JPH04280682A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacture thereofInfo
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- JPH04280682A JPH04280682A JP4375091A JP4375091A JPH04280682A JP H04280682 A JPH04280682 A JP H04280682A JP 4375091 A JP4375091 A JP 4375091A JP 4375091 A JP4375091 A JP 4375091A JP H04280682 A JPH04280682 A JP H04280682A
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Abstract
Description
【0001】[発明の目的][Object of the invention]
【0002】0002
【産業上の利用分野】本発明は超小型の半導体装置及び
その製造方法に係り、特にMIS型電界効果トランジス
タ及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-small semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a MIS field effect transistor and a method of manufacturing the same.
【0003】0003
【従来の技術】一般に、この種のMIS集積回路の高集
積化・高性能化は素子の微細化により達成される。特に
、チャネル長の短縮は素子面積を低減化し、素子の電流
駆動力を向上させるため、動作速度の改善には極めて重
要である。2. Description of the Related Art In general, higher integration and higher performance of this type of MIS integrated circuit are achieved by miniaturizing the elements. In particular, shortening the channel length reduces the device area and improves the current driving ability of the device, which is extremely important for improving the operating speed.
【0004】ところが、チャネル長を短縮化すると、所
謂ショートチャネル効果を生じるため、かかるショート
チャネル効果を防ぐためには基板不純物濃度を増大させ
る必要があった。However, when the channel length is shortened, a so-called short channel effect occurs, and in order to prevent such short channel effect, it is necessary to increase the substrate impurity concentration.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上述した従
来のMIS集積回路においては、チャネル長が0.1μ
m近傍まで短くなると、要求される基板濃度を1018
cm−3以上に増大しなければならないため、ソース・
ドレインと基板とのpn接合の空乏層幅が狭くなり、ツ
ェナー降伏の機構によるトンネル電流のために接合リー
ク電流が増大する。加えて、基板濃度の増大がしきい値
電圧を増大させ、論理振幅を低下させるため、トランジ
スタの駆動力低下を招き、回路の動作速度を低下させる
という問題点があった。However, in the conventional MIS integrated circuit described above, the channel length is 0.1μ.
When shortened to around m, the required substrate concentration becomes 1018
cm-3 or more, the source
The width of the depletion layer of the pn junction between the drain and the substrate becomes narrower, and the junction leakage current increases due to the tunnel current caused by the Zener breakdown mechanism. In addition, an increase in the substrate concentration increases the threshold voltage and reduces the logic amplitude, resulting in a reduction in the driving power of the transistor, resulting in a reduction in the operating speed of the circuit.
【0006】本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、
チャネル長の短縮化に因らず、集積回路の駆動力が向上
でき、動作速度が向上できる半導体装置及びその製造方
法を提供するものである。[0006] In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to
The present invention provides a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can improve the driving force and operating speed of an integrated circuit regardless of the shortening of the channel length.
【0007】[発明の構成][Configuration of the invention]
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は上述した目的を
達成するため、基板上に上記基板より禁制帯幅の広いガ
リウムひ素から成る第1の半導体薄膜が形成され、上記
第1の半導体薄膜上に上記第1の半導体薄膜よりも禁制
帯幅の狭いゲルマニウムまたはシリコンとゲルマニウム
との超格子あるいはシリコンゲルマニウム合金から成る
第2の半導体薄膜が形成され、上記第2の半導体薄膜上
にゲート絶縁膜,ゲート電極が順次積層されると共に、
上記ゲート電極の両側にソース領域及びドレイン領域が
形成され、上記ソース領域の接合面及び上記ドレイン領
域の接合面が上記第1の半導体薄膜中あるいは上記第1
の半導体薄膜と上記第2の半導体薄膜とのヘテロ界面に
位置した半導体装置であり、かかる装置の製造方法は、
基板の非能動領域上に素子分離絶縁膜を形成して素子分
離を行なった後、上記基板の活性領域上に上記基板より
禁制帯幅の広い第1の半導体薄膜,上記第1の半導体薄
膜よりも禁制帯幅の狭い第2の半導体薄膜を順次エピタ
キシャル成長し、上記第2の半導体薄膜の所定領域上に
ゲ−ト絶縁膜,ゲ−ト電極を順次形成し、上記ゲ−ト電
極の両側方に不純物をイオン注入あるいは固相拡散する
ことによって接合面が上記第1の半導体薄膜中あるいは
上記第1の半導体薄膜と上記第2の半導体薄膜とのヘテ
ロ界面に存在するソース・ドレイン領域を形成するもの
である。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method in which a first semiconductor thin film made of gallium arsenide having a wider band gap than the substrate is formed on a substrate, and the first semiconductor thin film A second semiconductor thin film made of germanium, a superlattice of silicon and germanium, or a silicon germanium alloy having a narrower bandgap than the first semiconductor thin film is formed thereon, and a gate insulating film is formed on the second semiconductor thin film. , gate electrodes are sequentially stacked, and
A source region and a drain region are formed on both sides of the gate electrode, and a junction surface of the source region and a junction surface of the drain region are formed in the first semiconductor thin film or in the first semiconductor thin film.
A semiconductor device located at a hetero interface between a semiconductor thin film and a second semiconductor thin film, and a method for manufacturing such a device includes:
After forming an element isolation insulating film on the non-active region of the substrate to perform element isolation, a first semiconductor thin film having a band gap wider than that of the substrate is formed on the active region of the substrate; A second semiconductor thin film having a narrow forbidden band width is sequentially epitaxially grown, a gate insulating film and a gate electrode are sequentially formed on a predetermined region of the second semiconductor thin film, and a gate insulating film and a gate electrode are formed on both sides of the gate electrode. ion implantation or solid phase diffusion of impurities into the source/drain region, the junction surface of which is present in the first semiconductor thin film or at the heterointerface between the first semiconductor thin film and the second semiconductor thin film. It is something.
【0009】[0009]
【作用】本発明においては、ソース領域の接合面及びド
レイン領域の接合面が第1の半導体薄膜中あるいは第1
の半導体薄膜と第1の半導体薄膜よりも禁制帯幅の狭い
第2の半導体薄膜とのヘテロ界面に位置するので、有効
質量が小さく移動度が大きい第2の半導体薄膜がチャネ
ル層になるため、チャネル長を短縮しなくても、電流駆
動力が増大する。[Operation] In the present invention, the junction surface of the source region and the junction surface of the drain region are in the first semiconductor thin film or in the first semiconductor thin film.
Since it is located at the hetero-interface between the semiconductor thin film and the second semiconductor thin film, which has a narrower forbidden band width than the first semiconductor thin film, the second semiconductor thin film, which has a smaller effective mass and a higher mobility, becomes a channel layer. Current driving power is increased without shortening the channel length.
【0010】さらに、第2の半導体薄膜は第1の半導体
薄膜あるいは基板半導体より伝導帯の底と真空準位との
エネルギー間隔が大きく、価電子帯の頂上と真空準位と
のエネルギー間隔が小さいため、第2の半導体薄膜は第
1の半導体薄膜あるいは基板半導体とのエネルギー間隔
の差だけフラットバンド電圧がシフトし、しきい値電圧
の絶対値が低下するので、論理振幅が大きく取れ電流駆
動力が増大する。Furthermore, the second semiconductor thin film has a larger energy interval between the bottom of the conduction band and the vacuum level than the first semiconductor thin film or the substrate semiconductor, and a smaller energy interval between the top of the valence band and the vacuum level. Therefore, the flat band voltage of the second semiconductor thin film shifts by the difference in energy interval from that of the first semiconductor thin film or the substrate semiconductor, and the absolute value of the threshold voltage decreases, resulting in a large logic amplitude and current driving power. increases.
【0011】また、ソース・ドレイン領域のpn接合は
禁制帯幅の広い第1の半導体薄膜中に形成されるので、
当該pn接合の空乏層幅が広くなり、ツェナー降伏によ
るトンネル・リーク電流は増大しない。Furthermore, since the pn junction of the source/drain region is formed in the first semiconductor thin film having a wide forbidden band width,
The width of the depletion layer of the pn junction becomes wider, and the tunnel leakage current due to Zener breakdown does not increase.
【0012】0012
【実施例】以下、本発明の半導体装置及びその製造方法
に係わる一実施例を図1乃至図10に基づいて説明する
。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the semiconductor device and method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 10.
【0013】図1及び図2は2つのヘテロ接合界面を有
するnチャネルMISFETの断面図を示す。FIGS. 1 and 2 show cross-sectional views of an n-channel MISFET with two heterojunction interfaces.
【0014】即ち、図面において、1はp型シリコン基
板(以下基板という)であり、この基板1の非能動領域
上には素子分離用の素子分離酸化膜2が形成されている
。基板1の素子領域上には基板1と格子整合されたp型
ガリウムひ素薄膜14,p型ゲルマニウム薄膜(または
シリコンとゲルマニウムとの超格子膜あるいはシリコン
ゲルマニウム合金膜でも良い)17が順次積層されてお
り、このゲルマニウム薄膜17の所定領域上には、ゲー
ト絶縁膜9を介してnチャネルMISFETのゲート電
極4が形成されている。また、上記ゲート電極4の両側
には自己整合的にソース領域を構成する高濃度n型ガリ
ウムひ素層15,高濃度n型ゲルマニウム層18が順次
積層され、ドレイン領域を構成する高濃度n型ガリウム
ひ素層16,高濃度n型ゲルマニウム層19が順次積層
されている。そして、ソース領域の接合面及びドレイン
領域の接合面がガリウムひ素薄膜14中(図1参照)あ
るいはガリウムひ素薄膜14とゲルマニウム薄膜17と
のヘテロ界面(図2参照)に位置している。さらに、上
記MISFETが形成された基板1上には絶縁膜10が
覆設され、この絶縁膜10は上記ソース領域、ゲート電
極4及びドレイン領域上で開口され、当該各開口部上に
ソース金属電極11、ゲート金属電極12及びドレイン
金属電極13が夫々形成されている。That is, in the drawings, reference numeral 1 denotes a p-type silicon substrate (hereinafter referred to as substrate), and an element isolation oxide film 2 for element isolation is formed on a non-active region of this substrate 1. On the element region of the substrate 1, a p-type gallium arsenide thin film 14 and a p-type germanium thin film (or a superlattice film of silicon and germanium or a silicon-germanium alloy film may be used) 17 which are lattice-matched to the substrate 1 are sequentially laminated. A gate electrode 4 of an n-channel MISFET is formed on a predetermined region of this germanium thin film 17 with a gate insulating film 9 interposed therebetween. Further, on both sides of the gate electrode 4, a high concentration n-type gallium arsenide layer 15 constituting a source region and a high concentration n-type germanium layer 18 are sequentially laminated in a self-aligned manner, and a high concentration n-type gallium arsenide layer 18 constituting a drain region is laminated in sequence. An arsenic layer 16 and a high concentration n-type germanium layer 19 are sequentially laminated. The junction surface of the source region and the junction surface of the drain region are located in the gallium arsenide thin film 14 (see FIG. 1) or at the heterointerface between the gallium arsenide thin film 14 and the germanium thin film 17 (see FIG. 2). Further, the substrate 1 on which the MISFET is formed is covered with an insulating film 10, and this insulating film 10 has openings above the source region, gate electrode 4, and drain region, and a source metal electrode is formed on each opening. 11, a gate metal electrode 12 and a drain metal electrode 13 are formed, respectively.
【0015】従って、本実施例では、有効質量が小さく
、移動度が大きいゲルマニウム薄膜17がチャネル層に
なるので、電流駆動力が増大する。また、ソース・ドレ
イン領域のpn接合面は禁制帯幅の広いガリウムひ素薄
膜14中に形成されたので、pn接合の空乏層幅が広く
なり、ツェナー降伏によるトンネル・リーク電流が低下
する。Therefore, in this embodiment, the germanium thin film 17, which has a small effective mass and a high mobility, serves as a channel layer, so that the current driving force is increased. Furthermore, since the pn junction plane of the source/drain region is formed in the gallium arsenide thin film 14 having a wide forbidden band width, the depletion layer width of the pn junction becomes wide, and the tunnel leakage current due to Zener breakdown is reduced.
【0016】また、チャネル層は禁制帯幅が狭いので、
真性キャリア濃度が大きくなる。反転層を形成するのに
必要なバンドの曲がり量は(2kB T/q)In(N
SUB /ni )(kB はボルツマン定数、Tは温
度、NSUB は空乏層中の不純物濃度、ni は真性
キャリア濃度)であるので、真性キャリア濃度が大きい
ほどこのバンドの曲がりは小さくなり、しきい値が低下
する。さらに、ゲルマニウム薄膜17はガリウムひ素薄
膜14より伝導帯の底と真空準位とのエネルギー間隔が
大きく、価電子帯の頂上と真空準位とのエネルギー間隔
が小さいため、nチャネルMISFET及びpチャネル
MISFETのいずれの場合にも、ガリウムひ素薄膜1
4とのエネルギー間隔の差だけフラットバンド電圧がシ
フトし、しきい値が低下する。よって、MISFETの
論理振幅が大きく取れ電流駆動力が増大する。Furthermore, since the channel layer has a narrow forbidden band width,
Intrinsic carrier concentration increases. The amount of band bending required to form the inversion layer is (2kB T/q)In(N
SUB /ni ) (kB is the Boltzmann constant, T is the temperature, NSUB is the impurity concentration in the depletion layer, and ni is the intrinsic carrier concentration), so the higher the intrinsic carrier concentration, the smaller the bending of this band becomes, and the threshold value decreases. Furthermore, the germanium thin film 17 has a larger energy interval between the bottom of the conduction band and the vacuum level than the gallium arsenide thin film 14, and a smaller energy interval between the top of the valence band and the vacuum level, so that it can be used in n-channel MISFETs and p-channel MISFETs. In either case, the gallium arsenide thin film 1
The flat band voltage is shifted by the difference in energy interval from 4, and the threshold value is lowered. Therefore, the logic amplitude of the MISFET can be increased, and the current driving power can be increased.
【0017】次に、かかる構成の半導体装置の製造方法
を図1乃至図8により述べる。Next, a method for manufacturing a semiconductor device having such a structure will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
【0018】先ず、図3に示すように、基板1の非能動
領域上に素子分離絶縁膜2を形成して素子分離を行なう
。First, as shown in FIG. 3, an element isolation insulating film 2 is formed on a non-active region of a substrate 1 to perform element isolation.
【0019】その後、図4に示すように、気相エピタキ
シャル成長法によりトランジスタ領域に選択的にトリメ
チルガリウム及びアルシンを原料ガスとして、ガリウム
ひ素薄膜14を数千オングストローム堆積した後、この
上にp型ゲルマニウム薄膜17を50〜1000オング
ストローム積層形成する。このとき、原料ガスをSiH
4 (モノシラン)及びGeH4 (ゲルマン)とし、
p型にドーピングするためにB2 H6 (ジボラン)
ガスを使用する。Thereafter, as shown in FIG. 4, a gallium arsenide thin film 14 of several thousand angstroms is selectively deposited in the transistor region by vapor phase epitaxial growth using trimethyl gallium and arsine as raw material gases, and then p-type germanium is deposited on this film. A thin film 17 of 50 to 1000 angstroms is laminated. At this time, the raw material gas is SiH
4 (monosilane) and GeH4 (germane),
B2 H6 (diborane) for p-type doping
Use gas.
【0020】続いて、図5に示すように、CVD(気相
堆積)法により基板1上にシリコン酸化膜を50〜10
0オングストローム堆積し、ゲート絶縁膜9を形成する
。Subsequently, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film is deposited on the substrate 1 using a CVD (vapor phase deposition) method.
A gate insulating film 9 is formed by depositing 0 angstroms.
【0021】次いで、図6に示すように、CVD法によ
り上記ゲート絶縁膜9上にポリシリコンを堆積した後、
これをパターニングし、ゲート電極4を形成する。Next, as shown in FIG. 6, after depositing polysilicon on the gate insulating film 9 by the CVD method,
This is patterned to form the gate electrode 4.
【0022】その後、図7に示すように、ゲート電極4
をマスクとして、基板1の全面にドーズ量5×1015
cm−2程度で注入エネルギー30kev程度の砒素を
イオン注入すると共に、シリコンのイオン注入を行った
後、急速ランプ加熱法により1000℃で30秒程度の
活性化アニーリングを行ない、ゲルマニウム薄膜17中
に高濃度n型ゲルマニウム層18,19及びガリウムひ
素薄膜14内に高濃度n型ガリウムひ素層15,16を
形成する。あるいは、砒素のイオン注入のみ行う。この
とき、砒素がIV族半導体であるゲルマニウム薄膜17
中ではn型ドーパントになり、III−V族半導体であ
るガリウムひ素薄膜14中ではドーパントにはならない
ので、ソース・ドレイン領域のpn接合面がガリウムひ
素層15とゲルマニウム層18とのヘテロ界面及びガリ
ウムひ素層16とゲルマニウム層19とのヘテロ界面に
一致する(図2参照)。このように、ソース・ドレイン
領域の接合深さはゲルマニウム層18,19の膜厚で規
定されるため、当該接合深さが容易に制御される。従っ
て、浅い接合形成が要求される微細チャネルMISFE
Tの製造に有利である。Thereafter, as shown in FIG. 7, the gate electrode 4
Using as a mask, apply a dose of 5×1015 to the entire surface of the substrate 1.
After implanting arsenic ions with an implantation energy of approximately 30 keV at approximately cm-2 and implanting silicon ions, activation annealing is performed at 1000° C. for approximately 30 seconds using a rapid lamp heating method to inject a high concentration into the germanium thin film 17. High concentration n-type gallium arsenide layers 15 and 16 are formed within the concentration n-type germanium layers 18 and 19 and the gallium arsenide thin film 14 . Alternatively, only arsenic ion implantation is performed. At this time, arsenic is a germanium thin film 17 which is a group IV semiconductor.
Since it becomes an n-type dopant in the gallium arsenide thin film 14, which is a III-V group semiconductor, it does not become a dopant in the gallium arsenide thin film 14, which is a III-V group semiconductor. This corresponds to the hetero interface between the arsenic layer 16 and the germanium layer 19 (see FIG. 2). In this way, since the junction depth of the source/drain region is defined by the film thickness of the germanium layers 18 and 19, the junction depth can be easily controlled. Therefore, fine channel MISFE requires shallow junction formation.
It is advantageous for manufacturing T.
【0023】しかる後、図8に示すように、CVD法に
より基板1全面にシリコン酸化膜を堆積し、層間絶縁膜
10を形成する。そして、上記層間絶縁膜10をパター
ニングし、ゲルマニウム層18,19及びゲート電極4
上にコンタクトホ−ル10aを開口する。Thereafter, as shown in FIG. 8, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the substrate 1 by the CVD method to form an interlayer insulating film 10. Then, the interlayer insulating film 10 is patterned, and the germanium layers 18 and 19 and the gate electrode 4 are patterned.
A contact hole 10a is opened at the top.
【0024】更に、図1に示すように、スパッタリング
法により上記構成素子を含む基板1上にアルミニウムな
どの金属薄膜を堆積後、これをパターニングして各コン
タクトホ−ル10a上にソース金属電極11、ゲート金
属電極12及びドレイン金属電極13を夫々形成する。
斯くして、MISFETを完成する。Furthermore, as shown in FIG. 1, a thin metal film of aluminum or the like is deposited on the substrate 1 containing the above-mentioned components by sputtering, and then patterned to form a source metal electrode 11 on each contact hole 10a. , a gate metal electrode 12 and a drain metal electrode 13 are formed, respectively. In this way, the MISFET is completed.
【0025】図9は1つのヘテロ接合界面を有するnチ
ャネルMISFETの断面図を示す。FIG. 9 shows a cross-sectional view of an n-channel MISFET with one heterojunction interface.
【0026】同図では、基板1の非能動領域上に素子分
離酸化膜2が形成されている。そして、基板1の素子領
域上には基板1と格子整合されたp型シリコンゲルマニ
ウム合金(Six Ge1−x )薄膜3が形成されて
おり、このp型シリコンゲルマニウム合金薄膜3の所定
領域上には、ゲート絶縁膜9を介してnチャネルMIS
FETのゲート電極4が形成されている。このゲート電
極4の両側には自己整合的にソース領域を構成する高濃
度n型シリコン領域5,高濃度n型シリコンゲルマニウ
ム合金層7が順次積層され、ドレイン領域を構成する高
濃度n型シリコン領域6,高濃度n型シリコンゲルマニ
ウム合金層8が順次積層されている。さらに、MISF
ETが形成された基板1上には層間絶縁膜10が覆設さ
れている。上記層間絶縁膜10は上記ソース領域7、ゲ
ート電極4及びドレイン領域8上で夫々開口され、当該
各開口部上にソース金属電極11、ゲート金属電極12
及びドレイン金属電極13が形成されている。In the figure, an element isolation oxide film 2 is formed on a non-active region of a substrate 1. A p-type silicon germanium alloy (Six Ge1-x) thin film 3 lattice-matched to the substrate 1 is formed on the element region of the substrate 1, and a predetermined region of the p-type silicon germanium alloy thin film 3 is , n-channel MIS via gate insulating film 9
A gate electrode 4 of the FET is formed. On both sides of this gate electrode 4, a high concentration n-type silicon region 5 constituting a source region and a high concentration n-type silicon germanium alloy layer 7 are sequentially laminated in a self-aligned manner, and a high concentration n-type silicon region constituting a drain region. 6. High concentration n-type silicon germanium alloy layers 8 are sequentially laminated. Furthermore, MISF
An interlayer insulating film 10 is provided over the substrate 1 on which the ET is formed. The interlayer insulating film 10 has openings above the source region 7, gate electrode 4, and drain region 8, respectively, and a source metal electrode 11 and a gate metal electrode 12 on each opening.
and a drain metal electrode 13 are formed.
【0027】図10は1つのヘテロ接合界面を有するp
チャネルMISFETの反転層形成時のバンド図を示す
。これによれば、シリコンとシリコンゲルマニウム合金
あるいはゲルマニウムとの価電子頂上のエネルギー差が
伝導帯の底のエネルギー差よりも大きい。つまり、Si
0.5 Ge0.5 をチャネルに用いたpチャネルM
ISFETはエネルギー差だけによる寄与分でも0.3
7Vのしきい値低下があり、高駆動力が期待できる。こ
のことは、nチャネルMISFETよりpチャネルMI
SFETが有利である。FIG. 10 shows p with one heterojunction interface.
A band diagram when forming an inversion layer of a channel MISFET is shown. According to this, the energy difference at the top of the valence electron between silicon and silicon germanium alloy or germanium is larger than the energy difference at the bottom of the conduction band. In other words, Si
p channel M using 0.5 Ge0.5 in the channel
ISFET has a contribution of only 0.3 due to energy difference.
There is a threshold voltage drop of 7V, and high driving force can be expected. This means that the p-channel MISFET
SFETs are advantageous.
【0028】尚、本発明はnチャネルMISFETに限
定されず、各半導体領域の伝導型を変更してpチャネル
MISFETとしても適用される。また、側壁絶縁膜な
どを付加することでLDD(Lightly Dop
ed Drain)構造と併せて使用される。さらに
、ヘテロ接合はSi/Si1−x Gex ,Si/G
aAs/Geに限定されず、例えばGaAs/Si1−
x Gex ,GaP/Si1−x Gex ,Si/
SiC/Si,Si/GaP/Si1−x Gex ,
Si/GaAs/Si1−x Gex ,Si/Al1
−x Gax As/Si1−y Gey ,Si/G
aAs/Ga1−x InAs,Si/ZnS1−x
Sex /Si1−y Gey (いずれも0≦x≦1
,0≦y≦1)などを用いても良い。The present invention is not limited to n-channel MISFETs, but can also be applied to p-channel MISFETs by changing the conductivity type of each semiconductor region. Additionally, by adding sidewall insulating films, etc., LDD (Lightly Doped)
ed Drain) structure. Furthermore, the heterojunctions are Si/Si1-x Gex, Si/G
Not limited to aAs/Ge, for example, GaAs/Si1-
x Gex, GaP/Si1-x Gex, Si/
SiC/Si, Si/GaP/Si1-x Gex,
Si/GaAs/Si1-x Gex, Si/Al1
-x Gax As/Si1-y Gey, Si/G
aAs/Ga1-x InAs, Si/ZnS1-x
Sex /Si1-y Gey (both 0≦x≦1
, 0≦y≦1).
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、有
効質量が小さく移動度が大きい第2の半導体薄膜がチャ
ネル層になるため、チャネル長を短縮しなくても、電流
駆動力が増大する。さらに、第2の半導体薄膜は第1の
半導体薄膜より伝導帯の底と真空準位とのエネルギー間
隔が大きく、価電子帯の頂上と真空準位とのエネルギー
間隔が小さいため、第2の半導体薄膜は第1の半導体薄
膜あるいは基板半導体とのエネルギー間隔の差だけフラ
ットバンド電圧がシフトし、しきい値電圧の絶対値が低
下する。また、ソース・ドレイン領域のpn接合は禁制
帯幅の広い第1の半導体薄膜中に形成されるので、当該
pn接合の空乏層幅が広くなり、ツェナー降伏によるト
ンネル・リーク電流が低下する。これらにより、微細チ
ャネル長のMISFETにおいて、ドレイン電流駆動力
が増大でき、動作速度の高速化が実現できる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the second semiconductor thin film, which has a small effective mass and a high mobility, becomes the channel layer, so the current driving force is increased without shortening the channel length. do. Furthermore, the second semiconductor thin film has a larger energy interval between the bottom of the conduction band and the vacuum level and a smaller energy interval between the top of the valence band and the vacuum level than the first semiconductor thin film. The flat band voltage of the thin film shifts by the difference in energy interval from the first semiconductor thin film or the substrate semiconductor, and the absolute value of the threshold voltage decreases. Further, since the pn junction of the source/drain region is formed in the first semiconductor thin film having a wide forbidden band width, the depletion layer width of the pn junction becomes wide, and tunnel leakage current due to Zener breakdown is reduced. As a result, in a MISFET with a fine channel length, the drain current driving force can be increased and the operating speed can be increased.
【図1】本発明の2つのヘテロ接合界面を有するnチャ
ネルMISFETの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an n-channel MISFET with two heterojunction interfaces of the present invention.
【図2】本発明の2つのヘテロ接合界面を有する他のn
チャネルMISFETの断面図である。FIG. 2: Another n with two heterojunction interfaces of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a channel MISFET.
【図3】2つのヘテロ接合界面を有するnチャネルMI
SFETの製造工程断面図である。FIG. 3: N-channel MI with two heterojunction interfaces
It is a sectional view of the manufacturing process of SFET.
【図4】2つのヘテロ接合界面を有するnチャネルMI
SFETの製造工程断面図である。FIG. 4: N-channel MI with two heterojunction interfaces
It is a sectional view of the manufacturing process of SFET.
【図5】2つのヘテロ接合界面を有するnチャネルMI
SFETの製造工程断面図である。FIG. 5: N-channel MI with two heterojunction interfaces
It is a sectional view of the manufacturing process of SFET.
【図6】2つのヘテロ接合界面を有するnチャネルMI
SFETの製造工程断面図である。FIG. 6: N-channel MI with two heterojunction interfaces
It is a sectional view of the manufacturing process of SFET.
【図7】2つのヘテロ接合界面を有するnチャネルMI
SFETの製造工程断面図である。FIG. 7: N-channel MI with two heterojunction interfaces
It is a sectional view of the manufacturing process of SFET.
【図8】2つのヘテロ接合界面を有するnチャネルMI
SFETの製造工程断面図である。FIG. 8: N-channel MI with two heterojunction interfaces
It is a sectional view of the manufacturing process of SFET.
【図9】本発明の1つのヘテロ接合界面を有するnチャ
ネルMISFETの断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of an n-channel MISFET with one heterojunction interface of the present invention.
【図10】本発明の1つのヘテロ接合界面を有するpチ
ャネルMISFETの反転層形成時のバンド図である。FIG. 10 is a band diagram when forming an inversion layer of a p-channel MISFET having one heterojunction interface according to the present invention.
1 p型シリコン基板
2 素子分離酸化膜
4 ゲート電極
9 ゲート絶縁膜
10 層間絶縁膜
11 金属ソース電極
12 金属ゲート電極
13 金属ドレイン電極
14 p型ガリウムひ素薄膜
15,16 高濃度n型ガリウムひ素層17 p型
ゲルマニウム薄膜1 p-type silicon substrate 2 element isolation oxide film 4 gate electrode 9 gate insulating film 10 interlayer insulating film 11 metal source electrode 12 metal gate electrode 13 metal drain electrode 14 p-type gallium arsenide thin film 15, 16 high concentration n-type gallium arsenide layer 17 p-type germanium thin film
Claims (3)
第1の半導体薄膜が形成され、上記第1の半導体薄膜上
に上記第1の半導体薄膜よりも禁制帯幅の狭い第2の半
導体薄膜が形成され、上記第2の半導体薄膜上にゲート
絶縁膜,ゲート電極が順次積層されると共に、上記ゲー
ト電極の両側にソース領域及びドレイン領域が形成され
、上記ソース領域の接合面及び上記ドレイン領域の接合
面が上記第1の半導体薄膜中あるいは上記第1の半導体
薄膜と上記第2の半導体薄膜とのヘテロ界面に位置した
ことを特徴とする半導体装置。1. A first semiconductor thin film having a wider forbidden band width than the substrate is formed on a substrate, and a second semiconductor thin film having a narrower forbidden band width than the first semiconductor thin film is formed on the first semiconductor thin film. A thin film is formed, and a gate insulating film and a gate electrode are sequentially laminated on the second semiconductor thin film, and a source region and a drain region are formed on both sides of the gate electrode, and the junction surface of the source region and the drain region are formed on both sides of the gate electrode. A semiconductor device characterized in that a bonding surface of the region is located in the first semiconductor thin film or at a heterointerface between the first semiconductor thin film and the second semiconductor thin film.
成り、第2の半導体薄膜はゲルマニウムまたはシリコン
とゲルマニウムとの超格子あるいはシリコンゲルマニウ
ム合金から成ることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor thin film is made of gallium arsenide, and the second semiconductor thin film is made of germanium, a superlattice of silicon and germanium, or a silicon-germanium alloy.
を形成して素子分離を行なった後、上記基板の活性領域
上に上記基板より禁制帯幅の広い第1の半導体薄膜,上
記第1の半導体薄膜よりも禁制帯幅の狭い第2の半導体
薄膜を順次エピタキシャル成長し、上記第2の半導体薄
膜の所定領域上にゲ−ト絶縁膜,ゲ−ト電極を順次形成
し、上記ゲ−ト電極の両側方に不純物をイオン注入ある
いは固相拡散することによって接合面が上記第1の半導
体薄膜中あるいは上記第1の半導体薄膜と上記第2の半
導体薄膜とのヘテロ界面に存在するソース・ドレイン領
域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。3. After forming an element isolation insulating film on a non-active region of a substrate to perform element isolation, a first semiconductor thin film having a wider forbidden band width than that of the substrate is formed on an active region of the substrate, and a first semiconductor thin film having a band gap wider than that of the substrate; A second semiconductor thin film having a narrower forbidden band width than the first semiconductor thin film is sequentially epitaxially grown, a gate insulating film and a gate electrode are sequentially formed on a predetermined region of the second semiconductor thin film, and the gate By ion-implanting or solid-phase diffusion of impurities on both sides of the source electrode, a junction surface is formed in the first semiconductor thin film or at the heterointerface between the first semiconductor thin film and the second semiconductor thin film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a drain region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4375091A JPH04280682A (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4375091A JPH04280682A (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280682A true JPH04280682A (en) | 1992-10-06 |
Family
ID=12672444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4375091A Pending JPH04280682A (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04280682A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008123352A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Nec Corporation | Semiconductor device |
| WO2010131312A1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-18 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method of producing same |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP4375091A patent/JPH04280682A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2008123352A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Nec Corporation | Semiconductor device |
| US8809939B2 (en) | 2007-03-28 | 2014-08-19 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
| WO2010131312A1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-18 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method of producing same |
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