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JP3383154B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JP3383154B2
JP3383154B2 JP15999696A JP15999696A JP3383154B2 JP 3383154 B2 JP3383154 B2 JP 3383154B2 JP 15999696 A JP15999696 A JP 15999696A JP 15999696 A JP15999696 A JP 15999696A JP 3383154 B2 JP3383154 B2 JP 3383154B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
region
soi
type
channel
Prior art date
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Application number
JP15999696A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH1012883A (en
Inventor
彰 西山
修 有隅
信 吉見
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP15999696A priority Critical patent/JP3383154B2/en
Publication of JPH1012883A publication Critical patent/JPH1012883A/en
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Publication of JP3383154B2 publication Critical patent/JP3383154B2/en
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は単体の絶縁ゲート型
半導体装置およびこれを含む集積回路(LSI)等の半
導体装置に係り、特に絶縁膜上に形成される絶縁ゲート
型半導体装置に関わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single insulated gate type semiconductor device and a semiconductor device such as an integrated circuit (LSI) including the same, and more particularly to an insulated gate type semiconductor device formed on an insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の256Mbダイナミックランダム
アクセスメモリ(DRAM)技術等に見られる半導体集
積回路(LSI)の高集積化への進歩には著しいものが
ある。しかし、DRAMを例に説明すると、集積度の進
展にともない、メモリセル面積は益々減少する傾向にあ
り、アルファ線により引き起こされるいわゆるソフトエ
ラーを防ぐためのセル容量の確保が難しくなっている。
DRAMのソフトエラー防止のためには図11に示すよ
うな絶縁膜(SOI絶縁膜)202上の単結晶シリコン
膜165上に半導体素子を作る、いわゆるSOI(Si
licon−On−Insulator)構造が採用さ
れている。SOI素子は、微細かつ高速動作が可能であ
り、高性能素子として有望である。SOI構造を用いれ
ば、アルファ線により発生する電子・正孔対を、SOI
絶縁膜上の単結晶シリコン膜(以下、「SOI膜」とい
う)165内に制限することができるためソフトエラー
耐性は飛躍的に向上する。図11はnチャンネルSOI
素子であるが、このnチャンネルSOI素子は、図12
に示すように、チャンネル領域に蓄積された正孔(ホー
ル)による、いわゆる基板浮遊効果が生じるためドレイ
ン破壊電圧がバルクMOSFETに比して低いという欠
点がある。また従来のnチャンネルSOI素子は図13
に示すようにスイッチング動作における電流オーバーシ
ュートなどの不安定性の問題もあり、実用上の大きな問
題になっている。
2. Description of the Related Art Recent advances in high integration of semiconductor integrated circuits (LSIs) found in 256 Mb dynamic random access memory (DRAM) technology and the like are remarkable. However, taking a DRAM as an example, the memory cell area tends to decrease more and more with the progress of the degree of integration, and it is difficult to secure a cell capacity for preventing so-called soft error caused by alpha rays.
In order to prevent a soft error of DRAM, a so-called SOI (Si (Si) film is formed on the single crystal silicon film 165 on the insulating film (SOI insulating film) 202 as shown in FIG.
The Licon-On-Insulator structure is adopted. The SOI element is fine and can operate at high speed, and is promising as a high-performance element. If the SOI structure is used, the electron-hole pairs generated by alpha rays are
Since it can be limited to the single crystal silicon film (hereinafter referred to as “SOI film”) 165 on the insulating film, the soft error resistance is dramatically improved. Figure 11 shows n-channel SOI
This n-channel SOI device is a device shown in FIG.
As shown in, the so-called substrate floating effect due to holes accumulated in the channel region occurs, so that the drain breakdown voltage is lower than that of the bulk MOSFET. The conventional n-channel SOI device is shown in FIG.
As shown in (3), there is a problem of instability such as current overshoot in switching operation, which is a big problem in practical use.

【0003】このような、nチャンネルSOI・素子に
おける基板浮遊効果対策として、MOSFETのチャン
ネル領域に対してバンドギャップ(禁制帯幅)Eの狭
い材料をソース領域に用いた構造が提案されている(特
開平1−255252号公報)。特開平1−25525
2号公報に開示されたMOSFETにおいてはソース領
域を構成する半導体材料のバンドギャップEを狭める
ことにより、基板浮遊効果の主原因となる、正孔のチャ
ンネル内の蓄積が効果的に防止可能である。
As a measure against such a substrate floating effect in an n-channel SOI device, a structure using a material having a narrow bandgap (forbidden band width) E g for the source region of the MOSFET channel region has been proposed. (JP-A-1-255252). Japanese Patent Laid-Open No. 1-252525
In the MOSFET disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2 publication, by narrowing the band gap E g of the semiconductor material forming the source region, it is possible to effectively prevent the accumulation of holes in the channel, which is the main cause of the substrate floating effect. is there.

【0004】Siをチャンネル領域とするMOSFET
に対してバンドギャップの狭い材料として、最も代表的
なものはSix Ge1-x (0<x<1)であり、これを
用いたSOI・MOSFETの一つを図14(a)に示
す。図14(a)のnチャンネルSOI・MOSFET
は台基板となるSi基板201の上に酸化膜等のSOI
絶縁膜202が形成されその上に活性層となるp型のS
OI膜203が形成され、このSOI膜の一部にn+
ース/ドレイン領域206が形成されている。図14
(a)の特徴は、このn+ ソース/ドレイン領域206
の内部にSix Ge1-x 層207が形成されている点で
ある。n+ ソース領域206とn+ ドレイン領域206
とに挾まれたp型SOI膜からなるチャンネル領域20
3の上部にはゲート酸化膜25が形成され、その上にた
とえばポリシリコン等のゲート電極26が形成されてい
る点は通常のnチャンネルMOSFETと同様である。
MOSFET having Si as a channel region
On the other hand, the most typical material having a narrow band gap is Si x Ge 1-x (0 <x <1), and one SOI / MOSFET using this is shown in FIG. . The n-channel SOI MOSFET of FIG. 14 (a)
Is an SOI film such as an oxide film on a Si substrate 201 which is a base substrate.
An insulating film 202 is formed, and a p-type S that serves as an active layer is formed thereon.
An OI film 203 is formed, and an n + source / drain region 206 is formed in a part of this SOI film. 14
The feature of (a) is that this n + source / drain region 206 is
The point is that the Si x Ge 1-x layer 207 is formed inside. n + source region 206 and n + drain region 206
Channel region 20 made of p-type SOI film sandwiched between
A gate oxide film 25 is formed on the upper part of the gate electrode 3, and a gate electrode 26 made of, for example, polysilicon is formed on the gate oxide film 25, which is similar to a normal n-channel MOSFET.

【0005】図14(a)のnチャンネルSOI・MO
SFETのポテンシャルプロファイルを図14(b)に
示す。このようなMOSFETでは、図14(b)に示
すように、ソース領域のバンドギャップを破線の位置ま
で狭くすることができ、n+ソース領域内部へ流れる正
孔電流は、指数関数的に増大することが実験的に、ある
いはシミュレーションにより明らかである。たとえばチ
ャンネル長0.5μmのnチャンネルSOI・MOSF
ETの電流電圧特性を図15に示す。図15に示す電流
電圧特性のうち実線はGeイオンを加速電圧Vac=50
kVにおいて、ドーズ量Φ=3×1016cm-2でイオン
注入したSOI・MOSFETについて測定したもので
ある。図15において破線で示すSiのみをソース/ド
レイン領域とする(SiGe領域無しの)nチャンネル
MOSFETに対し、実線で示すSiGe層をソース/
ドレイン領域内部に有するnチャンネルMOSFETは
ドレイン破壊電圧が1V以上改善していることがわか
る。
The n-channel SOI MO of FIG. 14A
The potential profile of the SFET is shown in FIG. In such a MOSFET, as shown in FIG. 14B, the bandgap of the source region can be narrowed to the position of the broken line, and the hole current flowing inside the n + source region exponentially increases. It is clear experimentally or by simulation. For example, n-channel SOI / MOSF with a channel length of 0.5 μm
The current-voltage characteristic of ET is shown in FIG. The solid line in the current-voltage characteristics shown in FIG. 15 indicates that Ge ions have an acceleration voltage V ac = 50.
This is a measurement for an SOI-MOSFET which is ion-implanted at a dose amount Φ = 3 × 10 16 cm -2 at kV. In FIG. 15, the SiGe layer shown by the solid line is the source / drain region for the n-channel MOSFET (without the SiGe region) shown in FIG.
It can be seen that the drain breakdown voltage of the n-channel MOSFET inside the drain region is improved by 1 V or more.

【0006】図14(a)に断面構造を示したようなn
チャンネルSOI・MOSFETは以下のような製造工
程で製造される。まず、SIMOX(Separati
onby IMplanted OXygen)法を用
いてSOI基板を作成する。すなわち、シリコン基板2
01に酸素イオンをイオン注入し、熱処理することによ
り、上層のシリコン膜(SOI膜)203と下層のシリ
コン基板201を分離するように、埋め込み酸化膜(S
OI絶縁膜)202を形成する。そして、上層のSOI
膜203に対して隣接する素子間を電気的に分解するた
めの、素子間分離領域となるフィールド酸化膜領域をS
3 4 膜等を用いたLOCOS(Local Oxi
dation of Silicon)法等により形成
する(ただし、図14(a)においては、素子間分離領
域の図示を省略しているが、図示部分からはずれた両側
の位置にあることは容易に理解されるであろう)。続い
て、LOCOS法に用いたSi3 4 膜等を除去し、フ
ィールド酸化膜領域に囲まれた素子形成領域(活性領
域)203の表面を露出させ、その露出した活性領域
(SOI膜)203の表面に熱酸化法等によりゲート酸
化膜25を形成する。そしてこの後、この上にLPCV
D(Low Pressure Chemical V
apour Deposition)法等によるポリシ
リコン膜26の形成を行う。そして、フォト・リソグラ
フィー工程により、レジストパターンをポリシリコン膜
26のゲート電極予定領域部分の上部のみに形成し、こ
のレジストパターンをマスクとしてRIE(React
ive Ion Etchin)法等により、ポリシリ
コンゲート電極26、及びゲート酸化膜25を形成す
る。そして、n+ ソース/ドレイン領域206形成のた
めのAs等のn型不純物イオンをポリシリコンゲート電
極26を用いて自己整合的にイオン注入し、熱処理す
る。続いて、このソース/ドレイン領域206にGeを
イオン注入し、熱処理を施し、ソース/ドレイン領域2
06の内部にSiGe層207を形成すれば、図14
(a)に示すような、nチャンネルSOI・MOSFE
Tが完成する。実際にはこの後、さらに酸化膜、PSG
膜、BPSG膜等の層間絶縁膜を表面に堆積し、この層
間絶縁膜中に電極コンタクト用の開口(コンタクトホー
ル)を形成し、ソース/ドレイン金属電極配線等のメタ
ライゼーション工程を行うのであるが、ここでは図示を
省略する。
As shown in the sectional structure of FIG.
The channel SOI.MOSFET is manufactured by the following manufacturing process. First, SIMOX (Separati)
An SOI substrate is prepared by using an on-by-implanted OXygen) method. That is, the silicon substrate 2
Oxygen ions are ion-implanted into 01 and heat-treated to separate the upper silicon film (SOI film) 203 from the lower silicon substrate 201 so that the buried oxide film (S
An OI insulating film) 202 is formed. And the upper layer SOI
A field oxide film region serving as an element isolation region for electrically decomposing elements adjacent to the film 203 is formed by S.
LOCOS (Local Oxi) using i 3 N 4 film, etc.
formation by a method such as a date of silicon method (however, in FIG. 14A, although illustration of the element isolation region is omitted, it is easily understood that the element isolation regions are located on both sides deviated from the illustrated portion. Will). Subsequently, the Si 3 N 4 film used for the LOCOS method is removed to expose the surface of the element formation region (active region) 203 surrounded by the field oxide film region, and the exposed active region (SOI film) 203 A gate oxide film 25 is formed on the surface of the substrate by a thermal oxidation method or the like. And after this, LPCV on this
D (Low Pressure Chemical V
The polysilicon film 26 is formed by an apour deposition method or the like. Then, by a photolithography process, a resist pattern is formed only on the upper portion of the gate electrode planned region portion of the polysilicon film 26, and this resist pattern is used as a mask for RIE (React).
A polysilicon gate electrode 26 and a gate oxide film 25 are formed by an iv Ion Etching method or the like. Then, n-type impurity ions such as As for forming the n + source / drain regions 206 are ion-implanted in a self-aligned manner by using the polysilicon gate electrode 26 and heat-treated. Subsequently, Ge is ion-implanted into the source / drain regions 206 and heat treatment is performed to form the source / drain regions 2
If the SiGe layer 207 is formed in the inside of FIG.
N-channel SOI / MOSFE as shown in (a)
T is completed. Actually, after this, further oxide film, PSG
An interlayer insulating film such as a film or a BPSG film is deposited on the surface, an opening (contact hole) for electrode contact is formed in this interlayer insulating film, and a metallization process for source / drain metal electrode wiring or the like is performed. The illustration is omitted here.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】一方、pチャンネルS
OI・MOSFETについては最近までドレイン破壊電
圧が高いなどの事のため基板浮遊効果は大きな注目を集
めていなかった。ドレイン破壊電圧が高いのはpチャン
ネルSOI・MOSFETの電流駆動力がnチャンネル
SOI・MOSFETのそれに比べ小さく、かつドレイ
ン近傍の電界による正孔の電子に対するインパクトイオ
ン化率が小さいことのためである。しかしながら本発明
の発明者による詳細な実験により、ゲート長0.5μm
以下の素子等を用いたLSIパターンの微細化に伴い、
pチャンネルSOI・MOSFETにおいてもその電流
駆動力が高まり、ドレイン近傍の電界の上昇が起こり、
もはや基板浮遊効果は無視できなくなってきている事が
次第に明らかになってきた。例えば図16(a)に示す
ようにpチャンネルSOI・MOSFETでもId−V
d靜特性中のキンクが見られること、あるいは、図16
(b)に示すような5極管領域でのしきい値係数の異常
な減少が現れることが明らかになってきた。これらの異
常な特性はnチャンネルSOI・MOSFETの場合と
同様、たとえばアナログ回路での出力波の“ひずみ”を
形成する原因となるし、5極管領域でのしきい値の低下
を引き起こす。さらに図17(a)に示す様な、バルク
MOSFET(破線)に比してドレイン耐圧の低下した
pチャンネルSOI・MOSFET(実線)を例えば図
17(b)に示すようなCMOSインバータ回路に用い
た場合においては入力を高レベル(High)にしても
出力が低レベル(Low)にならず出力がフルスイング
しないという問題を起こす。
On the other hand, p channel S
Until recently, the floating body effect of OI / MOSFETs has not received much attention because of its high drain breakdown voltage. The drain breakdown voltage is high because the current driving power of the p-channel SOI.MOSFET is smaller than that of the n-channel SOI.MOSFET, and the impact ionization rate of holes due to the electric field near the drain for electrons is small. However, according to a detailed experiment by the inventor of the present invention, the gate length is 0.5 μm.
With the miniaturization of LSI patterns using the following elements,
Even in the p-channel SOI MOSFET, the current driving force is increased, and the electric field near the drain is increased,
It has gradually become clear that the substrate floating effect can no longer be ignored. For example, as shown in FIG. 16A, even in the case of a p-channel SOI MOSFET, Id-V
d: A kink in the characteristic can be seen, or FIG.
It has become clear that an abnormal decrease in the threshold coefficient appears in the pentode region as shown in (b). These abnormal characteristics cause the formation of "distortion" of the output wave in, for example, an analog circuit, as in the case of the n-channel SOI.MOSFET, and lower the threshold value in the pentode region. Further, as shown in FIG. 17A, a p-channel SOI.MOSFET (solid line) whose drain breakdown voltage is lower than that of a bulk MOSFET (broken line) is used in a CMOS inverter circuit as shown in FIG. 17B, for example. In this case, even if the input is at the high level (High), the output does not go to the low level (Low) and the output does not swing fully.

【0008】以上述べた問題点を鑑み本発明の目的は、
ゲート長0.5μm以下の微細化された構造において無
視できなくなってきているpチャンネルSOI・MOS
FETを含むpMOSLSIやCMOSLSI等の半導
体装置の基板浮遊効果を抑制することが可能な新規な構
造、を提供することである。
In view of the above problems, the object of the present invention is to
A p-channel SOI / MOS that cannot be ignored in a miniaturized structure with a gate length of 0.5 μm or less
It is to provide a novel structure capable of suppressing the floating body effect of a semiconductor device such as a pMOS LSI or a CMOS LSI including an FET.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は第1の絶縁膜上に形成されたn型の第1の
半導体領域と、ソース領域と、ドレイン領域と、該第1
の半導体領域の上部に形成されたゲート絶縁膜としての
第2の絶縁膜を介して該第1の半導体領域を流れる電流
を制御するゲート電極とを有するトランジスタを少なく
とも含む半導体装置であって、該ソースおよびドレイン
領域にはp型不純物元素が含まれ、該ソースおよびドレ
イン領域の少なくとも一方の領域の少なくとも一部又は
全部あるいは一部チャンネル領域に至るまでが前記第1
の半導体領域よりも禁制帯幅(バンドギャップ)E
小さい第2の半導体領域から成ることを第1の特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides an n-type first semiconductor region, a source region, a drain region, and an n-type first semiconductor region formed on a first insulating film. 1
A semiconductor device including at least a transistor having a gate electrode for controlling a current flowing through the first semiconductor region via a second insulating film as a gate insulating film formed on the semiconductor region of The source and drain regions contain a p-type impurity element, and at least part or all of at least one of the source and drain regions or part of the region reaches the channel region.
The first feature is that the second semiconductor region has a forbidden band width (bandgap) E g smaller than that of the second semiconductor region.

【0010】さらに上記目的を達成するために、本発明
は第1の絶縁膜上に形成されたn型の第1の半導体領域
と、ソース領域と、ドレイン領域と、該第1の半導体領
域の上部に形成されたゲート絶縁膜を介して該第1の半
導体領域を流れる電流を制御するゲート電極とを有する
トランジスタを少なくとも含む半導体装置であって、該
ソースおよびドレイン領域にはp型不純物元素が含ま
れ、該ソースおよびドレイン領域の少なくとも一方の領
域の上部もしくは下部又は上部および下部の両方に前記
第1の半導体領域よりも禁制帯幅Eの小さい第2の半
導体領域が形成されたことを第2の特徴とする。
To further achieve the above object, the present invention provides an n-type first semiconductor region formed on a first insulating film, a source region, a drain region, and the first semiconductor region. What is claimed is: 1. A semiconductor device comprising at least a transistor having a gate electrode for controlling a current flowing through the first semiconductor region via a gate insulating film formed on the upper part, wherein a p-type impurity element is contained in the source and drain regions. A second semiconductor region having a forbidden band width E g smaller than that of the first semiconductor region is formed on the upper part or the lower part or both of the upper part and the lower part of at least one of the source and drain regions. This is the second feature.

【0011】このバンドギャップEの小さな第2の半
導体領域としては第1の半導体領域をSiとした場合に
はSi系の材料が好ましく、具体的にはSix
1-x ,Six Sn1-x が好ましい。
As the second semiconductor region having a small band gap E g, a Si-based material is preferable when the first semiconductor region is Si, and specifically, Si x G
e 1-x and Si x Sn 1-x are preferable.

【0012】また、第2の半導体領域としては、Siの
格子定数が大きくなる方向に歪を内含させる材料でも
よい。 これらの材料の形成方法としてはGeあるいは
SnのSi中へのイオン注入、SiGe層(SiGeの
かわりにSiSn層等でもよい)のSi上への選択CV
D、歪を受けない(格子定数の変化のない)SiGe層
(あるいはSiSn層)の形成とその上へのSiの結晶
成長、CaF2 層とCaSrF2 層上へのSiの結晶成
長等を行えばよい。
The second semiconductor region may be made of a material containing strain in the direction of increasing the lattice constant of Si.
Good. As a method for forming these materials, ion implantation of Ge or Sn into Si, selective CV of SiGe layer (SiSn layer or the like may be used instead of SiGe) on Si are selected.
D, formation of a SiGe layer (or SiSn layer) which is not strained (no change in lattice constant), Si crystal growth on it, Si crystal growth on CaF2 and CaSrF2 layers, etc. .

【0013】図5に示すSiGe層238,239のC
VDによる場合はSi等からなる第1の半導体領域のp
+ ソース/ドレイン領域312,313の上部に禁制帯
幅Eの小さい第2の半導体領域238,239が形成
されたことになる。また、図7に示すSiGe層44の
上にSi層45aを成長した場合にはp+ ソース領域4
09の下部に第2の半導体領域が形成され、さらにp+
ソース領域自身も歪を受けてバンドギャップEgが小さ
くなっている。
C of the SiGe layers 238 and 239 shown in FIG.
In the case of VD, p of the first semiconductor region made of Si or the like is used.
The second semiconductor regions 238 and 239 having a small forbidden band width E g are formed on the + source / drain regions 312 and 313. Further, p + source region 4 when the growth of the Si layer 45a on the SiGe layer 44 shown in FIG. 7
A second semiconductor region is formed under 09, and p +
The source region itself is also strained and the band gap Eg is reduced.

【0014】図1(a)は最も基本的な例として、p+
ソース領域の全部をSiGe層で形成し、p+ ソース領
域のみのバンドギャップEを一様に狭めた場合のバン
ド図を示すものである。Siに対しSix Ge1-x はΔ
Evだけバンドギャップが狭いために価電子帯側にΔE
vのバンドの不連続性を持つことになる。この不連続性
によりチャンネル部に溜った電子のソース方向への流入
に対するエネルギー障壁φ1 が図1(a)に示す様に減
少する。このことによりチャンネル部に蓄積された電子
のp+ ソース領域への流入は促進され、基板浮遊効果は
抑制される。理論上は図1(a)のようにヘテロ接合界
面とp+ ソース領域端が一致することが望ましいのであ
るが製造技術上からは、図1(b)のようになることも
考えられる。つまり、図1(b)はp+ ソース領域の一
部がSiGe層の場合、すなわち、SiGe/Siヘテ
ロ接合界面がp+ ソース領域中にある場合のバンド図を
示すものである。この場合p+ ソース領域中にSiが存
在する分だけチャンネルに溜った電子に対する障壁が高
くなるが、このSi部は10nm以下の極めて薄い層と
しておけばトンネル電流が流れることによりチャンネル
に蓄積された電子はp+ ソース領域に吸い出される。S
i部の厚みを10nm以下の精度で製造することは熱処
理条件等の選定で比較的容易に制御できる。さらにSi
x Ge1-x 中でのキャリヤの再結合速度の増加によるチ
ャンネル部からの電子の吸い出しの促進も起こるため、
図1(b)に示すSi部分がp+ ソース領域に存在する
構造でもpチャンネルSOI・MOSFETの基板浮遊
効果抑制が可能であるのである。ただし、この際図1
(b)に示したA部はトランジスタ電流である正孔の流
れを抑制する方向に働くためにp+ ソース領域p型の不
純物密度(nSiGeおよびnSi)はできるだけ高くしてこ
こでの正孔の流れが滞らないようにするのがよい。
FIG. 1 (a) shows p + as the most basic example.
FIG. 7 shows a band diagram in the case where the entire source region is formed of a SiGe layer and the band gap E g of only the p + source region is narrowed uniformly. For Si, Si x Ge 1-x is Δ
Since the band gap is narrow by Ev, ΔE on the valence band side
There will be a discontinuity in the band of v. Due to this discontinuity, the energy barrier φ 1 against the inflow of electrons accumulated in the channel portion toward the source is reduced as shown in FIG. This promotes the inflow of electrons accumulated in the channel portion into the p + source region, and suppresses the substrate floating effect. In theory, it is desirable that the heterojunction interface and the edge of the p + source region coincide with each other as shown in FIG. 1A, but from the viewpoint of manufacturing technology, it may be as shown in FIG. 1B. That is, FIG. 1B shows a band diagram when a part of the p + source region is the SiGe layer, that is, when the SiGe / Si heterojunction interface is in the p + source region. In this case, the barrier against the electrons accumulated in the channel is increased due to the presence of Si in the p + source region, but if this Si part is formed as an extremely thin layer of 10 nm or less, a tunnel current flows and the charge is accumulated in the channel. The electrons are sucked into the p + source region. S
Manufacturing the thickness of the i portion with an accuracy of 10 nm or less can be controlled relatively easily by selecting heat treatment conditions and the like. Furthermore Si
Since the increase in the recombination rate of carriers in x Ge 1-x also promotes the extraction of electrons from the channel part,
Even in the structure shown in FIG. 1B in which the Si portion is present in the p + source region, it is possible to suppress the floating body effect of the p-channel SOI MOSFET. However, in this case,
Since the portion A shown in (b) works in the direction of suppressing the flow of holes, which is a transistor current, the p + source region p-type impurity density (n SiGe and n Si ) should be as high as possible. It is good practice not to block the flow of holes.

【0015】一方チャンネルに溜った電子のソースへの
引き抜きという観点からいうとSiGe部の不純物密度
SiGeに対し、p+ ソース領域のSi部の不純物密度n
siを低くすれば、図1(c)に示す様なバンド図とな
り電子に対する障壁はΔEvよりも小さな値ΔE(<Δ
Ev)とすることができるので、図1(b)の場合より
も効果的である。また図1(a)よりもSix Ge1-x
がチャンネル側に入った構造でもよく、この場合も、上
述のような電子のソース中への引き抜き効果が生じる。
On the other hand, from the viewpoint of extracting the electrons accumulated in the channel to the source, the impurity density n of the SiGe portion is nSiGe, and the impurity density n of the Si portion of the p + source region is n.
If si is lowered, a band diagram as shown in FIG. 1C is obtained, and the barrier against electrons is a value ΔE (<Δ which is smaller than ΔEv.
Since it can be set to Ev), it is more effective than the case of FIG. Moreover, as compared with FIG. 1A, Si x Ge 1-x
May enter the channel side, and in this case also, the effect of extracting electrons into the source as described above occurs.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図2(a)は本発明の第1の実施
の形態に係るpチャンネルSOI・MOSFETの断面
構造を示す。図2(a)において台基板となるn型(1
00)シリコン基板21の上部に第1の絶縁膜(SOI
絶縁膜)となる埋め込み酸化膜202を介してn型の第
1の半導体領域となるn型SOI膜23が形成されてい
る。そしてn型SOI膜23はSOI膜23の表面から
埋め込み酸化膜202に達するまで深く形成された熱酸
化膜24により素子分離がなされている。そしてこの素
子分離されたn型SOI膜23の領域を活性領域とし
て、この活性領域の内部にp+ ソース領域216および
+ ドレイン領域226が、その底部を埋め込み酸化膜
202に接するように形成されている。p+ ソース領域
216およびp+ ドレイン領域226の内部には、ボロ
ン(B)を含むシリコンゲルマ(SiGe)領域21
7,227が形成され、このSiGe領域217,22
7の上部には、酸化膜(SiO2 膜)、PSG膜、BP
SG膜等の層間絶縁膜211が形成され、この層間絶縁
膜211中に形成されたコンタクトホールを介してソー
ス金属電極218およびドレイン金属電極228が形成
されている。図2(a)は便宜上、誇張した模式断面図
であり、実際はSiGe領域217,227からはみ出
したp+ ソース/ドレイン領域216,226は10n
m以下の薄い領域である。またp+ ソース領域216お
よびp+ ドレイン領域226に挾まれたチャンネル領域
23の上部には第2の絶縁膜となるゲート酸化膜25を
介して、ポリシリコン等のゲート電極26が形成されて
いる。ポリシリコンゲート電極26の表面には後酸化膜
と称せられる薄い酸化膜27が形成されている。p+
ース領域216、p+ ドレイン領域226は、たとえば
ボロン(B)等のp型不純物元素を6×1018〜6×1
20cm-3程度の高不純物密度にドープした領域であ
る。
FIG. 2A shows a sectional structure of a p-channel SOI.MOSFET according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 2A, the n-type (1
00) a first insulating film (SOI
An n-type SOI film 23 to be an n-type first semiconductor region is formed via a buried oxide film 202 to be an insulating film. The n-type SOI film 23 is isolated by the thermal oxide film 24 which is deeply formed from the surface of the SOI film 23 to the buried oxide film 202. Then, using the region of the n-type SOI film 23 thus isolated as the active region, the p + source region 216 and the p + drain region 226 are formed inside the active region so that their bottoms are in contact with the buried oxide film 202. ing. Inside the p + source region 216 and the p + drain region 226, a silicon germanium (SiGe) region 21 containing boron (B) is formed.
7, 227 are formed, and the SiGe regions 217, 22 are formed.
On top of 7, oxide film (SiO 2 film), PSG film, BP
An interlayer insulating film 211 such as an SG film is formed, and a source metal electrode 218 and a drain metal electrode 228 are formed through contact holes formed in the interlayer insulating film 211. 2A is an exaggerated schematic cross-sectional view for the sake of convenience. Actually, the p + source / drain regions 216 and 226 protruding from the SiGe regions 217 and 227 are 10 n.
It is a thin region of m or less. A gate electrode 26 made of polysilicon or the like is formed on the channel region 23 sandwiched between the p + source region 216 and the p + drain region 226 via a gate oxide film 25 serving as a second insulating film. . A thin oxide film 27 called a post oxide film is formed on the surface of the polysilicon gate electrode 26. The p + source region 216 and the p + drain region 226 contain a p-type impurity element such as boron (B) in a range of 6 × 10 18 to 6 × 1.
This is a region doped with a high impurity density of about 0 20 cm -3 .

【0017】図2(b)は本発明の第1の実施例に係る
単体のpチャンネルSOI・MOSFETのドレイン電
流(Id)−ドレイン電圧(Vd)特性を参考例と比較
して示す図である。図2(b)に示すId−Vd特性は
ゲート長L=0.4μm、ゲート幅W=100μmのp
チャンネルSOI・MOSFETについてのものであ
り、実線はGe+ イオンを25KeVでドーズ量3×1
16cm-2で打ち込みp+ −SiGe領域217,22
7を形成した単体素子の特性であり、破線は対応するp
+ −SiGe領域を有しない単体素子(参考例)の特性
である。p+ −SiGe領域217,227を有するこ
とにより、チャンネル部に蓄積された電子のp+ ソース
領域への流入が促進され、ドレイン破壊電圧が1V以上
改善していることがわかる。
FIG. 2B is a diagram showing the drain current (Id) -drain voltage (Vd) characteristics of the single p-channel SOI.MOSFET according to the first embodiment of the present invention in comparison with the reference example. . The Id-Vd characteristics shown in FIG. 2B are p with a gate length L = 0.4 μm and a gate width W = 100 μm.
This is for channel SOI MOSFET, and the solid line is Ge + ions at 25 KeV and the dose amount is 3 × 1.
Implanted at 0 16 cm -2 p + -SiGe regions 217, 22
7 is the characteristic of the single element formed, and the broken line shows the corresponding p
These are the characteristics of a single element (reference example) having no + -SiGe region. It can be seen that by having the p + -SiGe regions 217 and 227, the flow of electrons accumulated in the channel portion into the p + source region is promoted, and the drain breakdown voltage is improved by 1 V or more.

【0018】図2(a)に示したpチャンネルSOI・
MOSFETは図3(a)〜図3(d)に示す方法によ
って製造できる。
The p-channel SOI shown in FIG.
The MOSFET can be manufactured by the method shown in FIGS. 3 (a) to 3 (d).

【0019】(イ)まず、n型(100)のSi基板2
1に酸素を加速電圧180KeV、ドーズ量2×1218
cm-2で注入し、1300℃で5時間熱処理するいわゆ
るSIMOX法により、シリコン表面から深さ200n
mの所に厚さ100nmの埋め込み酸化膜(SOI酸化
膜)202を形成する。このときSOI酸化膜202の
上部には単結晶シリコン膜(SOI膜)23が約200
nm形成される。次にSOI膜23の表面を熱酸化し、
この酸化膜をNH4 F溶液等でエッチング除去すること
により、SOI膜23を100nm厚さまで薄くする。
(A) First, the n-type (100) Si substrate 2
Oxygen in 1 acceleration voltage 180 KeV, dose 2 × 12 18
cm −2 and heat treatment at 1300 ° C. for 5 hours by a so-called SIMOX method to obtain a depth of 200 n from the silicon surface.
A buried oxide film (SOI oxide film) 202 having a thickness of 100 nm is formed at the position m. At this time, a single crystal silicon film (SOI film) 23 is formed on the SOI oxide film 202 by about 200.
nm is formed. Next, the surface of the SOI film 23 is thermally oxidized,
The SOI film 23 is thinned to a thickness of 100 nm by etching away the oxide film with NH 4 F solution or the like.

【0020】(ロ)次にLOCOS法等の選択酸化技術
により、素子分離膜24を形成し、隣接する素子間を電
気的に分離する。次にゲート酸化膜25を5nmの厚さ
に形成し、ボロン(B)を1020cm-3ドープした多結
晶Si(ポリシリコン)26を200nm程度の厚さに
CVD法により堆積し、フォトリソグラフィ工程を用い
て図3(a)に示す形状にゲート電極26として加工す
る。たとえばゲート長L=0.4μm、ゲート幅W=1
0μmの寸法にゲート電極を加工する。次に全面を酸化
し、厚さ5nmの後酸化膜27を多結晶Si表面(上面
および側面)に形成する。
(B) Next, an element isolation film 24 is formed by a selective oxidation technique such as LOCOS method, and adjacent elements are electrically isolated. Next, a gate oxide film 25 is formed to a thickness of 5 nm, polycrystalline Si (polysilicon) 26 doped with boron (B) at a concentration of 10 20 cm -3 is deposited to a thickness of about 200 nm by a CVD method, and photolithography is performed. The gate electrode 26 is processed into the shape shown in FIG. For example, gate length L = 0.4 μm, gate width W = 1
The gate electrode is processed to have a size of 0 μm. Next, the entire surface is oxidized to form a post oxide film 27 having a thickness of 5 nm on the surface of the polycrystalline Si (upper surface and side surface).

【0021】(ハ)次に図3(b)に示すように、Ge
を加速電圧30KeV、ドーズ量1−3×1016cm-2
でイオン注入し、Geをピーク濃度で約10〜30%含
有するSi層(Si0.9 Ge0.1 〜Si0.7 Ge
0.3 層)28を形成する。
(C) Next, as shown in FIG.
Acceleration voltage 30 KeV, dose 1-3 × 10 16 cm -2
Ion implantation is carried out at a Si layer (Si 0.9 Ge 0.1 to Si 0.7 Ge) containing about 10 to 30% of Ge in peak concentration.
0.3 layer) 28 is formed.

【0022】(ニ)次に全面にSiN膜を20nm堆積
し、その後全面エッチングする事により図3(c)に示
すように多結晶シリコンゲート電極の側壁に側壁SiN
膜29を形成する。さらにBF2 + を加速電圧20Ke
V、ドーズ量3×1015cm-2でイオン注入し、その後
850℃で窒素雰囲気中30分のアニールをする事によ
り、SiGeのp+ 層217,227およびSiのp+
層216,226を形成する。
(D) Next, a SiN film having a thickness of 20 nm is deposited on the entire surface, and then the entire surface is etched to form sidewall SiN on the sidewall of the polycrystalline silicon gate electrode as shown in FIG. 3C.
The film 29 is formed. Furthermore, BF 2 + is accelerated at an acceleration voltage of 20 Ke.
V, and the ion implanted at a dose 3 × 10 15 cm -2, by which the 30 minute anneal in a nitrogen atmosphere at then 850 ° C., the p + layer 217 and 227 and Si of SiGe p +
Layers 216 and 226 are formed.

【0023】(ホ)さらに全面にCVD法等によりSi
2 膜、PSG膜、BPSG膜等の層間絶縁膜211を
300nm堆積し、この層間絶縁膜211中の所定の部
分にコンタクト用孔を開け、配線材、例えばSi,Cu
含有のAl(Al−Si,Al−Cu−Si)等を全面
に400nm堆積、加工する事により図3(d)に示す
ようにソース金属電極218およびドレイン金属電極2
28を形成すれば、本発明の第1の実施の形態のpチャ
ンネルSOI・MOSFETが完成する。
(E) Further, Si is formed on the entire surface by the CVD method or the like.
An interlayer insulating film 211 such as an O 2 film, a PSG film, and a BPSG film is deposited to a thickness of 300 nm, a contact hole is opened at a predetermined portion in the interlayer insulating film 211, and wiring materials such as Si and Cu are used.
As shown in FIG. 3D, the source metal electrode 218 and the drain metal electrode 2 are formed by depositing Al (Al-Si, Al-Cu-Si) or the like on the entire surface by 400 nm and processing it.
By forming 28, the p-channel SOI MOSFET of the first embodiment of the present invention is completed.

【0024】図2に示した構造例では、ソース領域が全
てSiGeになっておらず、ヘテロ接合界面がp+ ソー
ス領域の内部にあるが、図1(a)〜(c)を用いて前
述の通りp+ ソース領域端とヘテロ接合界面は一致する
ことが好ましい。しかし、必ずしもソース領域全てがS
iGeである必要はなく、図1(b),(c)のように
チャンネル領域に接しているソース部は高々10nm程
度のp+ −Si領域216が残る構造であってもかまわ
ない。p+ −Si部分の厚みはp+ ソース/ドレイン領
域用のBF2 + イオン注入の後における850〜900
℃程度でのアニール時間の調整で制御することができ
る。何となればこの温度程度の拡散条件ではGeのSi
中の拡散は無視できる程度に小さいからである。また、
さらにアニール時間を調整すればp+ ソース領域端とヘ
テロ接合界面とを一致させ図1(a)に示すようなポテ
ンシャルプロファイルを得ることもできる。この様なB
の拡散を促進するアニールによって図1(c)の様なソ
ースSi部の不純物密度n がソースSiGe部の不
純物密度nSiGeよりも低くなる形を実現することも容易
にできる。また本実施の形態ではGeイオンをSi基板
に対し、垂直に入射(イオン注入)させたが、Ge+
オンのチャネリングを防止するため僅かな傾斜角(例え
ば7°)を持たせてヘテロ界面の位置を制御してもよ
い。またGe+ イオンをよりチャンネルに近い所へ入射
させるため、いわゆる回転イオン注入(斜めイオン注
入)による40°程度傾けた注入を行ってもよい。
In the structural example shown in FIG. 2, the source region is not entirely made of SiGe and the heterojunction interface is inside the p + source region. However, as described above with reference to FIGS. As described above, it is preferable that the edge of the p + source region coincides with the heterojunction interface. However, not all source regions are S
It does not have to be iGe, and the source portion in contact with the channel region may have a structure in which the p + -Si region 216 of at most about 10 nm remains, as shown in FIGS. 1B and 1C. The thickness of the p + -Si portion is 850 to 900 after BF 2 + ion implantation for the p + source / drain region.
It can be controlled by adjusting the annealing time at about ° C. What happens is that under the diffusion conditions of about this temperature, the Si of Ge is
This is because the diffusion inside is so small that it can be ignored. Also,
Further, if the annealing time is adjusted, the edge of the p + source region and the heterojunction interface can be made to coincide with each other to obtain a potential profile as shown in FIG. B like this
It is also possible to easily realize the form in which the impurity density n S i of the source Si portion is lower than the impurity density n SiGe of the source SiGe portion as shown in FIG. Further, in this embodiment, Ge ions are vertically incident (ion-implanted) on the Si substrate. However, in order to prevent channeling of Ge + ions, a slight inclination angle (for example, 7 °) is provided to form a hetero interface. The position may be controlled. Further, in order to make Ge + ions incident on a portion closer to the channel, so-called rotational ion implantation (oblique ion implantation) may be performed at an angle of about 40 °.

【0025】また、本発明の第1の実施の形態ではSi
Geをバンドギャップの狭い材料として用いているが、
SiGeに限られず、Si系のSiよりもバンドギャッ
プの狭い他の材料を用いてもよい。例えばSnとSiの
合金でもよい。
Further, in the first embodiment of the present invention, Si
Ge is used as a material with a narrow band gap,
The material is not limited to SiGe, and other materials having a narrower band gap than Si-based Si may be used. For example, an alloy of Sn and Si may be used.

【0026】p+ 層形成のための不純物を上記述ではボ
ロン(B)としているが、インジウム(In)あるいは
ガリウム(Ga)等の他のIII 族の不純物を用いてもよ
い。上記の説明においてはSALICIDE(Self
Aligned Silicide)構造にしていな
いが、寄生抵抗の低減化が必要な場合には当然SALI
CIDE構造も適用可能である。また図2(a)に示し
た構造ではp+ ソース/ドレイン領域の両方がSiGe
になっているが、本発明の効果はソース部のみをSiG
eにしても失われない。またチャンネル中にSiGeが
入り込んでしまっても本発明の効果は失われない。この
際のバンド図は図1(a)に近いものであり価電子帯中
ΔEvのバンド不連続点が少しチャンネル側に移動する
だけである。
Although the impurity for forming the p + layer is boron (B) in the above description, other group III impurities such as indium (In) or gallium (Ga) may be used. In the above description, SALICIDE (Self
Although it does not have an Aligned Silicon structure, if the parasitic resistance needs to be reduced, SALI is naturally used.
The CIDE structure is also applicable. Further, in the structure shown in FIG. 2A, both of the p + source / drain regions are SiGe.
However, the effect of the present invention is that only the source portion is made of SiG.
Even if it is e, it will not be lost. Further, even if SiGe gets into the channel, the effect of the present invention is not lost. The band diagram at this time is close to that of FIG. 1A, and the band discontinuity of ΔEv in the valence band slightly moves to the channel side.

【0027】ゲートの多結晶Siはボロン(B)ドープ
のp型ドープド・ポリシリコンのものについて記述して
いるが、リン(P)ドープ等のn型ドープド・ポリシリ
コンでもよく、またポリサイド(多結晶Siとシリサイ
ドの2層構造)でもよい。また、W、Ti、Mo等の高
融点金属、その他の金属をゲート材料に用いてもよい。
Although the polycrystalline Si of the gate is described as that of boron (B) -doped p-type doped polysilicon, n-type doped polysilicon such as phosphorus (P) -doped may be used, or polycide (poly- A two-layer structure of crystalline Si and silicide) may be used. Further, a refractory metal such as W, Ti or Mo, or another metal may be used as the gate material.

【0028】図4は本発明の第2の実施の形態に係るp
チャンネルSOI・MOSFETの断面構造を示す。図
4においてn型(100)シリコン基板21の上部に第
1の絶縁膜となる埋め込み酸化膜202を介してn型の
第1の半導体領域となるn型SOI膜23が形成されて
いる。そしてn型SOI膜23はSOI膜203の表面
から埋め込み酸化膜202に達するまで深く形成された
熱酸化膜24により素子分離がなされている。そしてこ
の素子分離されたSOI膜23の領域を活性領域とし
て、この活性領域の内部にp+ ソース領域312および
+ ドレイン領域313が、その底部を埋め込み酸化膜
202に接するように形成されている。p+ ソース領域
312およびp+ ドレイン領域313の上部には、第2
の半導体領域となるボロン(B)を含むp+ −SiGe
領域238,239が形成されている。SiGe領域2
38,239の上部には層間絶縁膜211が形成され、
SiGe領域238,239に対し、層間絶縁膜211
中に形成されたコンタクトホールを介してソース金属電
極218およびドレイン金属電極228が形成されてい
る。また、p+ ソース領域312およびp+ ドレイン領
域313に挾まれた第1の半導体領域から成るチャンネ
ル領域23の上部にはゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)2
5を介して、ポリシリコン等のゲート電極26が形成さ
れている。ポリシリコンゲート電極26の表面には後酸
化膜と称せられる薄い酸化膜27が形成されている。p
+ ソース領域312、p+ ドレイン領域313は、たと
えばボロン(B)等のp型不純物を6×1018〜1×1
20cm-3程度の高不純物密度にドープした領域であ
る。
FIG. 4 shows p according to the second embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of a channel SOI MOSFET is shown. In FIG. 4, an n-type SOI film 23 to be an n-type first semiconductor region is formed on an n-type (100) silicon substrate 21 with a buried oxide film 202 to be a first insulating film interposed. The n-type SOI film 23 is isolated by the thermal oxide film 24 deeply formed from the surface of the SOI film 203 to the buried oxide film 202. Then, using the region of the SOI film 23 thus isolated as an active region as an active region, ap + source region 312 and ap + drain region 313 are formed inside the active region so that their bottoms are in contact with the buried oxide film 202. . A second layer is formed on the p + source region 312 and the p + drain region 313.
Of p + -SiGe containing boron (B) to be the semiconductor region of
Regions 238 and 239 are formed. SiGe region 2
38 and 239, an interlayer insulating film 211 is formed on
The interlayer insulating film 211 is formed on the SiGe regions 238 and 239.
A source metal electrode 218 and a drain metal electrode 228 are formed through the contact holes formed therein. A gate oxide film (gate insulating film) 2 is formed on the channel region 23 formed of the first semiconductor region sandwiched between the p + source region 312 and the p + drain region 313.
A gate electrode 26 made of polysilicon or the like is formed via 5. A thin oxide film 27 called a post oxide film is formed on the surface of the polysilicon gate electrode 26. p
The + source region 312 and the p + drain region 313 are made of p-type impurities such as boron (B) in a range of 6 × 10 18 to 1 × 1.
This is a region doped with a high impurity density of about 0 20 cm -3 .

【0029】本発明の第2の実施の形態に係るpチャン
ネルSOI・MOSFETは図5(a)〜(c)に示す
ような製造方法により製造することができる。
The p-channel SOI.MOSFET according to the second embodiment of the present invention can be manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c).

【0030】(イ)SIMOX法等によるSOI基板
(SIMOX−SOI基板)を用いること、およびこの
SIMOX−SOI基板に対し、LOCOS法を用いた
素子分離後、ゲート酸化し、Bドープの多結晶Si膜2
6をゲート電極として加工し、全面を酸化雰囲気中で熱
処理し後酸化膜27を形成するところまでは本発明の第
1の実施の形態と同様である。
(A) Using an SOI substrate (SIMOX-SOI substrate) by SIMOX method or the like, and for this SIMOX-SOI substrate, after element isolation by LOCOS method, gate oxidation is performed and B-doped polycrystalline Si is used. Membrane 2
The process is the same as that of the first embodiment of the present invention up to the step of processing 6 as a gate electrode and heat-treating the entire surface in an oxidizing atmosphere to form an oxide film 27 thereafter.

【0031】次に全面にSiN膜を20nmの厚さに堆
積し、全面エッチバックをかけるとゲート電極の側壁に
図5(a)に示すように側壁SiN膜29が形成され
る。
Next, a SiN film having a thickness of 20 nm is deposited on the entire surface, and the entire surface is etched back to form a sidewall SiN film 29 on the sidewall of the gate electrode as shown in FIG. 5A.

【0032】(ロ)次にSiH4 ガスとGeH4 ガスの
反応を用いたCVD法によりn型SOI膜の露出した部
分のSi表面に図5(b)に示すように選択的にSiG
e層238,239を100nmの厚さで堆積する。次
にB+ を30KeVで3×1015cm-2イオン注入す
る。
(B) Next, as shown in FIG. 5 (b), SiG is selectively formed on the exposed Si surface of the n-type SOI film by the CVD method using the reaction of SiH 4 gas and GeH 4 gas.
e layers 238 and 239 are deposited to a thickness of 100 nm. Then, B + is ion-implanted at 3 × 10 15 cm −2 at 30 KeV.

【0033】(ハ)続いて基板温度850℃、窒素雰囲
気中で、30分のアニールをする事により、SiGe層
239を含めその下のSiもp+ 層にしp+ −SiGe
領域238,239p+ ソース領域312、p+ ドレイ
ン領域313を形成する。さらに図5(c)に示すよう
に全面にCVD法等によりSiO2 膜等の層間絶縁膜2
11を300nmの厚さに堆積し、この層間絶縁膜21
1中にコンタクト孔を開け、配線材、例えばSi,Cu
含有のAlを全面に400nm堆積,加工しソース金属
電極218、ドレイン金属電極228を形成すれば本発
明の第2の実施の形態のpチャンネルSOI・MOSF
ETが完成する。
[0033] (c) subsequently the substrate temperature 850 ° C., in a nitrogen atmosphere, by annealing for 30 minutes, also in the p + layer Si thereunder including SiGe layer 239 p + -SiGe
Regions 238 and 239 p + source region 312 and p + drain region 313 are formed. Further, as shown in FIG. 5C, an interlayer insulating film 2 such as a SiO 2 film is formed on the entire surface by a CVD method or the like.
11 is deposited to a thickness of 300 nm, and the interlayer insulating film 21
1. Make a contact hole in 1 and make wiring material such as Si, Cu
If a source metal electrode 218 and a drain metal electrode 228 are formed by depositing Al containing 400 nm on the entire surface and processing the p-channel SOI.MOSF of the second embodiment of the present invention.
ET is completed.

【0034】本発明の第2の実施の形態ではn型SOI
膜23の上に、CVDによりSiGe層238,239
を形成しているためp+ ソース/ドレイン領域のうちチ
ャンネルに近い部分はSiになっておりバンド図として
は図1(b)や(c)と同じものとなる。このSiGe
端とチャンネル領域の間のSi領域の寸法(距離)は本
発明の第2の実施の形態の場合には主にゲート側壁29
の厚みおよびSOI膜23の厚みにより調整される。
In the second embodiment of the present invention, an n-type SOI is used.
The SiGe layers 238 and 239 are formed on the film 23 by CVD.
Therefore, the portion of the p + source / drain region close to the channel is made of Si, and the band diagram is the same as in FIGS. 1B and 1C. This SiGe
In the case of the second embodiment of the present invention, the size (distance) of the Si region between the edge and the channel region is mainly the gate sidewall 29.
And the thickness of the SOI film 23.

【0035】本発明の第2の実施の形態の変形例として
は図6に示すようにゲート電極26の側壁部に側壁Si
N膜がない構造である。図6の構造は後酸化膜27の形
成後に全面エッチバックを行い、n型SOI膜23上の
それのみを除去した後、選択CVDによりSiGe層2
38,239を100nmの厚さで形成し、その後B+
のイオン注入を行い、SiGe層238,239とその
下のn型SOI膜23をp+ 層にし、p+ −SiGeソ
ース領域238,p+ −SiGeドレイン領域239,
+ −Siソース領域312、p+ −Siドレイン領域
313を形成する。その後の工程は上記と同じである。
As a modification of the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, a sidewall Si is formed on the sidewall of the gate electrode 26.
The structure does not have an N film. In the structure of FIG. 6, after the post oxide film 27 is formed, the entire surface is etched back to remove only that on the n-type SOI film 23, and then the SiGe layer 2 is formed by selective CVD.
38 and 239 with a thickness of 100 nm, and then B +
Ion implantation is performed to make the SiGe layers 238 and 239 and the n-type SOI film 23 thereunder into p + layers, so that the p + -SiGe source region 238, the p + -SiGe drain region 239,
A p + -Si source region 312 and a p + -Si drain region 313 are formed. The subsequent steps are the same as above.

【0036】上記本発明の第2の実施の形態の製造方法
の説明ではB+ のイオン注入を用いた場合について説明
したが、BF2 + のような化合物分子のイオンによるイ
オン注入を用いてもよいし、In+ やGa+ をその代り
にイオン注入しp+ 層を形成してもよい。また、SAL
ICIDE構造を適用することも可能である。さらに上
記ではB等のp型不純物の導入はSiGe層238,2
39の堆積後に行っているが、あらかじめn型SOI膜
23中にイオン注入等によりp型不純物を導入しておい
てからSiGe層238,239を堆積し、その後さら
にSiGe層238,239中にp型の不純物の導入を
行ってもよいし、CVDガス中にBH3,B2 6 など
のガスを導入してSiGe堆積と同時にp+ 化を行って
もよい。バンドギャップの狭い半導体はSix Ge1-x
でなくともよく、Six Sn1-x,Ge等を用いてもよ
い。
In the description of the manufacturing method of the second embodiment of the present invention described above, the case where B + ion implantation is used has been described, but ion implantation by ion of a compound molecule such as BF 2 + may also be used. Alternatively, In + or Ga + may be ion-implanted instead to form the p + layer. Also, SAL
It is also possible to apply the ICIDE structure. Further, in the above, the introduction of the p-type impurity such as B is performed by the SiGe layers 238, 2
39 is performed, but p-type impurities are previously introduced into the n-type SOI film 23 by ion implantation or the like, and then the SiGe layers 238 and 239 are deposited, and then the p-type impurities are further added to the SiGe layers 238 and 239. Type impurities may be introduced, or a gas such as BH 3 or B 2 H 6 may be introduced into the CVD gas to perform p + conversion simultaneously with SiGe deposition. Semiconductors with narrow bandgap are Si x Ge 1-x
However, Si x Sn 1-x , Ge or the like may be used.

【0037】図7は本発明の第3の実施の形態に係るp
チャンネルSOI・MOSFETの断面構造を示す。図
7においてn型(100)シリコン基板21の上部に第
1の絶縁膜となる埋め込み酸化膜202を介してn型S
OI膜231が形成されている。そしてn型SOI膜2
31の一部の上部には第2の半導体領域となるシリコン
ゲルマ(SiGe)膜44が形成され、SiGe膜44
の上、およびSiGe膜44が形成されていないn型S
OI膜231の上部には第1の半導体領域となるn型シ
リコン(Si)膜45が形成されている。n型Si膜4
5の表面から、n型SOI膜231に達するまでSiO
2 膜等の素子分離絶縁膜24が形成されている。素子分
離絶縁膜24はn型SOI膜231の表面からさらに埋
め込み酸化膜202に達するまで深く形成してもよい。
そしてこの素子分離されたn型Si膜45の領域を活性
領域として、この活性領域の内部にp+ ソース領域40
9およびp+ ドレイン領域226が形成されp+ ソース
領域409はその底部をSiGe膜44に、p+ ドレイ
ン領域410はその底部を埋め込み酸化膜202に接す
るように形成されている。このp+ ソース領域409、
+ ドレイン領域410に対し、層間絶縁膜211中に
形成されたコンタクトホールを介してソース金属電極2
18およびドレイン金属電極228が形成されている。
またp+ ソース領域409およびp+ ドレイン領域41
0の間のチャンネル領域となるn型Si膜45の上部に
はゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)25を介して、ポリシ
リコン等のゲート電極26が形成されている。p+ ソー
ス領域409、p+ ドレイン領域410は、たとえばボ
ロン(B)等のp型不純物元素を6×1018〜1×10
20cm-3程度の高不純物密度にドープした領域である。
FIG. 7 shows p according to the third embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of a channel SOI MOSFET is shown. In FIG. 7, an n-type S is formed on the n-type (100) silicon substrate 21 with a buried oxide film 202 serving as a first insulating film interposed therebetween.
The OI film 231 is formed. And the n-type SOI film 2
A silicon germanium (SiGe) film 44 serving as a second semiconductor region is formed on a part of 31 to form the SiGe film 44.
N-type S on which the SiGe film 44 is not formed
An n-type silicon (Si) film 45 serving as a first semiconductor region is formed on the OI film 231. n-type Si film 4
From the surface of No. 5 until reaching the n-type SOI film 231
An element isolation insulating film 24 such as two films is formed. The element isolation insulating film 24 may be deeply formed from the surface of the n-type SOI film 231 to the buried oxide film 202.
The element-isolated region of the n-type Si film 45 is used as an active region, and the p + source region 40 is provided inside the active region.
9 and the p + drain region 226 are formed so that the p + source region 409 has its bottom in contact with the SiGe film 44 and the p + drain region 410 has its bottom in contact with the buried oxide film 202. This p + source region 409,
For the p + drain region 410, the source metal electrode 2 is formed through a contact hole formed in the interlayer insulating film 211.
18 and a drain metal electrode 228 are formed.
In addition, p + source region 409 and p + drain region 41
A gate electrode 26 made of polysilicon or the like is formed on the n-type Si film 45 serving as a channel region between 0s via a gate insulating film (gate oxide film) 25. The p + source region 409 and the p + drain region 410 are made of a p-type impurity element such as boron (B) in a range of 6 × 10 18 to 1 × 10 6.
This is a region doped with a high impurity density of about 20 cm −3 .

【0038】本発明の第3の実施の形態によれば、p+
ソース領域409となるSi層がSiよりも格子定数が
大きいSiGe層44の上に形成され、歪みシリコン膜
となっている。p+ ソース領域409が歪みシリコンに
より形成されていることにより、通常のシリコン系のM
OSFETの場合に比べて、やはりソースのバンドギャ
ップEgが狭化し(たとえばΔEg=0.2eV程度狭
化する)、その結果、チャンネルからソース方向への電
子の流れを大幅に促進できる。
According to the third embodiment of the present invention, p +
The Si layer to be the source region 409 is formed on the SiGe layer 44 having a lattice constant larger than that of Si and is a strained silicon film. Since the p + source region 409 is formed of strained silicon, a normal silicon-based M
As compared with the case of the OSFET, the bandgap Eg of the source is also narrowed (for example, ΔEg = 0.2 eV is narrowed), and as a result, the flow of electrons from the channel toward the source can be greatly promoted.

【0039】本発明の第3の実施の形態のpチャンネル
SOI・MOSFETは図8(a)〜(f)に示す方法
によって製造できる。すなわち、 (イ)n型(100)シリコン基板21に酸素イオンを
加速電圧180KeV、ドーズ量2×1018cm-2の条
件で注入した後、1300℃、5時間の熱処理を行うこ
とにより、図8(a)に示すように、表面から深さ20
0nmの部分に厚さ100nmの埋め込み酸化膜(SO
I酸化膜)202を形成するとともに、基板表面にn型
のSOI膜231を形成する。なお、ここでは、SOI
基板の形成方法としてSIMOX法を例にあげたが、貼
り合わせ法(Silicon Direct Bond
ing:SDB法)を用いても良い(他の実施形態の場
合についても同様である)。次に、n型のSOI膜23
1の表面を熱酸化した後、NH4 F溶液によりこの酸化
膜部分をエッチング除去するという工程を繰り返して、
n型SOI膜231を10nmまで薄くする。
The p-channel SOI.MOSFET of the third embodiment of the present invention can be manufactured by the method shown in FIGS. That is, (a) by implanting oxygen ions into the n-type (100) silicon substrate 21 under the conditions of an accelerating voltage of 180 KeV and a dose of 2 × 10 18 cm −2 , heat treatment is performed at 1300 ° C. for 5 hours, As shown in FIG. 8 (a), the depth from the surface is 20
A buried oxide film (SO
(I oxide film) 202 and an n-type SOI film 231 are formed on the surface of the substrate. In addition, here, the SOI
The SIMOX method has been taken as an example of the method for forming the substrate, but the bonding method (Silicon Direct Bond) is used.
ing: SDB method) may be used (the same applies to other embodiments). Next, the n-type SOI film 23
After thermally oxidizing the surface of No. 1, the step of etching away this oxide film portion with NH 4 F solution is repeated,
The n-type SOI film 231 is thinned to 10 nm.

【0040】(ロ)次に図8(b)に示すように、n型
SOI膜231上に例えばGe濃度50%の厚さ30n
mのSiGe膜44をCVD法により形成する。このと
き、Ge濃度が高いため、SiGe膜44はその臨界膜
厚を越えて成長する。したがって、Six Ge1-x (0
<x<1)膜44は、下地のn型SOI膜231のSi
の格子定数と整合することはなく、Six Ge1-x 本来
の格子定数をもって成長する。次に図8(c)に示すよ
うに、フォトリソグラフィおよびRIEを用いて、Si
Ge膜44をp+ ソース領域となる領域のSOI膜23
1上のみに残置させる。
(B) Next, as shown in FIG. 8B, a thickness of 30 n with a Ge concentration of 50% is formed on the n-type SOI film 231.
The SiGe film 44 of m is formed by the CVD method. At this time, since the Ge concentration is high, the SiGe film 44 grows beyond its critical thickness. Therefore, Si x Ge 1-x (0
The <x <1) film 44 is made of Si of the underlying n-type SOI film 231.
It does not match the lattice constant of, and grows with the original lattice constant of Si x Ge 1-x . Next, as shown in FIG. 8C, Si is formed using photolithography and RIE.
The Ge film 44 is replaced with the SOI film 23 in the region serving as the p + source region.
Leave only on 1.

【0041】(ニ)次に図8(d)に示すように、原料
としてSiH4 を用いた成膜温度550℃でのCVD法
により、全面に厚さ80nmのn型シリコン(Si)膜
45,45aを形成する。このとき、n型Si膜45,
45aのうちSiGe膜44上の部分45aは広がり歪
みを受け、Six Ge1-x の格子定数をもって成長し、
歪みn型Si膜となる。他の部分はその下地がn型SO
I膜231なので歪みを受けず、Si本来の格子定数を
もって成長し、無歪みのn型Si膜45となる。
(D) Next, as shown in FIG. 8D, an n-type silicon (Si) film 45 having a thickness of 80 nm is formed on the entire surface by a CVD method using SiH 4 as a raw material at a film forming temperature of 550 ° C. , 45a are formed. At this time, the n-type Si film 45,
A portion 45a of the 45a on the SiGe film 44 is subjected to spreading strain and grows with a lattice constant of Si x Ge 1-x ,
It becomes a strained n-type Si film. The base of other parts is n-type SO
Since it is the I film 231, it is not strained and grows with the original lattice constant of Si to become an unstrained n-type Si film 45.

【0042】(ホ)次に図8(e)に示すように、CM
P(chemical Mechamical Pol
ishing:化学的機械的研磨)法等の手法によりn
型Si膜45,45aの表面を平坦化し、平担化後、活
性層となる部分の周辺に素子分離絶縁膜24を形成す
る。そして、n型Si膜45上にゲート酸化膜25とな
る厚さ5nmのシリコン酸化膜、ゲート電極26となる
厚さ300nmのボロン・ドープド・ポリシリコン膜を
順次形成する。なお、n型Si膜45と45aとの断差
は30nm程度であるので、CMP法等による平坦化を
行なわず、断差を残しておき、フォトリソグラフィーに
おけるマスク合わせ用の基準等として用いてもよい。次
に図8(e)に示すように、上記ドープド・ポリシリコ
ン膜26、上記シリコン酸化膜25をパターンニングし
て、ゲート電極26、ゲート酸化膜25を形成する。こ
のとき、歪みn型Si膜45aと無歪み部分のn型Si
膜45との界面が図8(e)に示すようにゲート電極2
6端の直下にくるようにすることが最も好ましい。ただ
し、上記界面はチャンネルに入り込んでも良いし、また
上記界面はゲート電極26端よりもチャンネルから離れ
たところにあっても良い。次に図8(e)に示すよう
に、ゲート電極26をマスクとして、BF2 イオンを加
速電圧30KeV、ドーズ量5×1015cm-2の条件で
イオン注入した後、850℃、30分の熱処理を行っ
て、p+ ソース領域409、p+ ドレイン領域410を
形成する。このとき、p+ ソース領域と無歪み部分のn
型Si膜45とのpn接合は、歪みp型シリコン膜45
aと無歪み部分のp型シリコン膜45との界面に一致す
ることが最も好ましいが、上記pn接合は上記界面と一
致していなくても良い。
(E) Next, as shown in FIG.
P (Chemical Mechanical Pol)
isching: chemical mechanical polishing)
After the surfaces of the type Si films 45 and 45a are flattened and flattened, the element isolation insulating film 24 is formed around the portion to be the active layer. Then, on the n-type Si film 45, a silicon oxide film having a thickness of 5 nm to be the gate oxide film 25 and a boron-doped polysilicon film having a thickness of 300 nm to be the gate electrode 26 are sequentially formed. Since the difference between the n-type Si films 45 and 45a is about 30 nm, the flattening is not performed by the CMP method or the like, and the difference is left and used as a reference for mask alignment in photolithography. Good. Next, as shown in FIG. 8E, the doped polysilicon film 26 and the silicon oxide film 25 are patterned to form a gate electrode 26 and a gate oxide film 25. At this time, the strained n-type Si film 45a and the unstrained portion of the n-type Si film
The interface with the film 45 is the gate electrode 2 as shown in FIG.
Most preferably, it is directly below the 6 end. However, the interface may enter the channel, or the interface may be located farther from the channel than the end of the gate electrode 26. Next, as shown in FIG. 8E, BF 2 ions are ion-implanted under conditions of an acceleration voltage of 30 KeV and a dose amount of 5 × 10 15 cm −2 using the gate electrode 26 as a mask, and then 850 ° C. for 30 minutes. Heat treatment is performed to form the p + source region 409 and the p + drain region 410. At this time, p + source region and n
The pn junction with the Si-type silicon film 45 is a strained p-type silicon film 45.
Most preferably, the interface between a and the p-type silicon film 45 in the unstrained portion coincides with the interface, but the pn junction does not have to coincide with the interface.

【0043】(ヘ)最後に、図8(f)に示すように、
全面に厚さ400nmの層間絶縁膜としてのSiO2
211を形成した後、このSiO2 膜211にコンタク
トホールを開孔して、ソース金属電極218、ドレイン
金属電極228を形成し、さらにゲート配線(不図示)
を形成して完成する。
(F) Finally, as shown in FIG.
After forming a SiO 2 film 211 as an interlayer insulating film with a thickness of 400 nm on the entire surface, a contact hole is opened in this SiO 2 film 211 to form a source metal electrode 218 and a drain metal electrode 228, and further a gate wiring. (Not shown)
To complete.

【0044】本発明の第3の実施の形態の場合にはSi
Ge層44とp+ 歪シリコン層409という2つの狭バ
ンドギャップ材料を同時にp+ ソース領域として形成し
ているため上述の電子の流れはさらに促進されpチャン
ネルSOI・MOSFETの基板浮遊効果抑制に非常に
有効である。
In the case of the third embodiment of the present invention, Si
Since the two narrow bandgap materials of the Ge layer 44 and the p + strained silicon layer 409 are simultaneously formed as the p + source region, the above-mentioned electron flow is further promoted, which is very effective in suppressing the substrate floating effect of the p-channel SOI MOSFET. Is effective for.

【0045】SiGe層44の代りにSiSn層等他の
Siより格子定数が大きく、Siより禁制帯幅の小さな
狭バンドギャップ材料を用いてもよい。
Instead of the SiGe layer 44, a narrow bandgap material such as a SiSn layer having a lattice constant larger than that of other Si and a band gap smaller than that of Si may be used.

【0046】図9は本発明の第4の実施の形態に係るp
チャンネルSOI・MOSFETの断面構造を示す。図
9においてn型(100)シリコン基板21の上部に第
1の絶縁膜となる埋め込み絶縁膜251を介してn型S
OI膜255が形成されている。埋め込み絶縁膜251
としてはSiとほぼ格子定数の等しいCaF2 膜が用い
られ、その一部がCa1-x Srx 2 (0<x<1)膜
252になっている。したがってCa1-x Srx 2
252の上部のn型の第1の半導体領域(n型SOI
膜)255は歪Si膜となりバンドギャップが狭化して
いる。そしてこのバンドギャップが狭化したSOI膜2
55の部分をp+ ソース領域259、p+ドレイン領域
260とし、無歪み部分のn型SOI膜255をチャン
ネル領域としている。そして歪Si膜部分を含んだSO
I膜255はSOI膜255の表面から埋め込み絶縁膜
252に達するまで深く形成された熱酸化膜24により
素子分離がなされている。そしてこの素子分離された歪
みおよび無歪みのSOI膜255の領域を活性領域とし
て、この活性領域の内部に歪Si膜のみからなるp+
ース領域259およびp+ ドレイン領域260が、その
底部を埋め込み絶縁膜252に接するように形成されて
いることになる。p+ ソース領域259およびp+ ドレ
イン領域260に対し、層間絶縁膜211中に形成され
たコンタクトホールを介してソース金属電極218およ
びドレイン金属電極228が形成されている。またp+
ソース領域259およびp+ ドレイン領域260の間の
無歪Si膜であるチャンネル領域255の上部にはゲー
ト酸化膜25を介して、ポリシリコン等のゲート電極2
6が形成されている。
FIG. 9 shows p according to the fourth embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of a channel SOI MOSFET is shown. In FIG. 9, an n-type S is formed on the n-type (100) silicon substrate 21 via an embedded insulating film 251 serving as a first insulating film.
The OI film 255 is formed. Embedded insulating film 251
For this, a CaF 2 film having a lattice constant substantially equal to that of Si is used, and a part thereof is a Ca 1-x Sr x F 2 (0 <x <1) film 252. Therefore, the n-type first semiconductor region (n-type SOI) above the Ca 1-x Sr x F 2 film 252 is formed.
The film) 255 becomes a strained Si film and the band gap is narrowed. The SOI film 2 having the narrowed band gap
55 is a p + source region 259 and a p + drain region 260, and the unstrained portion of the n-type SOI film 255 is a channel region. And SO including the strained Si film portion
The I film 255 is isolated from the surface of the SOI film 255 by the thermal oxide film 24 formed deeply until reaching the buried insulating film 252. Then, the strained and non-strained SOI film 255 thus isolated is used as an active region, and the p + source region 259 and the p + drain region 260 made of only the strained Si film are buried in the bottom of the active region. It is formed so as to be in contact with the insulating film 252. A source metal electrode 218 and a drain metal electrode 228 are formed in p + source region 259 and p + drain region 260 through contact holes formed in interlayer insulating film 211. Also p +
A gate electrode 2 made of polysilicon or the like is formed above the channel region 255, which is a strain-free Si film between the source region 259 and the p + drain region 260, via the gate oxide film 25.
6 is formed.

【0047】本発明の第4の実施の形態に係るpチャン
ネルSOI・MOSFETは図10(a)〜(c)に示
す方法により製造することができる。
The p-channel SOI.MOSFET according to the fourth embodiment of the present invention can be manufactured by the method shown in FIGS.

【0048】(イ)まず、図10(a)に示すように、
シリコン基板21上にCaF2 膜251、n型SOI膜
255を気相エピタキシャル成長法やMBE(Mole
cular Bean Epitaxy)法等により順
次形成する。次に図10(a)に示すように、素子分離
絶縁膜24を形成した後、n型SOI膜255上にゲー
ト酸化膜25、ゲート電極26を形成する。n型SOI
膜255の厚さは、たとえば30nmとする。
(A) First, as shown in FIG.
A CaF 2 film 251 and an n-type SOI film 255 are formed on the silicon substrate 21 by a vapor phase epitaxial growth method or MBE (Mole).
It is sequentially formed by a method such as a Clarious Bean Epitaxy method. Next, as shown in FIG. 10A, after forming the element isolation insulating film 24, the gate oxide film 25 and the gate electrode 26 are formed on the n-type SOI film 255. n-type SOI
The thickness of the film 255 is, eg, 30 nm.

【0049】(ロ)次に図10(b)に示すように、ゲ
ート電極26をマスクとしてSr+イオンをCaF2
251にn型SOI膜255を貫通するように加速電圧
80KeV,ドーズ量1×1017cm-2でイオン注入す
る。その後、熱処理を行うことにより、CaF2 膜52
の一部をCa1-x Srx 2 (0<x<1)膜252に
変化させ、同時に歪みn型SOI膜255aを自己整合
的に形成する。これにより、最も好ましい形態である歪
みn型SOI膜255aと無歪み部分のn型SOI膜2
55との界面がゲート端に一致した構造を容易に形成で
きるようになる。
(B) Next, as shown in FIG. 10B, an acceleration voltage of 80 KeV and a dose of 1 so that Sr + ions penetrate the n-type SOI film 255 into the CaF 2 film 251 by using the gate electrode 26 as a mask. Ion implantation is performed at × 10 17 cm -2 . After that, heat treatment is performed to form the CaF 2 film 52.
Is partially changed to the Ca 1-x Sr x F 2 (0 <x <1) film 252, and at the same time, the strained n-type SOI film 255a is formed in a self-aligned manner. As a result, the strained n-type SOI film 255a and the unstrained portion of the n-type SOI film 2 which are the most preferable form are formed.
It becomes possible to easily form a structure in which the interface with 55 coincides with the gate end.

【0050】(ハ)次に図10(c)に示すように、ゲ
ート電極26をマスクとしてB+ 49BF2 + 等のp
型不純物イオンを歪みn型SOI膜255aに注入した
後、熱処理を行うことにより、p+ ソース領域259、
+ ドレイン領域260を形成する。この後の工程は第
1〜第3の実施の形態と同様であり、全面にCVD法等
によりSiO2 膜やPSG膜等の層間絶縁膜211を形
成し、この層間絶縁膜中のコンタクトホールを介してソ
ース金属電極218、ドレイン金属電極228を形成す
れば、図9に示す本発明の第4の実施の形態のpチャン
ネルSOI・MOSFETが完成する。
(C) Next, as shown in FIG. 10C, p + such as B + or 49 BF 2 + is formed by using the gate electrode 26 as a mask.
Type impurity ions are implanted into the strained n-type SOI film 255a, and then heat treatment is performed to form ap + source region 259,
A p + drain region 260 is formed. Subsequent steps are similar to those of the first to third embodiments. An interlayer insulating film 211 such as a SiO 2 film or a PSG film is formed on the entire surface by a CVD method or the like, and contact holes in the interlayer insulating film are formed. By forming the source metal electrode 218 and the drain metal electrode 228 through the above, the p-channel SOI.MOSFET of the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 9 is completed.

【0051】以上の本発明の第1〜第4の実施の形態に
おいては、pチャンネルMOSFETについてのみ述べ
たが、本発明は以上のpチャンネルMOSFETのみを
用いる半導体装置に限られるものではない。本発明の実
施に当ってはpチャンネルMOSFETのみ用いるLS
Iだけでなく、nチャンネルMOSFETも混在するC
MOS・LSI等の回路についても本発明を用いること
ができる。
Although only the p-channel MOSFET has been described in the above-described first to fourth embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the semiconductor device using only the p-channel MOSFET described above. In practicing the present invention, an LS using only p-channel MOSFETs
C in which not only I but also n-channel MOSFETs are mixed
The present invention can be applied to circuits such as MOS / LSI.

【0052】なお、本発明によればソース部あるいはソ
ース/ドレイン部のバンドギャップが狭い事により配線
材とのコンタクト部において配線材のフェルミ準位から
+半導体の価電子帯間のエネルギー差(いわゆるショ
ットキー障壁)が減少し、コンタクト抵抗が低くなる。
その結果、本発明の半導体装置の、変換コンダクタンス
gmが増大し、高速動作が可能となる。
According to the present invention, since the band gap of the source portion or the source / drain portion is narrow, the energy difference between the Fermi level of the wiring material and the valence band of the p + semiconductor at the contact portion with the wiring material ( The so-called Schottky barrier) is reduced and the contact resistance is reduced.
As a result, the conversion conductance gm of the semiconductor device of the present invention increases, and high speed operation becomes possible.

【0053】またソース・ドレイン領域の上部及び下部
にバンドギャップの狭い材料層を形成してもよい。その
他、本発明は上記実施の形態に限らず、種々変形して実
施することが可能である。
Further, a material layer having a narrow band gap may be formed above and below the source / drain regions. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be modified in various ways.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、微細
化に伴うSOI構造を有したpチャンネルMOSFET
の基板浮遊効果を抑制する事ができる。
As described above, according to the present invention, a p-channel MOSFET having an SOI structure due to miniaturization is provided.
The substrate floating effect can be suppressed.

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

【図1】本発明の原理を説明するためのバンド図であ
る。
FIG. 1 is a band diagram for explaining the principle of the present invention.

【図2】図2(a)は発明の第1の実施の形態に係るp
チャンネルSOI・MOSFETの断面図で、図2
(b)はその静特性を示す図である。
FIG. 2 (a) is a schematic diagram of p according to the first embodiment of the invention.
2 is a sectional view of the channel SOI MOSFET.
(B) is a figure which shows the static characteristic.

【図3】本発明の第1の実施の形態に係るpチャンネル
SOI・MOSFETの製造工程を説明するための断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the p-channel SOI • MOSFET according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態に係るpチャンネル
SOI・MOSFETの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a p-channel SOI MOSFET according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態に係るpチャンネル
SOI・MOSFETの製造工程を説明するための断面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the p-channel SOI.MOSFET according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態の変形例に係るpチ
ャンネルSOI・MOSFETの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a p-channel SOI MOSFET according to a modification of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態に係るpチャンネル
SOI・MOSFETの断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a p-channel SOI.MOSFET according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施の形態に係るpチャンネル
SOI・MOSFETの製造工程を説明するための断面
図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the p-channel SOI.MOSFET according to the third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施の形態に係るpチャンネル
SOI・MOSFETの断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a p-channel SOI MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施の形態に係るpチャンネ
ルSOI・MOSFETの製造工程を説明するための断
面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the p-channel SOI.MOSFET according to the fourth embodiment of the present invention.

【図11】従来のnチャンネルSOI・MOSFETの
構造の一例である。
FIG. 11 is an example of a structure of a conventional n-channel SOI MOSFET.

【図12】nチャンネルSOI・MOSFETとnチャ
ンネルバルクMOSFETのドレイン耐圧を比較するた
めの図である。
FIG. 12 is a diagram for comparing drain breakdown voltages of an n-channel SOI MOSFET and an n-channel bulk MOSFET.

【図13】nチャンネルSOI・MOSFETのスイッ
チング時の出力電流のオーバーシュートを説明する図で
ある。
FIG. 13 is a diagram for explaining overshoot of an output current when switching an n-channel SOI MOSFET.

【図14】図14(a)はSix Ge1-x 領域をn+
ース/ドレイン領域に有するnチャンネルSOI・MO
SFETの断面図で、図14(b)はそのポテンシャル
プロファイル(バンドダイアグラム)である。
FIG. 14A is an n-channel SOI.MO having a Si x Ge 1-x region in an n + source / drain region.
FIG. 14B is a sectional view of the SFET, and its potential profile (band diagram) is shown.

【図15】Six Ge1-x 領域を有するnチャンネルF
ETと、有しないnチャンネルFETのId−Vd特性
を比較する図である。
FIG. 15 is an n-channel F having a Si x Ge 1-x region.
It is a figure which compares the Id-Vd characteristic of n channel FET which does not have ET.

【図16】L=0.2μmのpチャンネルSOI・MO
SFETの基板浮遊効果を示す図である。
FIG. 16: P-channel SOI / MO with L = 0.2 μm
It is a figure which shows the substrate floating effect of SFET.

【図17】従来のpチャンネルバルクMOSFETと従
来のpチャンネルSOI・MOSFETのI−V特性を
比較する図(図17(a))およびCMOSインバータ
を説明するための図(図17(b))である。
FIG. 17 is a diagram for comparing the IV characteristics of a conventional p-channel bulk MOSFET and a conventional p-channel SOI.MOSFET (FIG. 17A) and a diagram for explaining a CMOS inverter (FIG. 17B). Is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 Si基板23,45,165,231,255
第1の半導体領域:SOI層単結晶シリコン層 24 素子分離膜 25 第2の絶縁膜:ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜) 26 ゲート多結晶Si 27 後酸化膜 28,44 第2の半導体領域:SiGe層 29 SiN側壁 202 第1の絶縁膜:埋め込み酸化膜(SOI絶縁
膜) 211 CVD SiO2 216,312, p+ ソース領域 217,238 p+ −SiGeソース領域(第2の半
導体領域) 218, ソース金属電極 226,313,410 p+ ドレイン領域 227,239 p+ −SiGeソース領域(第2の半
導体領域) 228 ドレイン金属電極 251 第1の絶縁膜:CaF2 膜 252 Ca1-x Srx 2 膜 255a 歪Si層 259,409 p+ 歪Siソース領域 260 p+ 歪Siドレイン領域
21 Si substrate 23, 45, 165, 231, 255
First semiconductor region: SOI layer Single crystal silicon layer 24 Element isolation film 25 Second insulating film: Gate insulating film (gate oxide film) 26 Gate polycrystalline Si 27 Post oxide film 28, 44 Second semiconductor region: SiGe Layer 29 SiN sidewall 202 First insulating film: buried oxide film (SOI insulating film) 211 CVD SiO 2 216, 312, p + source region 217, 238 p + -SiGe source region (second semiconductor region) 218, source Metal electrode 226, 313, 410 p + drain region 227, 239 p + -SiGe source region (second semiconductor region) 228 drain metal electrode 251 First insulating film: CaF 2 film 252 Ca 1-x Sr x F 2 Film 255a Strained Si layers 259 and 409 p + strained Si source region 260 p + strained Si drain region

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−21762(JP,A) 特開 平7−94738(JP,A) 特開 平5−3322(JP,A) 特開 平4−313242(JP,A) 特開 平7−335888(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-5-21762 (JP, A) JP-A-7-94738 (JP, A) JP-A-5-3322 (JP, A) JP-A-4-313242 (JP , A) JP-A-7-335888 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の絶縁膜上に形成されたn型の第1
の半導体領域と、該n型の第1の半導体領域を挟んで前記第1の絶縁膜上
にp型の第1の半導体領域で形成された ソース領域
ドレイン領域と、前記n型の 第1の半導体領域の上部に形成されたゲー
ト絶縁膜としての第2の絶縁膜と、 該第2の絶縁膜を 介して前記n型の 第1の半導体領域
を流れる電流を制御するゲート電極と、 前記 ソース領域 およびドレイン領域のそれぞれの上部
に形成された 前記第1の半導体領域よりも禁制帯幅の
小さい第2の半導体領域とを備える ことを特徴とする
半導体装置。
1. An n-type first film formed on a first insulating film.
On the first insulating film with the n-type first semiconductor region interposed therebetween.
A source region formed of the p-type first semiconductor region and
And fine drain region, a first semiconductor region of the second insulating film and the n-type through the second insulating film as the first gate insulating film formed over the semiconductor region of the n-type a gate electrode to control current flow through each of the upper portion of the source region and the drain region
And a second semiconductor region having a forbidden band width smaller than that of the first semiconductor region formed in .
【請求項2】 前記 n型の第1の半導体領域と前記p
型の第1の半導体領域とは同一の厚さである ことを特
徴とする請求項1記載の 半導体装置。
Wherein said and said n-type first semiconductor region of the p
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor region of the mold has the same thickness .
【請求項3】 前記第1の半導体領域はシリコン(S
i)であり、前記第2の半導体領域は、前記Siの
子定数が拡がる方向に歪を発生するように作用する
とを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
3. The first semiconductor region is made of silicon (S
3. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the second semiconductor region acts so as to generate strain in a direction in which the lattice constant of Si expands.
【請求項4】 前記第1の半導体領域はシリコン(S
i)であり、前記第2の半導体領域はSix Ge1-x
又はSix Sn1-x であることを特徴とする請求項1
又は2記載の半導体装置。
4. The first semiconductor region is made of silicon (S
i), wherein the second semiconductor region is Si x Ge 1-x
Or Si x Sn 1-x.
Alternatively, the semiconductor device according to item 2.
【請求項5】 前記ソース領域の上部の第2の半導体領5. A second semiconductor region above the source region.
域にソース金属電極が接し、前記ドレイン領域の上部のThe source metal electrode is in contact with the region,
第2の半導体領域にドレイン金属電極が接しているここThe drain metal electrode is in contact with the second semiconductor region here
とを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半The semi-finished product according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
導体装置。Conductor device.
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