(57)【要約】【課題】温度上昇を低減し、寿命を長くし、オン電流と電流移動度を高めることができるトランジスタを提供する。【解決手段】半導体層１は、ソース領域１ｓ、チャネル領域１ｃｈおよびドレイン領域１ｄを含む拡散領域１１の幅方向の一方端および他方端にそれぞれ接する第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３を有する。ゲート電極３は、チャネル領域１ｃｈを内包するように配置された第１電極部分３１と、第１非拡散領域１２の長さ方向の一方端１２ａおよび他方端１２ｂのそれぞれの一部を内包し、かつ、第１非拡散領域１２の幅方向の端部１２ｃを内包するように配置された第２電極部分３２と、第２非拡散領域１３の長さ方向の一方端１３ａおよび他方端１３ｂのそれぞれの一部を内包し、かつ、第２非拡散領域１３の幅方向の端部１３ｃを内包するように配置された第３電極部分３３とを有する。【選択図】図１
2010135582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を含む拡散領域を有するメサ型の半導体層と、
前記半導体層の上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極が配置された前記ゲート絶縁膜の上に配置された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを通って前記ソース領域および前記ドレイン領域のそれぞれに接する電極と有するトランジスタであって、
前記半導体層は、前記拡散領域の幅方向の一方端および他方端にそれぞれ接する第１非拡散領域および第２非拡散領域を有し、
前記ゲート電極は、
前記チャネル領域を内包するように配置された第１電極部分と、
前記第１非拡散領域の長さ方向の一方端および他方端のそれぞれの一部を内包し、かつ、前記第１非拡散領域の幅方向の端部を内包するように配置された第２電極部分と、
前記第２非拡散領域の長さ方向の一方端および他方端のそれぞれの一部を内包し、かつ、前記第２非拡散領域の幅方向の端部を内包するように配置された第３電極部分と
を有することを特徴とするトランジスタ。
【請求項２】
前記第１非拡散領域の幅方向の端部と前記第２電極部分の幅方向の一方端との最短距離、
前記第２非拡散領域の幅方向の端部と前記第３電極部分の幅方向の一方端との最短距離、
前記第１非拡散領域の長さ方向の一方端と前記第２電極部分の長さ方向の一方端との最短距離、
前記第２非拡散領域の長さ方向の一方端と前記第３電極部分の長さ方向の一方端との最短距離、
前記第１非拡散領域の長さ方向の他方端と前記第２電極部分の長さ方向の他方端との最短距離、
前記第２非拡散領域の長さ方向の他方端と前記第３電極部分の長さ方向の他方端との最短距離は、
それぞれ２ミクロン以上であることを特徴とする請求項１記載のトランジスタ。
【請求項３】
前記半導体層は、前記第１非拡散領域の幅方向の端部に接する拡散領域を有し、
前記トランジスタは、前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを通って当該拡散領域に接続された電極を有することを特徴とする請求項１または２記載のトランジスタ。
【請求項４】
前記ドレイン領域の一部が前記ソース領域の方へ突出して形成され、前記第１電極部分の一部が前記ドレイン領域の一部の上方に配置され、前記ソース領域の一部が前記ドレイン領域の方へ突出して形成され、前記第１電極部分の一部が前記ソース領域の一部の上方に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メサ型のトランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来のトランジスタの平面図である。
【０００３】
トランジスタは、例えば、Ｎ型半導体により形成されたソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄ、Ｐ型半導体により形成されたチャネル領域１ｃｈ、ドレイン領域１ｄとチャネル領域１ｃｈの間に配置された低濃度拡散領域１ｌ、ならびにソース領域１ｓとチャネル領域１ｃｈの間に配置された低濃度拡散領域１ｌを有するメサ型の半導体層１０と、半導体層１０の上に配置されたゲート絶縁膜（図示せず）を介して配置されたゲート電極３０と、ゲート絶縁膜の上に配置された層間絶縁膜（図示せず）と、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール５、５を通ってソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄのそれぞれに接するソース電極６ｓおよびドレイン電極６ｄと有する。ゲート電極３は、チャネル領域１ｃｈを内包するように配置されている
このトランジスタでは、ソース電極６ｓを接地して、ドレイン電極６ｄとゲート電極３０に正電圧を印加すると、ドレイン領域１ｄからチャネル領域１ｃｈを通りソース領域１ｓへと電流（ドレイン電流、オン電流ともいう）が流れる。
【０００４】
このとき、半導体層１０の端部１０ｃ、１０ｅつまりチャネル領域１ｃｈの端部に電界が集中して温度が上昇する。また、温度上昇により、トランジスタの寿命が短くなる。半導体層１０の端部１０ｃ、１０ｅの断面は、メサ型のトランジスタに特有な角度を有しているが、角度によっては、温度上昇が極めて高く、寿命も極めて短くなる。
【０００５】
また、インパクトイオン化現象により発生したホール（正孔）が、チャネル領域１ｃｈにおけるソース領域１ｓ側の端部に蓄積されると、オン電流と電流移動度が低下してしまう。
【０００６】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。  
【特許文献１】特許第３４０３８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度上昇を低減し、寿命を長くし、オン電流と電流移動度を高めることができるトランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係るトランジスタは、ソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を含む拡散領域を有するメサ型の半導体層と、前記半導体層の上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極が配置された前記ゲート絶縁膜の上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを通って前記ソース領域および前記ドレイン領域のそれぞれに接する電極と有するトランジスタであって、前記半導体層は、前記拡散領域の幅方向の一方端および他方端にそれぞれ接する第１非拡散領域および第２非拡散領域を有し、前記ゲート電極は、前記チャネル領域を内包するように配置された第１電極部分と、前記第１非拡散領域の長さ方向の一方端および他方端のそれぞれの一部を内包し、かつ、前記第１非拡散領域の幅方向の端部を内包するように配置された第２電極部分と、前記第２非拡散領域の長さ方向の一方端および他方端のそれぞれの一部を内包し、かつ、前記第２非拡散領域の幅方向の端部を内包するように配置された第３電極部分とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るトランジスタによれば、第１非拡散領域、第２非拡散領域、第２電極部分および第３電極部分を設けたことで、インパクトイオン化現象によりチャネル領域に発生したホールが第１非拡散領域および第２非拡散領域に移動し、チャネル領域に蓄積されるホールの数が少なくなり、その結果、トランジスタの温度上昇を低減し、寿命を長くし、オン電流と電流移動度を高めることができる
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るトランジスタによれば、第１非拡散領域、第２非拡散領域、第２電極部分および第３電極部分を設けたことで、トランジスタの温度上昇を低減し、寿命を長くし、オン電流と電流移動度を高めることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るトランジスタの平面図であり、図２は、図１のＡＡ線断面図である。
【００１２】
トランジスタは、ガラスなどの基板ＳＵＢの上に形成されたメサ型の半導体層１と、半導体層１の上に配置されたゲート絶縁膜２と、ゲート絶縁膜２の上に配置されたゲート電極３と、ゲート電極３が配置されたゲート絶縁膜２の上に配置された層間絶縁膜４と、層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール５を通ってソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄのそれぞれに接するソース電極６ｓおよびドレイン電極６ｄと有する。
【００１３】
半導体層１は、例えば多結晶シリコンからなる。ゲート電極３は、例えば、モリブデンタングステン合金からなる。ソース電極６ｓおよびドレイン電極６ｄは、それぞれアルミニウムなどからなる。ゲート絶縁膜２および層間絶縁膜４は、例えば酸化シリコンからなる。
【００１４】
半導体層１は、ソース領域１ｓ、チャネル領域１ｃｈおよびドレイン領域１ｄを含む拡散領域１１と、拡散領域１１の幅方向の一方端および他方端にそれぞれ接する第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３を有する。
【００１５】
ドレイン領域１ｄとチャネル領域１ｃｈの間に低濃度拡散領域１ｌが配置されている。ドレイン領域１ｄを挟むように別の低濃度拡散領域１ｌが配置されている。ソース領域１ｓとチャネル領域１ｃｈの間にも低濃度拡散領域１ｌが配置されている。ソース領域１ｓを挟むように別の低濃度拡散領域１ｌが配置されている。
【００１６】
第１の実施の形態では、チャネル領域１ｃｈの長さ方向と同じ方向を単に長さ方向といい、チャネル領域１ｃｈの幅方向と同じ方向を単に幅方向という。
【００１７】
半導体層１の長さ方向の一方端１ａに、第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３のそれぞれの長さ方向の一方端１２ａ、１３ａが含まれ、半導体層１の長さ方向の他方端１ｂに、第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３のそれぞれの長さ方向の他方端１２ｂ、１３ｂが含まれる。
【００１８】
半導体層１の幅方向の一方端１ｃは、第１非拡散領域１２の幅方向の端部１２ｃであり、半導体層１の幅方向の他方端１ｅは、第２非拡散領域１３の幅方向の端部１３ｃである。
【００１９】
ゲート電極３は、いわばＨ型となっており、ゲート電極３は、チャネル領域１ｃｈを内包するように配置された第１電極部分３１と、第１非拡散領域１２の長さ方向の一方端１２ａおよび他方端１２ｂのそれぞれの一部を内包し、かつ、第１非拡散領域１２の幅方向の端部１２ｃを内包するように配置された第２電極部分３２と、第２非拡散領域１３の長さ方向の一方端１３ａおよび他方端１３ｂのそれぞれの一部を内包し、かつ、第２非拡散領域１３の幅方向の端部１３ｃを内包するように配置された第３電極部分３３とを有する。
【００２０】
以下、ソース領域１ｓ、ドレイン領域１ｄには、ｎ型不純物（リンなど）が注入され、チャネル領域１ｃｈには、ｐ型不純物（ボロンなど）が注入されていることとする。つまり、トランジスタはＰチャネル型のトランジスタとする。
【００２１】
このトランジスタでは、ソース電極６ｓを接地して、ドレイン電極６ｄとゲート電極３に正電圧を印加すると、ドレイン領域１ｄからチャネル領域１ｃｈを通りソース領域１ｓへと電流（ドレイン電流、オン電流ともいう）が流れる。
【００２２】
このとき、チャネル領域１ｃｈの幅方向の各端部には、第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３が接しているので、チャネル領域１ｃｈの幅方向の端部には電界が集中しない。よって、温度上昇を低減でき、トランジスタの寿命を長くすることができる。
【００２３】
また、インパクトイオン化現象により発生したホール（正孔）は、チャネル領域１ｃｈにおけるソース領域１ｓ側の端部に蓄積されることなく、第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３に移動し、第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３に蓄積される。つまり、チャネル領域１ｃｈにおけるホールの数が少なくなるので、オン電流と電流移動度を高めることができる。これに伴い、ゲート電極３の電圧のしきい値（しきい値電圧）を低くできる。
【００２４】
なお、ホールを移動させるには、第２電極部分３２と第３電極部分３３が大きいほうがよく、第１非拡散領域１２の幅方向の端部１２ｃと第２電極部分３２の幅方向の一方端３２ｃとの最短距離Ｌ１、第２非拡散領域１３の幅方向の端部１３ｃと第３電極部分３３の幅方向の一方端３３ｅとの最短距離Ｌ２、第１非拡散領域１２の長さ方向の一方端１２ａと第２電極部分３２の長さ方向の一方端３２ａとの最短距離Ｌ３、第２非拡散領域１３の長さ方向の一方端１３ａと第３電極部分３３の長さ方向の一方端３３ａとの最短距離Ｌ４、第１非拡散領域１２の長さ方向の他方端１２ｂと第２電極部分３２の長さ方向の他方端３２ｂとの最短距離Ｌ５、第２非拡散領域１３の長さ方向の他方端１３ｂと第３電極部分３３の長さ方向の他方端３３ｂとの最短距離Ｌ６は、それぞれ２ミクロン以上であることが好ましい。
【００２５】
したがって、第１の実施の形態のトランジスタによれば、第１非拡散領域１２、第２非拡散領域１３、第２電極部分３２および第３電極部分３３を設けたことで、温度上昇を低減し、寿命を長くし、オン電流と電流移動度を高めることができる。
【００２６】
［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態に係るトランジスタの平面図であり、図４は、図３のＢＢ線断面図である。
【００２７】
このトランジスタは、第１の実施の形態に係るトランジスタの要素と同一の要素を有する。同一の要素には同一符号を付与して、重複説明を省略する。
【００２８】
このトランジスタでは、ドレイン領域１ｄの一部１ｄ１がソース領域１ｓの方へ突出して形成され、第１電極部分３１の一部がドレイン領域１ｄの一部１ｄ１の上方に配置され、ソース領域１ｓの一部１ｓ１がドレイン領域１ｄの方へ突出して形成され、第１電極部分３１の一部がソース領域１ｓの一部１ｓ１の上方に配置されている。これにより、チャネル領域１ｃｈの一部でチャネル長が短くなり、オン電流と電流移動度がさらに高まる。
【００２９】
したがって、第２の実施の形態のトランジスタによれば、さらに第１電極部分３１とドレイン領域１ｄを部分的にオーバーラップさせ、第１電極部分３１とソース領域１ｓを部分的にオーバーラップさせたので、温度上昇を低減し、寿命を長くしつつ、オン電流と電流移動度をさらに高めることができる。
【００３０】
［第３の実施の形態］
図５は、第３の実施の形態に係るトランジスタの平面図であり、図６は、図５のＣＣ線断面図であり、図７は、図５のＤＤ線断面図である。
【００３１】
このトランジスタは、第２の実施の形態に係るトランジスタの要素と同一の要素を有する。同一の要素には同一符号を付与して、重複説明を省略する。
【００３２】
半導体層１は、第１非拡散領域１２の幅方向の端部１２ｃに接する拡散領域１４と、第２非拡散領域１３の幅方向の端部１３ｅに接する拡散領域１５とを有する。
【００３３】
トランジスタは、層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール７、７を通って拡散領域１４、１５にそれぞれ接続された電極８、８を有する。
【００３４】
ここでは、拡散領域１４、１５には、ｐ型不純物（ボロンなど）が注入されていることとする。
【００３５】
このトランジスタでは、ソース電極６ｓを接地して、ドレイン電極６ｄとゲート電極３に正電圧を印加すると、ドレイン領域１ｄからチャネル領域１ｃｈを通りソース領域１ｓへと電流（ドレイン電流、オン電流）が流れる。
【００３６】
さらに、電極８、８にも電圧を印加すると、第１非拡散領域１２および第２非拡散領域１３に蓄積したホールが、拡散領域１４、１５の方へ移動する。つまり、チャネル領域１ｃｈにおけるホールの数が一層少なくなるので、オン電流と電流移動度を一層高めることができる。
【００３７】
したがって、第３の実施の形態のトランジスタによれば、さらに電極８、８を設けたので、温度上昇を低減し、寿命を長くしつつ、オン電流と電流移動度をさらに高めることができる。
【００３８】
図８は、図１０に示すトランジスタ（比較例のトランジスタ）の寿命に対する本発明の各実施の形態に係るトランジスタの寿命を示す図である。
【００３９】
比較例のトランジスタのゲート電極の長さ、ならびに、各実施の形態におけるゲート電極３の第１電極部分３１の長さは、それぞれ１．５ミクロンである。比較例のトランジスタのゲート電極の幅、第１電極部分３１の幅は、それぞれ５０ミクロンである。
【００４０】
比較例のトランジスタと各実施の形態に係るトランジスタにおいてゲート電極とドレイン電極に印加されたゲート電圧とドレイン電圧を５．５ボルト［Ｖ］としたときの当初のドレイン電流を１００％とする。各トランジスタに対し、極端に高いドレイン電圧を定期的に与えることで、これがストレスとなり、ドレイン電流は低下していく。当初の時点から起算してドレイン電流が８０％になるまでの時間を寿命とする。
【００４１】
比較例のトランジスタの寿命に対し、第１〜第３の実施の形態のトランジスタでは、寿命をそれぞれ１．７０倍、３．０７倍、１１．７４倍に延ばすことができる。
【００４２】
図９は、比較例のトランジスタのドレイン電流に対する本発明の各実施の形態に係るトランジスタのドレイン電流の大きさを示す図である。
【００４３】
比較例のトランジスタのゲート電極の長さ、ならびに、各実施の形態におけるゲート電極３の第１電極部分３１の長さは、それぞれ１．５ミクロンである。比較例のトランジスタのゲート電極の幅、第１電極部分３１の幅は、それぞれ５０ミクロンである。
【００４４】
各トランジスタにおいて、ゲート電圧は、しきい値電圧である５［Ｖ］であり、各ドレイン電圧は５［Ｖ］である。
【００４５】
比較例のトランジスタのドレイン電流に対し、第１〜第３の実施の形態のトランジスタでは、それぞれ１．４３倍、１．４８倍、１．８０倍のドレイン電流を流すことができる。
【００４６】
以上、各実施の形態に係るトランジスタについて説明したが、例えば、第３の実施の形態では、場合によっては、第１の実施の形態のように、第１電極部分３１とドレイン領域１ｄおよびソース領域１ｓをオーバーラップさせなくてもよい。
【００４７】
また、第３の実施の形態では、場合によっては、一方の拡散領域１５ならびに拡散領域１５に接する電極８を設けなくてもよい。
【００４８】
また、各実施の形態では、ソース領域１ｓとドレイン領域１ｄには、ｐ型不純物を注入し、チャネル領域１ｃｈにはｎ型不純物を注入してもよい。つまり、トランジスタは、Ｎ型、Ｐ型を問わない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施の形態に係るトランジスタの平面図である。
【図２】図１のＡＡ線断面図である
【図３】第２の実施の形態に係るトランジスタの平面図である。
【図４】図３のＢＢ線断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係るトランジスタの平面図である。
【図６】図５のＣＣ線断面図である。
【図７】図５のＤＤ線断面図である
【図８】比較例のトランジスタの寿命に対する本発明の各実施の形態に係るトランジスタの寿命を示す図である
【図９】比較例のトランジスタのドレイン電流に対する本発明の各実施の形態に係るトランジスタのドレイン電流の大きさを示す図である。
【図１０】従来のトランジスタの平面図である
【符号の説明】
【００５０】
１…半導体層
１ｃｈ…チャネル領域
１ｄ…ドレイン領域
１ｌ…低濃度拡散領域
１ｓ…ソース領域
２…ゲート絶縁膜
３…ゲート電極
４…層間絶縁膜
５、７…コンタクトホール
６ｄ…ドレイン電極
６ｓ…ソース電極
８…電極
１１、１４、１５…拡散領域
１２…第１非拡散領域
１３…第２非拡散領域
ＳＵＢ…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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