚はそれぞれの長所のみを引き出すた
め絶縁膜または半絶縁膜は2〜200 Å特に30〜80Åとき
わめて薄く形成したこと、そのためMIS−FETはス
レッシュホールド電圧(Vth)以下のリーク及び低電圧
化(3〜1V)にすること、Vthの下限が0.8〜1V
であることにより現実的にはV、Vを2V以下にし
て作ることができなかった。しかし本発明はかかるVth
を電極の有する材料的な仕事関数または(電子親和力)
+(フエルミレベル)により実質的に固有的に与えるこ
とができた。このため動作電圧を0.1〜2Vときわめ
て小さくしえたことおよびそれにともないスケーリング
が可能になり、さらにショートチャネル効果がないため
チャネル長を0.1〜1μmにまで縮めることができる
ようになった。
As is apparent from the above description, the present invention has a known structure M
It is similar to IS-FETs or MES-FETs and may give the feeling of combining them. However, the present invention has been made in order to bring out only the respective advantages, and the gate electrode is a MIS-FET.
Similarly to the above, the channel region was formed in the same manner as the MES-FET. The thickness of the insulating film or the semi-insulating film is 2 to 200 Å, especially 30 to 80 Å, so that the MIS-FET has a leak and a low voltage less than the threshold voltage (V th ). Voltage (3 to 1V), Vth lower limit is 0.8 to 1V
Therefore, it was not possible to make V G and V E below 2 V in reality. However, the present invention provides such V th
Work function or (electron affinity) that the electrode has
+ (Fermi level) could be given essentially uniquely. For this reason, the operating voltage can be made extremely small to 0.1 to 2 V and the scaling can be performed accordingly, and since there is no short channel effect, the channel length can be reduced to 0.1 to 1 μm. .

このためtd≒0.01〜0.5nsをも作ることが可
能となるきわめて工業的に重要な半導体装置である。
For this reason, it is a very industrially important semiconductor device that can produce td≈0.01 to 0.5 ns.

以上の説明において、絶縁または半絶縁膜は窒化珪素を
用いたが、窒化珪素ではなく酸化珪素、炭化珪素であっ
ても実用化は可能である。また半導体も珪素に限らず、
ゲルマニューム、炭化珪素、GaAlAs、GaP等のIII−V化
合物半導体またはCdS等のII−VI化合物半導体であって
もよいことはいうまでもない。
In the above description, silicon nitride is used for the insulating or semi-insulating film, but silicon oxide or silicon carbide may be used in place of silicon nitride. Also, the semiconductor is not limited to silicon,
It goes without saying that it may be a III-V compound semiconductor such as germanium, silicon carbide, GaAlAs or GaP, or a II-VI compound semiconductor such as CdS.

電極としては半導体であり基板と同一主成分であること
が製造のしやすさからいって好ましかった。しかし他の
半導体または酸素または窒素が添加された広いエネルギ
バンド幅を持つ半導体によりさらに空乏層のまがりを大
きくする半導体を用いてもよいことはいうまでもない。
特に半導体領域が珪素単結晶であり、電極は酸素または
窒素が5〜50モル%添加されたりPまたはN型の不
純物が0.01〜3モル%添加された半導体を用いてもエネ
ルギバンド幅が1.0eVではなく1.5〜2.0eV
となるため空乏層をさらに広げることができ、そのため
実用上の使用電圧は0.1〜2Vより0.5〜4Vにも
高くすることができた。
It is preferable that the electrode is a semiconductor and has the same main component as that of the substrate for ease of manufacturing. However, it goes without saying that another semiconductor or a semiconductor having a wide energy band width to which oxygen or nitrogen is added to further increase the depletion layer may be used.
In particular, the semiconductor region is a silicon single crystal, and the electrode has an energy band width of 5 to 50 mol% of oxygen or nitrogen or 0.01 to 3 mol% of P + or N + type impurities. 1.5-2.0 eV instead of 1.0 eV
Therefore, the depletion layer can be further widened, and therefore the practical use voltage can be increased to 0.5 to 4V rather than 0.1 to 2V.

本発明における電極として金属を用いた場合は表1に示
される金属のすべてをすべての実施例に応用できる。ま
た実施例1の製造方法は実施例2〜3にも同様に適用で
きることはいうまでもない。
When a metal is used as the electrode in the present invention, all the metals shown in Table 1 can be applied to all the examples. It goes without saying that the manufacturing method of Example 1 can be applied to Examples 2 to 3 as well.

実施例3は2つのDIS−FETのくみあわせを示し
た。しかしこの基礎構成を複数組み合わせて1Mビット
等のメモリまたは105〜1019ゲートを有するロジックシ
ステムを作ることは本発明にこれまでの集積回路技術を
あてはめたことにより当然の応用として考えられる。
Example 3 showed a combination of two DIS-FETs. However, combining a plurality of these basic configurations to make a memory system of 1 Mbit or the like or a logic system having 10 5 to 10 19 gates is considered as a natural application by applying the integrated circuit technology to the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図の従来のMFS−FETの縦断面図である。 第2図は本発明のDIS−FETの縦断面図(A)、そ
れを示すエネルギーバンド図(B)(C)である。 第3図は本発明の他の実施例の縦断面図である。 第4図は本発明のDIS−FETの回路記号、その応用
回路の結線図を示す。第5図はゲート絶縁膜の厚さに対
する基板表面と半導体内部のフェルミレベルの差を示し
た図である。
It is a longitudinal cross-sectional view of the conventional MFS-FET of FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view (A) of the DIS-FET of the present invention, and energy band diagrams (B) (C) showing it. FIG. 3 is a vertical sectional view of another embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a circuit diagram of the DIS-FET of the present invention and a connection diagram of its application circuit. FIG. 5 is a diagram showing the difference in Fermi level between the substrate surface and the inside of the semiconductor with respect to the thickness of the gate insulating film.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】P型の導電型を有する半導体基板上に0.
1〜1μm離間して一対のN型のソース及びドレインを
構成する不純物領域と、該領域間に設けられた前記不純
物領域と同一導電型のチャネルを形成し得る領域を設
け、前記チャネル形成領域の上方に30〜80Åの厚さ
であって、界面準位密度が3×1010cm-2以下のゲイ
ト絶縁膜と、該ゲイト絶縁膜上にP型の半導体をゲイト
電極とすることにより、電子親和力及びフエルミレベル
によりスレッシュホールド電圧を設定し、該ゲイト電極
と前記P型半導体基板とにより、前記ゲイト電極に電圧
を印加しない状態下で、前記N型のチャネルを形成しう
る領域に空乏層を生ぜしめて、前記一対の不純物領域間
をノーマリオフとせしめ、また前記ゲイト電極に正の電
圧を印加することにより、前記半導体基板と前記ゲイト
絶縁膜との界面より離れて前記半導体内部に形成される
チャネルにより前記一対の不純物領域間に電流を流せし
めることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate having a P-type conductivity is formed on a semiconductor substrate having a conductivity type of 0.
An impurity region which forms a pair of N-type source and drain and is separated by 1 to 1 μm, and a region capable of forming a channel of the same conductivity type as the impurity region provided between the regions are provided. By forming a gate insulating film having an interface state density of 3 × 10 10 cm −2 or less with a thickness of 30 to 80 Å above and a P-type semiconductor serving as a gate electrode on the gate insulating film, A threshold voltage is set according to the affinity and the Fermi level, and a depletion layer is formed in a region where the N-type channel can be formed by the gate electrode and the P-type semiconductor substrate under the condition that no voltage is applied to the gate electrode. At least, the pair of impurity regions are normally off, and a positive voltage is applied to the gate electrode, so that the interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film is removed. Is a semiconductor device characterized by occupying a current is supplied between the pair of impurity regions by a channel formed inside the semiconductor.
【請求項2】P型の導電型を有する半導体基板上に0.
1〜1μm離間して一対のN型のソース及びドレインを
構成する不純物領域と、該領域間に設けられた前記不純
物領域と同一導電型のチャネルを形成し得る領域を設
け、前記チャネル形成領域の上方に30〜80Åの厚さ
であって、界面準位密度が3×1010cm-2以下のゲイ
ト絶縁膜と、該ゲイト絶縁膜上に透明導電膜をゲイト電
極とすることにより、電子親和力及びフエルミレベルに
よりスレッシュホールド電圧を設定し、該ゲイト電極と
前記P型半導体基板とにより、前記ゲイト電極に電圧を
印加しない状態下で、前記N型のチャネルを形成しうる
領域に空乏層を生ぜしめて、前記一対の不純物領域間を
ノーマリオフとせしめ、また前記ゲイト電極に正の電圧
を印加することにより、前記半導体基板と前記ゲイト絶
縁膜との界面より離れて前記半導体内部に形成されるチ
ャネルにより前記一対の不純物領域間に電流を流せしめ
ることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor substrate having a P-type conductivity is formed on a substrate having a conductivity type of 0.
An impurity region which forms a pair of N-type source and drain and is separated by 1 to 1 μm, and a region capable of forming a channel of the same conductivity type as the impurity region provided between the regions are provided. An electron affinity is obtained by forming a gate insulating film having an interface state density of 3 × 10 10 cm -2 or less with a thickness of 30 to 80 Å above and a transparent conductive film as a gate electrode on the gate insulating film. And a threshold voltage is set by the Fermi level, and a depletion layer is formed in a region where the N-type channel can be formed by the gate electrode and the P-type semiconductor substrate in a state where no voltage is applied to the gate electrode. By setting a normally-off state between the pair of impurity regions and applying a positive voltage to the gate electrode, the semiconductor substrate and the gate insulating film are separated from each other. To occupy a current is supplied between the pair of impurity regions of a semiconductor inside a channel formed Te wherein a.
【請求項3】N型の導電型を有する半導体基板上に0.
1〜1μm離間して一対のP型のソース及びドレインを
構成する不純物領域と、該領域間に設けられた前記不純
物領域と同一導電型のチャネルを形成し得る領域を設
け、前記チャネル形成領域の上方に30〜80Åの厚さ
であって、界面準位密度が3×1010cm-2以下のゲイ
ト絶縁膜と、該ゲイト絶縁膜上にN型の半導体をゲイト
電極とすることにより、電子親和力及びフエルミレベル
によりスレッシュホールド電圧を設定し、該ゲイト電極
と前記N型半導体基板とにより、前記ゲイト電極に電圧
を印加しない状態下で、前記N型のチャネルを形成しう
る領域に空乏層を生ぜしめて、前記一対の不純物領域間
をノーマリオフとせしめ、また前記ゲイト電極に負の電
圧を印加することにより、前記半導体基板と前記ゲイト
絶縁膜との界面より離れて前記半導体内部に形成される
チャネルにより前記一対の不純物領域間に電流を流せし
めることを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor substrate having an N type conductivity is formed on a semiconductor substrate having a conductivity type of 0.
An impurity region that forms a pair of P-type source and drain and is spaced apart by 1 to 1 μm, and a region capable of forming a channel of the same conductivity type as the impurity region provided between the regions are provided. By forming a gate insulating film having an interface state density of 3 × 10 10 cm −2 or less with a thickness of 30 to 80 Å above and an N-type semiconductor as a gate electrode on the gate insulating film, A threshold voltage is set according to the affinity and the Fermi level, and a depletion layer is formed in a region where the N-type channel can be formed by the gate electrode and the N-type semiconductor substrate in a state where no voltage is applied to the gate electrode. At least, the pair of impurity regions are normally off, and a negative voltage is applied to the gate electrode, so that the interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film is removed. Is a semiconductor device characterized by occupying a current is supplied between the pair of impurity regions by a channel formed inside the semiconductor.
【請求項4】N型の導電型を有する半導体基板上に0.
1〜1μm離間して一対のP型のソース及びドレインを
構成する不純物領域と、該領域間に設けられた前記不純
物領域と同一導電型のチャネルを形成し得る領域を設
け、前記チャネル形成領域の上方に30〜80Åの厚さ
であって、界面準位密度が3×1010cm-2以下のゲイ
ト絶縁膜と、該ゲイト絶縁膜上に透明導電膜をゲイト電
極とすることにより、電子親和力及びフエルミレベルに
よりスレッシュホールド電圧を設定し、該ゲイト電極と
前記N型半導体基板とにより、前記ゲイト電極に電圧を
印加しない状態下で、前記N型のチャネルを形成しうる
領域に空乏層を生ぜしめて、前記一対の不純物領域間を
ノーマリオフとせしめ、また前記ゲイト電極に負の電圧
を印加することにより、前記半導体基板と前記ゲイト絶
縁膜との界面より離れて前記半導体内部に形成されるチ
ャネルにより前記一対の不純物領域間に電流を流せしめ
ることを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor substrate having N-type conductivity is formed on a semiconductor substrate having a conductivity type of 0.
An impurity region that forms a pair of P-type source and drain and is spaced apart by 1 to 1 μm, and a region capable of forming a channel of the same conductivity type as the impurity region provided between the regions are provided. An electron affinity is obtained by forming a gate insulating film having an interface state density of 3 × 10 10 cm -2 or less with a thickness of 30 to 80 Å above and a transparent conductive film as a gate electrode on the gate insulating film. And a threshold voltage is set according to the Fermi level, and a depletion layer is formed in a region where the N-type channel can be formed by the gate electrode and the N-type semiconductor substrate in a state where no voltage is applied to the gate electrode. By setting a normally-off state between the pair of impurity regions and applying a negative voltage to the gate electrode, the semiconductor substrate and the gate insulating film are separated from each other. To occupy a current is supplied between the pair of impurity regions of a semiconductor inside a channel formed Te wherein a.
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