JP2007013025A - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】短チャネル効果を防止すると共に、移動度の向上および接合リーク電流の低減が可能な電界効果型トランジスタを提供する。
【解決手段】本発明の電界効果型トランジスタは、半導体基板1の上に設けられたアンドープ層5、6と、アンドープ層5、6の上にそれぞれ設けられたソース14、20およびドレイン15、21と、アンドープ層5、6の上にそれぞれ設けられたゲート絶縁膜7、8と、ゲート絶縁膜7、8の上にそれぞれ設けられたゲート電極9、10と、ゲート電極9、10の側面上にそれぞれ設けられたサイドウォール絶縁膜19、13とを備える。
【選択図】図1
A field effect transistor capable of preventing a short channel effect and improving mobility and reducing junction leakage current is provided.
A field effect transistor according to the present invention includes undoped layers 5 and 6 provided on a semiconductor substrate 1, and sources 14 and 20 and drains 15 and 21 provided on the undoped layers 5 and 6, respectively. Gate insulating films 7 and 8 provided on the undoped layers 5 and 6, gate electrodes 9 and 10 provided on the gate insulating films 7 and 8, and side surfaces of the gate electrodes 9 and 10, respectively. Side wall insulating films 19 and 13 provided respectively.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、チャネル領域の不純物濃度を低減し、ソース、ドレイン接合容量と接合リーク電流を低減したMIS型電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a MIS field effect transistor having a reduced impurity concentration in a channel region and a reduced source / drain junction capacitance and junction leakage current, and a method for manufacturing the same.
従来から、集積回路の高性能化は電界効果型トランジスタの微細化によって実現されている。特に、ゲート長を短縮化することで、素子面積を減少し、電流駆動力や動作速度が向上してきている。ゲート長を短縮するときに起こる最大の課題は短チャネル効果であり、これを防ぐためには、ソース・ドレイン領域の接合深さを浅くすることが必須である。 Conventionally, high performance of integrated circuits has been realized by miniaturization of field effect transistors. In particular, by shortening the gate length, the element area is reduced, and the current driving force and the operating speed are improved. The biggest problem that occurs when shortening the gate length is the short channel effect, and in order to prevent this, it is essential to reduce the junction depth of the source / drain regions.
図12は、従来において、最も一般的なMOS型電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。図12に示すように、従来のSiを用いた電界効果型トランジスタでは、半導体基板201中に、イオン注入法を用いて、ウェル202、ソース領域203、ドレイン領域204およびLDD(Lightly Doped Drain)領域205、206が形成されている。そして、半導体基板201の上には、ゲート酸化膜207を挟んでポリシリコンからなるゲート電極208が形成され、ゲート電極208の上にはシリサイドからなるゲート電極209が形成されている。ソース領域203およびドレイン領域204の上には、シリサイドソース電極212とシリサイドドレイン電極213とが形成されている。また、ゲート電極208の側面上には、ゲート側壁絶縁膜210、211が形成されている。
FIG. 12 is a sectional view showing the structure of a conventional MOS field effect transistor. As shown in FIG. 12, in a conventional field effect transistor using Si, a
図12に示すようなMOS型電界効果型トランジスタを作製するときは、短チャネル効果を防ぐために、ソース領域203およびドレイン領域204をできるだけ浅く形成すると共に、ポケット構造(もしくはヘロー構造)と呼ばれる、ウェル不純物と同種のイオンをLDD領域の下部に注入する技術が用いられている。この技術により、チャネル部分の不純物濃度を高くすることができるため、ゲート長が短縮しても短チャネル効果が抑制できる。また、ソース・ドレイン領域の深さを浅くすると抵抗が高くなりスイッチング速度の低下および駆動電流の低下が起こるが、それを防ぐためには、ソース・ドレイン領域の不純物濃度を高くすればよい。
When a MOS field effect transistor as shown in FIG. 12 is manufactured, the
図13は、図12に示すMOS型電界効果型トランジスタを改良した従来のMOS型電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。図13に示す構造では、エピタキシャル成長法により、ソース214およびドレイン215が形成されている。このソース214およびドレイン215は、半導体基板201の上に、選択的にSi等からなる半導体層を形成した後、イオン注入法を行うことにより形成される。ソース214およびドレイン215を形成するときのイオン注入によって、不純物が半導体基板201中にも注入されるため、半導体基板201内には、ソース領域203およびドレイン領域204が形成される。図13に示すトランジスタは、イオン注入法によって、ソース・ドレイン領域の接合深さを浅く、かつ不純物濃度を高くすることには限界があることから提案された改良法のひとつである。
FIG. 13 is a sectional view showing the structure of a conventional MOS field effect transistor obtained by improving the MOS field effect transistor shown in FIG. In the structure shown in FIG. 13, a
図14は、図13に示すMOS型電界効果型トランジスタを改良した従来のMOS型電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である(詳細な構成については、特許文献1参照)。図14に示すソース214およびドレイン215は、不純物ドーピングをしながら選択エピタキシャル成長されることにより形成されている。このソース214およびドレイン215をエピタキシャル成長により形成した後に、アニールを施すことにより、半導体基板201に不純物を拡散させて、浅いソース領域203およびドレイン領域204が形成される。図14に示すトランジスタも、イオン注入法によって、ソース・ドレイン領域の接合深さを浅く、かつ不純物濃度を高くすることには限界があることから提案された改良法のひとつである。図14に示すトランジスタでは、図13に示すトランジスタよりもさらにソース・ドレイン領域の接合を浅く形成できる。
しかしながら、前記従来の構成では、チャネル表面の不純物濃度が高いため、不純物散乱によってキャリアの移動度が劣化するという不具合があった。また、不純物濃度の高いウェルと不純物濃度の高いソース・ドレイン領域とが大きな接合容量を生み、動作速度を落とすことや、接合リーク電流が増大するという不具合もあった。 However, the conventional configuration has a problem in that the carrier mobility deteriorates due to impurity scattering because the impurity concentration on the channel surface is high. In addition, a well with a high impurity concentration and a source / drain region with a high impurity concentration generate a large junction capacitance, resulting in a problem that the operation speed is reduced and the junction leakage current is increased.
また、ゲート絶縁膜にSiO2よりも誘電率が高い材料(一般にHigh−K材料と呼ばれる)を用いた場合にも、半導体とゲート絶縁膜との界面におけるキャリア散乱が増加し、キャリアの移動度が劣化するという不具合があった。 Further, when a material having a dielectric constant higher than that of SiO 2 (generally referred to as a High-K material) is used for the gate insulating film, carrier scattering at the interface between the semiconductor and the gate insulating film is increased, and the carrier mobility is increased. There was a problem of deterioration.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、短チャネル効果を防止すると共に、移動度の向上、接合リーク電流の低減を可能とするMIS型電界効果型トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a MIS field effect transistor and a method for manufacturing the same that prevent short channel effects, improve mobility, and reduce junction leakage current. With the goal.
本発明の一形態の電界効果型トランジスタは、第1導電型の半導体層と、前記第1導電型の半導体層の上に設けられたアンドープ半導体層と、前記アンドープ半導体層の上に、互いに離間して設けられた第2導電型の半導体層からなるソースおよびドレインと、前記アンドープ半導体層のうち前記ソースと前記ドレインとの間に位置する領域の上に、前記ソースおよび前記ドレインとは離間して設けられた第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記ソースおよび前記ドレインとの間に介在する絶縁膜とを備える。 According to one embodiment of the present invention, a field effect transistor includes a first conductivity type semiconductor layer, an undoped semiconductor layer provided on the first conductivity type semiconductor layer, and the undoped semiconductor layer spaced apart from each other. And the source and drain formed of the second conductivity type semiconductor layer and the region of the undoped semiconductor layer positioned between the source and the drain, the source and the drain are separated from each other. A first insulating film provided on the first insulating film; a gate electrode provided on the first insulating film; and an insulating film interposed between the gate electrode and the source and drain.
本発明の一形態の電界効果型トランジスタでは、アンドープ層の上にソース・ドレインが配置しているため、アンドープ層内において、チャネル領域となる部分より深い部分へソース・ドレインが広がりにくい。これにより、ソース・ドレインの接合を浅くすることができる。したがって、基板奧へのキャリアの回り込みを抑制することができるため、短チャネル効果を起こりにくくすることができる。 In the field-effect transistor of one embodiment of the present invention, the source / drain is arranged on the undoped layer, and therefore, the source / drain hardly spreads to a portion deeper than the portion serving as the channel region in the undoped layer. As a result, the source / drain junction can be shallow. Therefore, since the wraparound of the carrier to the substrate can be suppressed, the short channel effect can be made difficult to occur.
また、不純物濃度の低いアンドープ半導体層がチャネル領域となるため、不純物の錯乱による移動度の低下が起こりにくくなる。したがって、高い移動度を得ることができ、駆動電流を向上させることができる。 In addition, since an undoped semiconductor layer having a low impurity concentration serves as a channel region, mobility is not easily lowered due to impurity confusion. Therefore, high mobility can be obtained and driving current can be improved.
また、アンドープ層の上にソース・ドレインが配置しているため、ソース・ドレインの不純物濃度を高くしても接合容量を小さいものとすることができる。そのため、ゲート容量およびソース・ドレイン容量を小さくすることができ、遮断周波数を向上させることができる。これにより、高速動作が可能となる。また、接合リーク電流の低減も可能となる。 Further, since the source / drain is arranged on the undoped layer, the junction capacitance can be reduced even if the impurity concentration of the source / drain is increased. Therefore, the gate capacitance and the source / drain capacitance can be reduced, and the cutoff frequency can be improved. Thereby, high-speed operation becomes possible. Also, junction leakage current can be reduced.
前記アンドープ半導体層には、1010cm-3以上1017cm-3以下の不純物が含まれていることが好ましい。 The undoped semiconductor layer preferably contains an impurity of 10 10 cm −3 or more and 10 17 cm −3 or less.
前記第1の絶縁膜は、ZrO2、ZrSiO、ZrSiON、HfO2、HfSiO、HfSiON、SiN、TiO2、La2O3、SiON、Al2O3、SrTiO3、BaSrTiO3、Nd2O3およびTa2O5のうちのいずれか1つ、またはこれらの積層構造を含むことが好ましい。 The first insulating film includes ZrO 2 , ZrSiO, ZrSiON, HfO 2 , HfSiO, HfSiON, SiN, TiO 2 , La 2 O 3 , SiON, Al 2 O 3 , SrTiO 3 , BaSrTiO 3 , Nd 2 O 3 and It is preferable to include any one of Ta 2 O 5 or a laminated structure thereof.
前記第2導電型の半導体層は結晶成長法によって形成されていてもよい。 The second conductivity type semiconductor layer may be formed by a crystal growth method.
前記第1導電型の半導体層、前記アンドープ半導体層および前記第2導電型の半導体層のうち少なくともいずれか1つが、Si1-x-yGexCy(0≦x≦1、0≦y≦1)からなっていてもよい。 At least one of the first conductivity type semiconductor layer, the undoped semiconductor layer, and the second conductivity type semiconductor layer is Si 1-xy Ge x Cy (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). ).
本発明の一形態の電界効果型トランジスタの製造方法は、第1導電型の半導体層の上に、アンドープ半導体層を結晶成長する工程と、前記アンドープ半導体層の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の一部の上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜と前記ゲート電極とをマスクとして、前記第1の絶縁膜のうち露出する部分を除去する工程と、前記アンドープ半導体層の上に、ゲート電極および前記第2の絶縁層を挟んで互いに離間する、第2導電型の半導体層からなるソースおよびドレインを結晶成長する工程とを備える。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a field effect transistor, the step of crystal-growing an undoped semiconductor layer on a first conductivity type semiconductor layer, and the formation of a first insulating film on the undoped semiconductor layer. A step of forming a gate electrode on a part of the first insulating film, a step of forming a second insulating film on a side wall of the gate electrode, the second insulating film, A step of removing an exposed portion of the first insulating film using a gate electrode as a mask, and a second electrode spaced apart from each other on the undoped semiconductor layer with the gate electrode and the second insulating layer interposed therebetween, And crystal growth of a source and a drain made of a conductive semiconductor layer.
本発明の一形態の製造方法によると、アンドープ層の上にソース・ドレインを形成するため、アンドープ層内において、チャネル領域となる部分より深い部分へソース・ドレインが広がりにくい。これにより、ソース・ドレインの接合を浅くすることができる。したがって、基板奧へのキャリアの回り込みを抑制することができるため、短チャネル効果を起こりにくくすることができる。 According to the manufacturing method of one embodiment of the present invention, since the source / drain is formed on the undoped layer, the source / drain hardly spreads to a portion deeper than the portion serving as the channel region in the undoped layer. As a result, the source / drain junction can be shallow. Therefore, since the wraparound of the carrier to the substrate can be suppressed, the short channel effect can be made difficult to occur.
また、不純物濃度の低いアンドープ半導体層をチャネル領域とすることができるため、不純物の錯乱による移動度の低下が起こりにくくなる。したがって、高い移動度を得ることができ、駆動電流を向上させることができる。 In addition, since an undoped semiconductor layer having a low impurity concentration can be used as a channel region, mobility is hardly lowered due to impurity confusion. Therefore, high mobility can be obtained and driving current can be improved.
また、アンドープ層の上にソース・ドレインを形成するため、ソース・ドレインの不純物濃度を高くしても接合容量を小さいものとすることができる。そのため、ゲート容量およびソース・ドレイン容量を小さくすることができ、遮断周波数を向上させることができる。これにより、高速動作が可能となる。また、接合リーク電流を低減することも可能となる。 Further, since the source / drain is formed on the undoped layer, the junction capacitance can be reduced even if the impurity concentration of the source / drain is increased. Therefore, the gate capacitance and the source / drain capacitance can be reduced, and the cutoff frequency can be improved. Thereby, high-speed operation becomes possible. In addition, the junction leakage current can be reduced.
第1導電型の半導体層の上に、アンドープ半導体層を結晶成長する工程と、前記アンドープ半導体層の上に第2導電型の半導体層を結晶成長する工程と、前記第2導電型の半導体層の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜および前記第2導電型の半導体層を貫通する溝を形成して前記第2導電型の半導体層を2つに分離することにより、前記第2導電型の半導体層からなるソースおよびドレインを形成する工程と、前記溝の表面を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、前記第1の絶縁膜を除去する工程とを備えていてもよい。 A step of crystal growing an undoped semiconductor layer on the first conductivity type semiconductor layer; a step of crystal growing a second conductivity type semiconductor layer on the undoped semiconductor layer; and the second conductivity type semiconductor layer. Forming a first insulating film on the substrate, and forming a groove penetrating the first insulating film and the second conductive type semiconductor layer to separate the second conductive type semiconductor layer into two Thus, a step of forming a source and a drain made of the second conductivity type semiconductor layer, a step of forming a gate insulating film covering the surface of the groove, and a gate electrode are formed on the gate insulating film. You may provide the process and the process of removing the said 1st insulating film.
本発明の電界効果型トランジスタでは、短チャネル効果を防止することができると共に、移動度の向上および接合リーク電流の低減およびソース、ゲート、ドレイン各端子と基板との接合容量低減が可能となる。 In the field effect transistor of the present invention, the short channel effect can be prevented, the mobility can be improved, the junction leakage current can be reduced, and the junction capacitance between the source, gate and drain terminals and the substrate can be reduced.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態における電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態の半導体基板1には、p型電界効果型トランジスタ40とn型電界効果型トランジスタ41とが、素子分離領域2によって互いに分離された状態で形成されている。半導体基板1のうちp型電界効果型トランジスタ40が形成される領域には、nウェル3が形成され、n型電界効果型トランジスタ41が形成される領域には、pウェル4が形成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a field effect transistor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a p-type
nウェル3およびpウェル4の上には、たとえばSi半導体からなるアンドープ層5、6がそれぞれ設けられている。本明細書中において、アンドープ層5、6とは、不純物をドープせずにエピタキシャル成長を行うことにより形成した層のことを意味している。ただし、アンドープ層5、6には、1010cm-3以上1017cm-3以下といった低い濃度の不純物が含まれていてもよい。
On the n-well 3 and the p-well 4,
アンドープ層5、6の上には、たとえば酸化膜よりなるゲート絶縁膜7、8と、たとえばポリシリコンからなるゲート電極9、10とがそれぞれ形成されている。さらに、アンドープ層5のうちゲート電極9の両側方に位置する部分の上には、たとえばp導電型Si半導体からなるソース領域20およびドレイン領域21が形成されている。同様に、アンドープ層6のうちゲート電極10の両側方に位置する部分の上には、たとえばn導電型Si半導体からなるソース領域14およびドレイン領域15が形成されている。
On the
ゲート電極9、10の側面上には、たとえばSiN膜からなるサイドウォール絶縁膜13、19が形成されている。そして、ソース領域20およびドレイン領域21の上には、シリサイドからなるソース電極22およびドレイン電極23が形成されている。同様に、ソース14およびドレイン15の上には、シリサイドからなるソース電極16およびドレイン電極17が形成されている。
Sidewall insulating
かかる構成によれば、アンドープ層5、6がチャネル領域となる。チャネル領域の不純物濃度は低いので、不純物の散乱による移動度の低下が起こりにくくなる。したがって、高い移動度を得ることができ、駆動電流を向上させることができる。
According to such a configuration, the
また、ソース20、14およびドレイン21、15をそれぞれアンドープ層5、6の上に設けているため、アンドープ層5、6内において、チャネル領域となる部分より深い部分へソース20、14およびドレイン21、15が広がりにくい。したがって、ソース20、14およびドレイン21、15の深さを浅くすることができるため、短チャネル効果を起こりにくいものとすることができる。
In addition, since the
また、ソース20、14およびドレイン21、15がアンドープ層5、6の上に形成されているため、nウェル3、pウェル4、ソース20、14およびドレイン21、15の不純物濃度を高くしても、接合容量を小さいものとすることができる。そのため、ゲート容量およびソース・ドレイン容量を小さくすることができ、遮断周波数を向上させることができる。これにより、高速動作が可能となる。また、接合リーク電流を低減することもできる。
Further, since the
なお、本実施形態において、半導体基板1、アンドープ層5、6、ソース20、14およびドレイン21、15としてSi半導体からなる半導体層を用いたが、Si1-x-yGexCy(0≦x≦1、0≦y≦1)のような組成を持つ半導体材料を用いてもよい。たとえば、歪みSiGe半導体、歪みSi半導体、Ge半導体または歪みGe半導体などをチャネル層に用いると、Si半導体よりも高い移動度を得ることができる。
In the present embodiment, the
ソース20、14およびドレイン21、15の材料は、チャネルの材料にあわせて選択可能であり、たとえば、ソース20、14およびドレイン21、15にSi半導体を用い、チャネルにSiGe半導体を用いるといったように、ソースにチャネルよりもバンドギャップの広い材料を選択すると、ソースからチャネルへのキャリアの拡散がヘテロ界面で発生するバレンスバンドの差によって加速されて高速化を図れる。また、ドレインにチャネルよりもバンドギャップの広い材料を用いると、オフリーク電流を低減できる。図2は、第1の実施形態において、変形例の半導体装置の構造を示す断面図である。図2に示すように、この変形例では、Si半導体からなるnウェル31と、チャネルとなるアンドープ歪みSiGe半導体層32と、Si半導体からなるソース領域33およびドレイン領域34とが形成されている。
The materials of the
また、各種特性を向上するために、チャネルを多層の半導体から構成してもよい。図3は、第1の実施形態において、変形例の半導体装置の構造を示す断面図である。図3に示すように、この変形例では、アンドープ歪みSiGe半導体層32の上に、アンドープSi層35を設け、ヘテロ界面に埋め込みチャネルを形成している。この構造では、埋め込みチャネルを形成することで、ゲート絶縁膜界面での移動度の劣化を防ぐことができる。
In order to improve various characteristics, the channel may be composed of a multilayer semiconductor. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. As shown in FIG. 3, in this modification, an
また、ゲート電極9、10としては、ポリシリコンに限らず、金属、シリサイド、SiGe、ポリSiGeを使用してもよい。これらの材料を適宜使用することで、チャネル濃度を濃くせずに、閾値電圧の値を制御することが可能である。
The
ゲート絶縁膜7、8としては、SiO2膜の代わりに、High−K材料などの絶縁体を使用してもよい。具体的には、ZrO2、ZrSiO、ZrSiON、HfO2、HfSiO、HfSiON、SiN、TiO2、La2O3、SiON、Al2O3、SrTiO3、BaSrTiO3、Nd2O3およびTa2O5のうちのいずれか1つ、またはこれらの積層構造をゲート絶縁膜7、8として用いることで、ゲートリーク電流の低減や、単位容量増加による電流駆動力の増加が実現できる。
As the
また、閾値電圧の制御と短チャネル効果の防止として、nウェル3およびpウェル4の濃度をたとえば1×1018cm-3以上に設定することができる。通常、ウェル濃度を濃くすると、接合容量やリーク電流の問題が発生しやすいが、本実施形態では、アンドープ層5をウェル3、4とゲート絶縁膜7との間に介在させているので、そのような問題がおこりにくい。
Further, as control of the threshold voltage and prevention of the short channel effect, the concentration of the n-well 3 and the p-well 4 can be set to 1 × 10 18 cm −3 or more, for example. Usually, when the well concentration is increased, problems such as junction capacitance and leakage current are likely to occur. However, in this embodiment, the
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態における電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。図4では、ウェル領域31の上にアンドープSi層32aだけでなくウェル電極36が設けられている。これ以外の構成は図2に示す構成と同様であるので詳細な説明を省略する。このウェル電極36にバイアスを印加することによって、チャネルに不純物をドーピングしていなくても、所望の閾値電圧を得ることができる。また、短チャネル効果を防止することもできる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a field effect transistor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, not only the
(第3の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態で説明した電界効果型トランジスタを製造する方法について説明する。図5(a)〜図9(b)は、本発明の第3の実施形態における電界効果型トランジスタの製造方法を示す断面図である。図5(a)〜図9(b)において、図1に示す部材と同じ部材には、同一の符号を付している。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a method for manufacturing the field effect transistor described in the first embodiment will be described. FIG. 5A to FIG. 9B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a field effect transistor according to the third embodiment of the present invention. 5A to 9B, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
本実施形態の製造方法では、まず、図5(a)に示す工程で、シリコンからなる半導体基板1の一部に素子分離領域2を形成した後、図5(b)に示す工程で、イオン注入を行うことにより、半導体基板1のうち素子分離領域2によって囲まれる領域に、n型不純物を含むnウェル3およびp型不純物を含むpウェル4をそれぞれ形成する。
In the manufacturing method of the present embodiment, first, after the
次に、図5(c)に示す工程で、nウェル3およびpウェル4の上に、たとえばSiGe半導体からなるアンドープ層5、6をエピタキシャル成長し、図6(a)に示す工程で、アンドープ層5、6の上に、ゲート絶縁膜となる絶縁膜7a、8aを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 5C,
次に、図6(b)に示す工程で、絶縁膜7a、8aの上に、たとえばポリシリコンからなるゲート電極9、10を形成する。その後、図6(c)に示す工程で、絶縁膜7a、8aの上全体に、たとえばSiNからなる絶縁膜11を形成する。その後、p型トランジスタを形成する領域(nウェル3が形成される領域)40aをレジスト12で被覆し、n型トランジスタを形成する領域(pウェル4が形成される領域)41aを露出させる。
Next, in the step shown in FIG. 6B,
次に、図7(a)に示す工程で、異方性エッチングを行うことにより、絶縁膜11のうちゲート電極10の側壁上に位置する部分のみを残し、サイドウォール絶縁膜13を形成する。その後、絶縁膜8aのうち露出している部分を除去してゲート絶縁膜8を除去する。
Next, by performing anisotropic etching in the step shown in FIG. 7A, the
次に、図7(b)に示す工程で、レジスト12を除去する。その後、エピタキシャル成長法により、アンドープ層6の上に、たとえばPをドープしたn導電型のSiからなるソース14とドレイン15を選択的に形成する。このとき、p型トランジスタを形成する領域40aは絶縁膜11に覆われているため、n型トランジスタを形成する領域41aにおいてのみ結晶成長が進行する。
Next, the resist 12 is removed in the step shown in FIG. Thereafter, a
次に、図8(a)に示す工程で、n型トランジスタを形成する領域41aをレジスト25で被膜して、p型トランジスタを形成する領域40aを露出させる。その状態で、異方性エッチングを行うことにより、絶縁膜11のうちゲート電極9の側壁上に位置する部分のみを残し、サイドウォール絶縁膜19を形成する。その後、絶縁膜7aのうち露出している部分を除去して、ゲート絶縁膜7を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 8A, the
次に、図8(b)に示す工程で、レジスト25を除去する。その後、基板の上全体を絶縁膜27で被覆する。その後、絶縁膜27のうちnチャネルトランジスタを形成する領域41aをレジスト26で覆い、絶縁膜27のうちpチャネルトランジスタを形成する領域40aを露出させる。
Next, the resist 25 is removed in the step shown in FIG. Thereafter, the entire upper surface of the substrate is covered with an insulating
次に、図9(a)に示す工程でエッチングを行うことにより、pチャネルトランジスタを形成する領域40aに位置する絶縁膜27を除去する。その後、レジスト26を除去する。その後、エピタキシャル成長法により、アンドープ層5の上に、たとえばBをドープしたp導電型のSiからなるソース領域20とドレイン領域21を選択的に形成する。このとき右側のn型トランジスタを形成する領域41aは絶縁膜27に覆われているため、左側のp型トランジスタを形成する領域40aにおいてのみ結晶成長が進行する。
Next, the insulating
次に、図9(b)に示す工程で、絶縁膜27を除去した後、シリサイドからなるソース電極16、22、ドレイン電極17、23およびゲート電極18、24を形成する。以上の工程により、n型およびp型のトランジスタを作製することができる。
Next, in the step shown in FIG. 9B, after the insulating
なお、本実施の形態において、nウェルおよびpウェルをイオン注入法を用いて形成したが、エピタキシャル成長法を用いて形成してもよい。 Note that in this embodiment mode, the n well and the p well are formed using the ion implantation method, but may be formed using an epitaxial growth method.
(第4の実施形態)
図10(a)〜図11(b)は、本発明の第4の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
10 (a) to 11 (b) are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a field effect transistor according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施形態の製造方法では、まず、図10(a)に示す工程で、半導体基板100の上にたとえばSiからなるnウェル101、SiGeからなるアンドープ層102およびp+Si層103をこの順でエピタキシャル成長する。その後、p+Si層103の上に、第1の絶縁膜104を形成する。
In the manufacturing method of the present embodiment, first, in the step shown in FIG. 10A, an n well 101 made of, for example, Si, an
次に、図10(b)に示す工程で、第1の絶縁膜104の上に、開口を有するレジスト107を形成する。その後、レジスト107をマスクとして、第1の絶縁膜104およびp+Si層103に対してエッチングを行うことにより、第1の絶縁膜104およびp+Si層103を貫通する溝112を形成する。なお、このエッチングにより、p+Si層103は、溝112を隔ててソース105とドレイン106とに分けられる。
Next, a resist 107 having an opening is formed on the first insulating
次に、図10(c)に示す工程で、第1の絶縁膜104および溝112の表面上全体に、第2の絶縁膜108aを塗布する。その後、図11(a)に示す工程で、第2の絶縁膜108aの上から溝112を埋める金属膜(図示せず)を蒸着した後、第2の絶縁膜108aおよび金属膜のうち溝112内に位置する部分のみを残し、他の部分を除去する。これにより、溝112の表面を覆うゲート絶縁膜108と、ゲート絶縁膜108の上から溝112を埋めるゲート電極109とを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 10C, the second
その後、図11(b)に示す工程で、第1の絶縁膜104を除去し、ゲート電極109の両側方にソース電極110およびドレイン電極111を形成する。以上の工程により、本実施形態のMIS型電界効果型トランジスタが形成される。
After that, in the step shown in FIG. 11B, the first insulating
なお、本実施形態では、nウェル101をエピタキシャル成長法を用いて形成したが、イオン注入法を用いて形成してもよい。 In this embodiment, the n-well 101 is formed using the epitaxial growth method, but may be formed using an ion implantation method.
本発明にかかる電界効果型トランジスタは、短チャネル効果を防止することができると共に、移動度の向上および接合リーク電流の低減が可能な点で、微細なデザインルールの集積回路用トランジスタとして有用である。またCMOS回路用トランジスタとしても、単体用途のトランジスタとしても有用である。 The field effect transistor according to the present invention is useful as a transistor for an integrated circuit with a fine design rule in that it can prevent a short channel effect and can improve mobility and reduce junction leakage current. . Further, it is useful as a transistor for a CMOS circuit or a transistor for single use.
1 半導体基板
2 素子分離領域
3 nウェル
4 pウェル
5、6 アンドープ層
7、8 ゲート絶縁膜
7a、8a 絶縁膜
9、10 ゲート電極
11 絶縁膜
12 レジスト
13、19 サイドウォール絶縁膜
14 ソース
15 ドレイン
16、22 ソース電極
17、23 ドレイン電極
18、24 ゲート電極
20、14 ソース
21、15 ドレイン
25、26 レジスト
27 絶縁膜
31 nウェル
32 アンドープ歪みSiGe層
32a アンドープSi層
33 ソース領域
34 ドレイン領域
35 アンドープSi層
36 ウェル電極
100 半導体基板
101 nウェル
102 アンドープ層
103 p+Si層
104 第1の絶縁膜
105 ソース
106 ドレイン
107 レジスト
108 ゲート絶縁膜
108a 第2の絶縁膜
109 ゲート電極
110 ソース電極
111 ドレイン電極
112 溝
1 Semiconductor substrate
2 Device isolation region
3 n-well
4 p-well
5, 6 Undoped layer
7, 8 Gate insulation film
7a, 8a Insulating film
9, 10 Gate electrode
11 Insulating film
12 resist
13, 19 Side wall insulating film
14 Source
15 Drain
16, 22 Source electrode
17, 23 Drain electrode
18, 24 Gate electrode
20, 14 source
21, 15 Drain
25, 26 resist
27 Insulating film
31 n-well
32 Undoped strained SiGe layer
32a Undoped Si layer
33 Source region
34 Drain region
35 Undoped Si layer
36
Claims (7)
前記第1導電型の半導体層の上に設けられたアンドープ半導体層と、
前記アンドープ半導体層の上に、互いに離間して設けられた第2導電型の半導体層からなるソースおよびドレインと、
前記アンドープ半導体層のうち前記ソースと前記ドレインとの間に位置する領域の上に、前記ソースおよび前記ドレインとは離間して設けられた第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ソースおよび前記ドレインとの間に介在する第2の絶縁膜とを備える電界効果型トランジスタ。 A first conductivity type semiconductor layer;
An undoped semiconductor layer provided on the semiconductor layer of the first conductivity type;
A source and a drain made of a semiconductor layer of a second conductivity type provided on the undoped semiconductor layer and spaced apart from each other;
A first insulating film provided on the region of the undoped semiconductor layer located between the source and the drain and spaced apart from the source and the drain;
A gate electrode provided on the first insulating film;
A field effect transistor comprising: the gate electrode; and a second insulating film interposed between the source and the drain.
前記アンドープ半導体層の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の一部の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜と前記ゲート電極とをマスクとして、前記第1の絶縁膜のうち露出する部分を除去する工程と、
前記アンドープ半導体層の上に、ゲート電極および前記第2の絶縁層を挟んで互いに離間する、第2導電型の半導体層からなるソースおよびドレインを結晶成長する工程とを備える電界効果型トランジスタの製造方法。 Crystal growth of an undoped semiconductor layer on the semiconductor layer of the first conductivity type;
Forming a first insulating film on the undoped semiconductor layer;
Forming a gate electrode on a portion of the first insulating film;
Forming a second insulating film on the sidewall of the gate electrode;
Removing the exposed portion of the first insulating film using the second insulating film and the gate electrode as a mask;
And a step of crystal-growing a source and a drain made of a semiconductor layer of a second conductivity type, which are separated from each other with the gate electrode and the second insulating layer interposed therebetween on the undoped semiconductor layer. Method.
前記アンドープ半導体層の上に第2導電型の半導体層を結晶成長する工程と、
前記第2導電型の半導体層の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜および前記第2導電型の半導体層を貫通する溝を形成して前記第2導電型の半導体層を2つに分離することにより、前記第2導電型の半導体層からなるソースおよびドレインを形成する工程と、
前記溝の表面を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を除去する工程とを備える、電界効果型トランジスタの製造方法。 Crystal growth of an undoped semiconductor layer on the semiconductor layer of the first conductivity type;
Crystal growth of a second conductivity type semiconductor layer on the undoped semiconductor layer;
Forming a first insulating film on the semiconductor layer of the second conductivity type;
A groove penetrating the first insulating film and the second conductivity type semiconductor layer is formed to separate the second conductivity type semiconductor layer into two, thereby comprising the second conductivity type semiconductor layer. Forming a source and a drain;
Forming a gate insulating film covering the surface of the trench;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
And a step of removing the first insulating film.
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