JP2000031469A - Semiconductor device and production method thereof - Google Patents

Semiconductor device and production method thereof

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JP2000031469A
JP2000031469A JP10198884A JP19888498A JP2000031469A JP 2000031469 A JP2000031469 A JP 2000031469A JP 10198884 A JP10198884 A JP 10198884A JP 19888498 A JP19888498 A JP 19888498A JP 2000031469 A JP2000031469 A JP 2000031469A
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JP
Japan
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layer
forming
doped
channel
spacer
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JP10198884A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyokazu Nakagawa
清和 中川
Nobuyuki Sugii
信之 杉井
Shinya Yamaguchi
伸也 山口
Masanobu Miyao
正信 宮尾
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a FET transistor having high mobility by using a multi- layer structure consisting of a 4-family semiconductor consisting of Si and Ge. SOLUTION: The FET transistor has a Si substrate; a Si1-XGeX buffer layer (0<x<1) formed on the Si substrate without lattice matching; a Si channel layer formed on the buffer layer; a Si1-XGeX spacer layer (0<x<1) formed on the Si channel layer; a Ge layer doped with 5-family elements such as Sb or the like, which is formed on the spacer layer; a Si1-XGeX cap layer (0<x<1) formed on a delta doped layer; a source area provided at one end of the Si channel layer and a drain area provided at the other end of the Si channel layer; and a gate electrode provide on the cap layer through an insulating film. This n-type FET transistor has a constitution that two dimensional electron gas is generated on the interface of both the Si channel layer and the spacer layer. The mixed crystalline ratio X of the FET transistor is around 0.3.

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】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に係わり、特にSi,Geの4族系元素を用いて
形成した電界効果トランジスタ、即ち凝二次元的チャネ
ルを構成する高速移動度トランジスタおよびその製造技
術に適用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a field effect transistor formed by using a group 4 element of Si and Ge, that is, a high-speed mobility transistor forming a two-dimensional channel. And effective technology applied to the manufacturing technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のSiおよびGeを用いたトランジスタ
(電界効果トランジスタ)に関しては、エクステンデド
アブストラクト オブ 1993 インターナショナル
コンファレンス オン ソリッドステート デバイス
アンド マテリアルズ、マクハリ、1993年、第 201頁か
ら第 203頁(Extended Abstravts of the 1993 Internat
ional Conference on Solid State Devices and Materi
als, Makuhari(1993)pp.201-203)に論じられている。
2. Description of the Related Art A conventional transistor using Si and Ge (field effect transistor) is disclosed in Extended Abstract of 1993 International.
Conference on solid-state device
And Materials, McHari, 1993, pp 201-203 (Extended Abstravts of the 1993 Internat
ional Conference on Solid State Devices and Materi
als, Makuhari (1993) pp. 201-203).

【0003】この文献に記載されている電界効果トラン
ジスタは、Si基板上にSiGeバッファ層を有し、このSiGe
バッファ層上にSiチャネル層とSiGe層を有する構造にな
っている。また、前記SiGe層の中段にはsbをドープした
単一原子層からなるデルタドープ層(電子供給層)が設
けられている。
[0003] The field effect transistor described in this document has a SiGe buffer layer on a Si substrate.
The structure has a Si channel layer and a SiGe layer on the buffer layer. A delta-doped layer (electron supply layer) composed of a single atomic layer doped with sb is provided in the middle of the SiGe layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の電界効
果トランジスタ(高速移動度トランジスタ)では、電子
や正孔のキャリア供給層として不純物をドープしたSiGe
混晶層を用いるものである。不純物原子は半導体原子の
結晶格子位置を占めることにより半導体原子と共有結合
を形成しキャリアを供給する。しかし、SiGeという混晶
層中に不純物をドープすると不純物−Si,不純物−Geと
いう結合エネルギーの異なる結合が形成され、不純物−
Ge結合の結合エネルギーは不純物−Siと比べ小さいため
に、Sb−Si結合が優先的に形成され、Ge原子の周りには
Sbと結合していない切れた結合(未結合手)が多数存在
し、この結合がキャリア捕獲中心として働くためにSbの
活性化率は1%程度となっている。この結果として得ら
れた素子特性は劣悪なものであった。
In the above-mentioned prior art field effect transistor (high-speed mobility transistor), an impurity-doped SiGe is used as a carrier supply layer for electrons and holes.
A mixed crystal layer is used. The impurity atoms occupy the crystal lattice positions of the semiconductor atoms to form covalent bonds with the semiconductor atoms and supply carriers. However, when an impurity is doped into a mixed crystal layer of SiGe, bonds having different binding energies of impurity-Si and impurity-Ge are formed, and the impurity-
Since the bond energy of the Ge bond is smaller than that of the impurity -Si, the Sb-Si bond is formed preferentially, and around the Ge atom.
There are many broken bonds (unbonded bonds) that are not bonded to Sb, and since these bonds function as carrier trapping centers, the activation rate of Sb is about 1%. The resulting device characteristics were poor.

【0005】このように従来の素子構造では、不純物の
活性化率が低い。そこで、従来、キャリア濃度の2桁程
度高い高濃度ドーピングを行うことで、トランジスタを
作製している。しかし、高濃度不純物による散乱の影響
によってキャリアの移動度が低下する新たな問題が派生
する。
As described above, the conventional element structure has a low impurity activation rate. Therefore, conventionally, a transistor is manufactured by performing high-concentration doping about two orders of magnitude higher than the carrier concentration. However, a new problem arises in that the carrier mobility is reduced due to the effect of scattering by the high-concentration impurities.

【0006】本発明の目的は、高い移動度を有する電界
効果トランジスタを有する半導体装置およびその製造方
法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a field effect transistor having high mobility and a method for manufacturing the same.

【0007】本発明の他の目的は、従来素子に比べ2倍
以上高い移動度を有する電界効果トランジスタおよびそ
の製造方法を提供することにある。本発明の前記ならび
にそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述およ
び添付図面からあきらかになるであろう。
Another object of the present invention is to provide a field effect transistor having a mobility that is at least twice as high as that of a conventional device and a method of manufacturing the same. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】(1)Si基板と、前記Si
基板上に格子整合させずに形成されるSi1-XGeXバッファ
層(0<x<1)と、前記バッファ層上に形成されるSiチャネ
ル層と、前記Siチャネル層上に形成されるSi1-XGeXスペ
ーサ層(0<x<1)と、前記Si1-XGeXスペーサ層上に形成さ
れるSb等の5族元素をドープしたGe層からなるデルタド
ープ層と、前記デルタドープ層上に形成されるSi1-XGeX
キャップ層(0<x<1)と、前記Siチャネル層の一端に設け
られるソース領域および他端に設けられるドレイン領域
と、前記Si1-XGeXキャップ層上に絶縁膜を介して設けら
れるゲート電極とを有し、前記Siチャネル層と前記Si
1-XGeXスペーサ層との界面に2次元電子ガスを発生させ
る構成のn型電界効果トランジスタを有する構成になっ
ている。前記混晶比Xは0.3程度になっている。
(1) An Si substrate and the Si substrate
A Si 1-X Ge X buffer layer (0 <x <1) formed without lattice matching on the substrate, a Si channel layer formed on the buffer layer, and formed on the Si channel layer A Si 1-X Ge X spacer layer (0 <x <1), a delta-doped layer composed of a Ge layer doped with a group V element such as Sb formed on the Si 1-X Ge X spacer layer, Si 1-X Ge X formed on the layer
A cap layer (0 <x <1), a source region provided at one end of the Si channel layer and a drain region provided at the other end, and provided over the Si 1-X Ge X cap layer via an insulating film. Having a gate electrode, the Si channel layer and the Si
The structure has an n-type field effect transistor configured to generate a two-dimensional electron gas at the interface with the 1-X Ge X spacer layer. The mixed crystal ratio X is about 0.3.

【0009】このような半導体装置は以下の方法によっ
て製造される。Si基板上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)をSi
に格子整合させないで成長させてSi1-XGeXバッファ層を
形成する工程と、前記Si1-XGeXバッファ層上にi-Si層を
成長させてSiチャネル層を形成する工程と、前記Siチャ
ネル層上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGe
Xスペーサ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXスペーサ
層上にSb等の5族元素をドープしたGe層を成長させてデ
ルタドープ層を形成する工程と、前記デルタドープ層上
にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGeXキャッ
プ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXキャップ層上にSi
層またはi-Si層を成長させてシリコン層を形成する工程
と、前記シリコン層を熱酸化処理してSiO2膜に形成する
工程と、前記SiO2膜を選択的に除去した後n型不純物を
注入してソース領域およびドレイン領域を形成する工程
と、前記ソース領域とドレイン領域の間の前記SiO2膜上
および前記ソース領域上ならびに前記ドレイン領域上に
ゲート電極,ソース電極,ドレイン電極を形成する工程と
によって前記Siチャネル層と前記Si1-XGeXスペーサ層と
の界面に2次元電子ガスを発生させる構成のn型電界効
果トランジスタを製造する。前記Si1-XGeX混晶層(0<x<
1)の混晶比Xは0.3程度に制御される。
Such a semiconductor device is manufactured by the following method. Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) on Si substrate
Forming a Si 1-X Ge X buffer layer by growing without lattice matching, and growing an i-Si layer on the Si 1-X Ge X buffer layer to form a Si channel layer, A Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is grown on the Si channel layer to form a Si 1-X Ge
Forming a X spacer layer, the Si 1-X Ge X a step of the spacer layer on the grown Ge layer doped with Group 5 element such as Sb to form a delta doped layer, Si 1 on the delta doped layer Forming a Si 1-X Ge X cap layer by growing a -X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1); and forming Si on the Si 1-X Ge X cap layer.
Forming a silicon layer by growing a layer or i-Si layer; forming the silicon layer by thermal oxidation to form a SiO 2 film; and selectively removing the SiO 2 film to form an n-type impurity. Forming a source region and a drain region by forming a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode on the SiO 2 film and between the source region and the drain region and on the source region and the drain region. By performing this step, an n-type field effect transistor having a configuration in which a two-dimensional electron gas is generated at the interface between the Si channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer is manufactured. The Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <
The mixed crystal ratio X in 1) is controlled to about 0.3.

【0010】(2)前記手段(1)の構成において、デ
ルタドープ層はSb等の5族元素をドープしたSi層で構成
されている。このような半導体装置は、前記手段(1)
の製造方法においてSi1-XGeXスペーサ層を形成した後前
記Si1-XGeXスペーサ層上にSb等の5族元素をドープした
Si層を成長させてデルタドープ層を形成することによっ
て製造される。
(2) In the structure of the means (1), the delta-doped layer is constituted by a Si layer doped with a group V element such as Sb. Such a semiconductor device is characterized in that the means (1)
After the formation of the Si 1-X Ge X spacer layer in the manufacturing method of the above, the Group 1 element such as Sb was doped on the Si 1-X Ge X spacer layer.
Manufactured by growing a Si layer to form a delta-doped layer.

【0011】(3)前記手段(1)の構成において、チ
ャネル層はSiチャネル層に代えてGeチャネル層で構成さ
れ、デルタドープ層はSb等の5族元素をドープしたGe層
に代えてB等の3族元素をドープしたSi層で構成されて
いる。また、Si1-XGeX混晶層(0<x<1)の混晶比Xは0.
7程度になっている。
(3) In the configuration of the means (1), the channel layer is formed of a Ge channel layer instead of the Si channel layer, and the delta-doped layer is formed of B or the like instead of the Ge layer doped with a group V element such as Sb. And a Si layer doped with a Group 3 element. Further, the mixed crystal ratio X of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is 0.3.
It is about 7.

【0012】このような半導体装置は、前記手段(1)
の製造方法において、Si1-XGeXバッファ層を形成した
後、このSi1-XGeXバッファ層上にi-Ge層を成長させてGe
チャネル層を形成し、その後Si1-XGeX混晶層(0<x<1)を
形成してSi1-XGeXスペーサ層を形成し、ついでB等の3
族元素をドープしたSi層を成長させてデルタドープ層を
形成することによって製造される。この製造においては
Si1-XGeX混晶層(0<x<1)の混晶比Xは0.7程度に制御
される。
[0012] Such a semiconductor device is characterized in that:
In the manufacturing method, after forming a Si 1-X Ge X buffer layer and the Si 1-X Ge X buffer layer is grown i-Ge layer of Ge
A channel layer is formed, and then a Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is formed to form a Si 1-X Ge X spacer layer.
It is manufactured by growing a Si layer doped with group elements to form a delta-doped layer. In this production
The mixed crystal ratio X of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is controlled to about 0.7.

【0013】(4)前記手段(1)の構成において、チ
ャネル層はSiチャネル層に代えてGeチャネル層で構成さ
れ、デルタドープ層はSb等の5族元素をドープしたGe層
に代えてB等の3族元素をドープしたGe層で構成されて
いる。また、Si1-XGeX混晶層(0<x<1)の混晶比Xは0.
7程度になっている。
(4) In the configuration of the means (1), the channel layer is formed of a Ge channel layer instead of the Si channel layer, and the delta-doped layer is formed of B or the like instead of the Ge layer doped with a group V element such as Sb. And a Ge layer doped with a Group 3 element. Further, the mixed crystal ratio X of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is 0.3.
It is about 7.

【0014】このような半導体装置は、前記手段(1)
の製造方法において、Si1-XGeXバッファ層を形成した
後、このSi1-XGeXバッファ層上にi-Ge層を成長させてGe
チャネル層を形成し、その後Si1-XGeX混晶層(0<x<1)を
形成してSi1-XGeXスペーサ層を形成し、ついでB等の3
族元素をドープしたGe層を成長させてデルタドープ層を
形成することによって製造される。この製造においては
Si1-XGeX混晶層(0<x<1)の混晶比Xは0.7程度に制御
される。
[0014] Such a semiconductor device is characterized in that:
In the manufacturing method, after forming a Si 1-X Ge X buffer layer and the Si 1-X Ge X buffer layer is grown i-Ge layer of Ge
A channel layer is formed, and then a Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is formed to form a Si 1-X Ge X spacer layer.
It is manufactured by growing a Ge layer doped with a group element to form a delta-doped layer. In this production
The mixed crystal ratio X of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is controlled to about 0.7.

【0015】前記(1)の手段によれば、Si1-XGeX混晶
層のバルクの格子定数はSiとGeの原子半径の違いに起因
してGe混晶比XとともにSiの格子定数からGeの格子定数
まで増加する。このSi1-XGeX混晶(バッファ層)をSi基
板上に成長する場合、膜厚が薄い場合にはSi基板に格子
整合して成長するため、Si基板から2軸の圧縮応力を受
ける。このような状態で成長膜厚を増加させると膜厚に
比例して歪みエネルギーが膜中に蓄積され、ある膜厚
(臨界膜厚)で歪みを緩和するために膜中に転位が発生
する。このように臨界膜厚を越えて成長することで転位
を膜中に導入し、基板から応力を受けていないSi1-XGeX
混晶(バッファ層)をSi基板上に形成する。その上にSi
層(Siチャネル層)とSi1-XGeX混晶層(スペーサ層)を
Si1-XGeXバッファ層に格子整合させて成長することで2
軸の引っ張り応力が印加されたSi層(Siチャネル層)が
形成される。この構造の上部バリア層(Si1-XGeXスペー
サ層)のSi1-XGeX混晶内にSb等の5族の不純物をドープ
した2nm程度のGe層を埋め込むことでバンド構造は図1
に示すようになり、電子がSiチャネル層に蓄積される、
2次元電子ガスが形成されることになる。この構造の不
純物の活性化率はほぼ100%で、特性の良好な電界効
果トランジスタを作製することが可能となった。この結
果、従来素子に比べ2倍以上高い移動度を有する電界効
果トランジスタを実現することが可能になった。
According to the means (1), the bulk lattice constant of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer is determined by the difference in atomic radius between Si and Ge and the Ge lattice constant X together with the lattice constant of Si. To the lattice constant of Ge. When this Si 1-X Ge X mixed crystal (buffer layer) is grown on a Si substrate, if it is thin, it grows lattice-matched to the Si substrate, so it receives biaxial compressive stress from the Si substrate . When the grown film thickness is increased in such a state, strain energy is accumulated in the film in proportion to the film thickness, and dislocation occurs in the film to relax the strain at a certain film thickness (critical film thickness). In this way, dislocations are introduced into the film by growing beyond the critical film thickness, and stress is not applied from the substrate to Si 1-X Ge X
A mixed crystal (buffer layer) is formed on a Si substrate. Si on it
Layer (Si channel layer) and Si 1-X Ge X mixed crystal layer (spacer layer)
By growing lattice-matched with the Si 1-X Ge X buffer layer, 2
An Si layer (Si channel layer) to which the axial tensile stress is applied is formed. The band structure is shown by embedding a Ge layer of about 2 nm doped with a Group 5 impurity such as Sb in the Si 1-X Ge X mixed crystal of the upper barrier layer (Si 1-X Ge X spacer layer) of this structure. 1
And electrons are accumulated in the Si channel layer,
A two-dimensional electron gas will be formed. The activation rate of impurities having this structure was almost 100%, and it was possible to manufacture a field-effect transistor having good characteristics. As a result, it has become possible to realize a field effect transistor having a mobility that is at least twice as high as that of the conventional device.

【0016】前記(2)の手段によれば、デルタドープ
層をSb等の5族元素をドープしたSi層とした場合にも前
記(1)の構成の場合と同様に不純物の活性化率をほぼ
100%にでき、特性の良好な電界効果トランジスタを
作製することが可能となった。
According to the above-mentioned means (2), even when the delta-doped layer is a Si layer doped with a group V element such as Sb, the activation rate of impurities is substantially reduced as in the case of the above-mentioned structure (1). 100%, and a field-effect transistor having good characteristics can be manufactured.

【0017】前記(3)の手段によれば、チャネル層を
Geチャネル層にし、デルタドープ層をB等の3族元素を
ドープしたSi層で構成した場合にも、前記(1)の構成
の場合と同様に不純物の活性化率をほぼ100%にで
き、特性の良好な電界効果トランジスタを作製すること
が可能となった。
According to the means (3), the channel layer
In the case where the Ge channel layer is formed and the delta-doped layer is formed of a Si layer doped with a Group 3 element such as B, the activation rate of impurities can be made almost 100% as in the case of the above-mentioned (1). It has become possible to manufacture a field-effect transistor having a good quality.

【0018】前記(4)の手段によれば、チャネル層を
Geチャネル層にし、デルタドープ層をB等の3族元素を
ドープしたGe層で構成した場合にも、前記(1)の構成
の場合と同様に不純物の活性化率をほぼ100%にで
き、特性の良好な電界効果トランジスタを作製すること
が可能となった。
According to the means (4), the channel layer
Also in the case where the Ge channel layer is formed and the delta-doped layer is formed of a Ge layer doped with a group 3 element such as B, the activation rate of impurities can be made almost 100% as in the case of the above-mentioned (1). It has become possible to manufacture a field-effect transistor having a good quality.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 (実施形態1)図2乃至図5は本発明の一実施形態(実
施形態1)であるn型電界効果トランジスタ(高速移動
度トランジスタ型半導体装置)に係わる図であり、図2
は半導体装置を示す模式的断面図、図3および図4は半
導体装置の製造各工程でのSi基板の模式的断面図、図5
は半導体装置の接合部分のバンド構造を示す模式図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIGS. 2 to 5 are diagrams relating to an n-type field effect transistor (high-speed mobility transistor type semiconductor device) according to an embodiment (Embodiment 1) of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device. FIGS. 3 and 4 are schematic cross-sectional views of a Si substrate in each step of manufacturing the semiconductor device.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a band structure of a junction portion of the semiconductor device.

【0020】本実施形態1の半導体装置200は、図2に
示すように、p型Si基板211の一表面(主面:(100))上
に順次半導体層を形成して構成した構造になっている。
p型Si基板211は、例えば抵抗率が5Ωcmの数百μmの厚
さの基板からなり、この基板211の主面には、厚さ50nm
のSi層212が形成されている。このSi層212は真正半導体
(i層)でもよい。
As shown in FIG. 2, the semiconductor device 200 of the first embodiment has a structure in which semiconductor layers are sequentially formed on one surface (main surface: (100)) of a p-type Si substrate 211. ing.
The p-type Si substrate 211 is composed of, for example, a substrate having a resistivity of 5Ωcm and a thickness of several hundred μm, and the main surface of the substrate 211 has a thickness of 50 nm.
Is formed. This Si layer 212 may be a genuine semiconductor (i-layer).

【0021】前記Si層212上には、厚さが臨界膜厚を越
えて2000nmになり、前記基板211から応力を受けないSi
1-XGeXバッファ層213(0<x<1)が設けられている。前記Si
1-XGeXバッファ層213は、例えば混晶比Xが3になる混
晶層で形成され、i-Si0.7Ge0.3バッファ層213になって
いる。
On the Si layer 212, the thickness exceeds the critical thickness and becomes 2000 nm,
A 1-X Ge X buffer layer 213 (0 <x <1) is provided. Said Si
The 1-X Ge X buffer layer 213 is formed of, for example, a mixed crystal layer having a mixed crystal ratio X of 3, and is an i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 213.

【0022】前記i-Si0.7Ge0.3バッファ層213上には、
厚さ20nmの真正半導体からなり、かつ前記i-Si0.7Ge0.3
バッファ層213により2軸の引っ張り応力を受けるSiチ
ャネル層、即ちi-Siチャネル層214が設けられている。
このi-Siチャネル層214上には、不純物をドープしない
厚さ10nmのSi1-XGeXスペーサ層215(0<x<1)が設けられて
いる。このSi1-XGeXスペーサ層215は、前記Si1-XGeX
ッファ層213と同様に混晶比Xが3になる混晶層で形成
され、i-Si0.7Ge0.3スペーサ層215になっている。
On the i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 213,
A 20 nm thick genuine semiconductor, and the i-Si 0.7 Ge 0.3
An Si channel layer that receives a biaxial tensile stress by the buffer layer 213, that is, an i-Si channel layer 214 is provided.
On this i-Si channel layer 214, a 10-nm-thick Si 1-X Ge X spacer layer 215 (0 <x <1) not doped with impurities is provided. The Si 1-X Ge X spacer layer 215 is formed of a mixed crystal layer having a mixed crystal ratio X of 3 as in the case of the Si 1-X Ge X buffer layer 213, and is formed on the i-Si 0.7 Ge 0.3 spacer layer 215. Has become.

【0023】前記i-Si0.7Ge0.3スペーサ層215上には、S
bドープの厚さ2nm程度のGe層216が設けられている。こ
のGe層216上には、厚さが10nmのSi1-XGeXキャップ層2
17(0<x<1)が設けられている。このSi1-XGeXキャップ層2
17は、前記Si1-XGeXスペーサ層215と同様に混晶比Xが
3になる混晶層で形成され、i-Si0.7Ge0.3キャップ層21
7になっている。
On the i-Si 0.7 Ge 0.3 spacer layer 215, S
A Ge layer 216 having a thickness of about 2 nm with b-doping is provided. On this Ge layer 216, a Si 1-X Ge X cap layer 2 having a thickness of 10 nm
17 (0 <x <1) are provided. This Si 1-X Ge X cap layer 2
Reference numeral 17 denotes a mixed crystal layer having a mixed crystal ratio X of 3 similarly to the Si 1-X Ge X spacer layer 215, and an i-Si 0.7 Ge 0.3 cap layer 21.
It has become 7.

【0024】前記i-Si0.7Ge0.3キャップ層217上には、
厚さが5nmのSiO2膜220が形成されている。
On the i-Si 0.7 Ge 0.3 cap layer 217,
An SiO 2 film 220 having a thickness of 5 nm is formed.

【0025】また、前記SiO2膜220は選択的に除去さ
れ、その除去された一部にはn型決定不純物となる5族
の不純物、例えば砒素(As)が高濃度に拡散され、一対の
不純物注入領域219が形成されている。この不純物注入
領域219は前記i-Si0.7Ge0.3バッファ層213の表層にまで
到達し、FETのソース領域やドレイン領域を形成して
いる。従って、前記i-Siチャネル層214の一端にソース
領域が設けられ、他端にドレイン領域が設けられる構造
になる。
Further, the SiO 2 film 220 is selectively removed, and a part of the removed portion is diffused at a high concentration with an impurity of Group V which becomes an n-type determining impurity, for example, arsenic (As). An impurity implantation region 219 is formed. This impurity-implanted region 219 reaches the surface layer of the i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 213 and forms a source region and a drain region of the FET. Therefore, a source region is provided at one end of the i-Si channel layer 214, and a drain region is provided at the other end.

【0026】また、前記一方の不純物注入領域219上に
はソース電極221が設けられ、他方の不純物注入領域219
上にはドレーン電極222が設けられ、一対の不純物注入
領域219間のSiO2膜220上にはゲート電極223が設けられ
ている。前記各電極は、例えば、アルミニウムによって
形成されている。
A source electrode 221 is provided on one of the impurity-implanted regions 219, and the other
A drain electrode 222 is provided thereon, and a gate electrode 223 is provided on the SiO 2 film 220 between the pair of impurity implantation regions 219. Each of the electrodes is formed of, for example, aluminum.

【0027】これにより、前記i-Siチャネル層214と前
記i-Si0.7Ge0.3スペーサ層215との界面に2次元電子ガ
スを発生させる構成のn型電界効果トランジスタ(高速
移動度トランジスタ)が構成されることになる。
Thus, an n-type field effect transistor (high-speed mobility transistor) configured to generate a two-dimensional electron gas at the interface between the i-Si channel layer 214 and the i-Si 0.7 Ge 0.3 spacer layer 215 is formed. Will be done.

【0028】次に本実施例1の半導体装置200 の製造に
ついて説明する。図3に示すように、主面の結晶面が(1
00)になる抵抗率が5Ωcmのp型Si基板211を用意する。
Next, the manufacture of the semiconductor device 200 of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the crystal plane of the main surface is (1
(00) is prepared.

【0029】その後、前記p型Si基板211を化学洗浄し
た後、成長装置(MBE装置)に入れ、表面クリーニン
グの後に電子線加熱によるSi蒸発源を用いてSiを本基板
211上に基板温度 600℃で成長させてSi層212を50nm成長
させる。
Thereafter, the p-type Si substrate 211 is chemically cleaned, and then put into a growth apparatus (MBE apparatus). After surface cleaning, Si is removed from the p-type Si substrate using an Si evaporation source by electron beam heating.
A Si layer 212 is grown to a thickness of 50 nm on the substrate 211 at a substrate temperature of 600 ° C.

【0030】次に、ヒーター加熱を用いたGe蒸着源とSi
蒸着源とを同時に使用して、さらに前記Si層212上に不
純物をドープしていないi-Si0.7Ge0.3バッファ層213を
臨界膜厚を越えて2000nm成長させ、基板211から応力を
受けていないi-Si0.7Ge0.3バッファ層213を形成する。
Next, a Ge deposition source using heater heating and Si
Simultaneously with the deposition source, furthermore, the undoped i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 213 on the Si layer 212 is grown to a thickness of 2000 nm beyond the critical thickness, and is not subjected to stress from the substrate 211. An i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 213 is formed.

【0031】次に、前記i-Si0.7Ge0.3バッファ層213上
に20nmのi-Siチャネル層214を成長させ、前記i-Si0.7Ge
0.3バッファ層213からi-Siチャネル層214が2軸の引っ
張り応力を受けるようにする。
Next, the i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 213 is grown to i-Si channel layer 214 of 20nm on the i-Si 0.7 Ge
0.3 The i-Si channel layer 214 is subjected to biaxial tensile stress from the buffer layer 213.

【0032】次に、前記i-Siチャネル層214上に、不純
物をドープしていない10nmのi-Si0.7Ge0.3スペーサ層21
5をi-Siチャネル層214に格子整合させて成長させる。次
に、SiとSbを同時に蒸着し、Sbをドープした2nm程度の
Ge層216を成長させる。次に、前記Ge層216上にi-Si0.7G
e0.3キャップ層217を10nm形成する。次に、前記i-Si0.7
Ge0.3キャップ層217上に、Si層218を5nm成長させる。S
i層218 はi-Si層でもよい。
Next, on the i-Si channel layer 214, a 10-nm i-Si 0.7 Ge 0.3 spacer layer 21 not doped with impurities is formed.
5 is grown in lattice matching with the i-Si channel layer 214. Next, Si and Sb are simultaneously deposited and doped with Sb to a thickness of about 2 nm.
A Ge layer 216 is grown. Next, on the Ge layer 216, i-Si 0.7 G
e A 0.3 nm cap layer 217 is formed. Next, the i-Si 0.7
On the Ge 0.3 cap layer 217, a Si layer 218 is grown to a thickness of 5 nm. S
The i-layer 218 may be an i-Si layer.

【0033】次に、主面に多層に半導体層を形成した基
板211を成長装置から取り出し、図4に示すように、熱
酸化処理を行って、表面のSi層218をSiO2膜220に変化さ
せる。
Next, the substrate 211 having a multi-layered semiconductor layer formed on the main surface is taken out of the growth apparatus and subjected to a thermal oxidation treatment to change the surface Si layer 218 to a SiO 2 film 220 as shown in FIG. Let it.

【0034】次に、図4に示すように、従来プロセスの
フォトリソグラフィーやエッチング技術により、前記Si
O2膜220を選択的に除去する。ついで、常用のイオン注
入技術によって砒素(As)を高濃度に注入し、かつアニー
ル処理することによって前記i-Si0.7Ge0.3バッファ層21
3の表層にまで到達する一対の不純物注入領域219を形成
する。この一対の不純物注入領域219はFETのソース
領域やドレイン領域を形成することになる。
Next, as shown in FIG. 4, the above-described Si
The O 2 film 220 is selectively removed. Then, arsenic (As) is implanted at a high concentration by a conventional ion implantation technique, and annealing is performed to thereby form the i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 21.
A pair of impurity-implanted regions 219 reaching the surface layer 3 is formed. This pair of impurity-implanted regions 219 forms the source region and the drain region of the FET.

【0035】次に、アルミニウムの選択的な蒸着または
蒸着後のパターニング処理によって、前記一方の不純物
注入領域219上にソース電極221を、前記他方の不純物注
入領域219上にドレーン電極222を、一対の不純物注入領
域219間のSiO2膜220上にゲート電極223を設ける。
Next, a source electrode 221 on the one impurity-implanted region 219 and a drain electrode 222 on the other impurity-implanted region 219 are formed by selective evaporation of aluminum or patterning after the evaporation. A gate electrode 223 is provided on the SiO 2 film 220 between the impurity implantation regions 219.

【0036】これにより、図2に示すような半導体装置
200(i-Siチャネル層214を電子チャネルとして用いるn
チャンネル電界効果トランジスタ)を製造することがで
きる。
Thus, the semiconductor device as shown in FIG.
200 (n using i-Si channel layer 214 as an electron channel
Channel field effect transistor).

【0037】本実施形態1による高速移動度トランジス
タの製造は模式的説明であり、実際にはウエハと呼称さ
れる大径のSi基板が使用され、高速移動度トランジスタ
等の素子の形成後は、前記ウエハは縦横に分断されて半
導体チップとなる。この半導体チップには、前述の高速
移動度トランジスタが単体で、または高速移動度トラン
ジスタや他の能動素子、あるいは受動素子が形成されて
回路素子が形成されるものである。
The manufacture of the high-speed mobility transistor according to the first embodiment is a schematic description. In practice, a large-diameter Si substrate called a wafer is used. The wafer is divided vertically and horizontally into semiconductor chips. In this semiconductor chip, the above-described high-speed mobility transistor is used alone, or a high-speed mobility transistor and other active elements or passive elements are formed to form circuit elements.

【0038】本実施形態1のnチャンネル電界効果トラ
ンジスタ(高速移動度トランジスタ)のバンド構造は図
5のようになり、SbドープのGe層216は障壁層を形成
し、ドナーのSbから放出された電子は直ちに電子チャネ
ルi-Siチャネル層214に移動し蓄積され、2次元電子ガ
スが形成される。
The band structure of the n-channel field-effect transistor (high-speed mobility transistor) according to the first embodiment is as shown in FIG. 5, and the Sb-doped Ge layer 216 forms a barrier layer and is emitted from donor Sb. The electrons immediately move to and accumulate in the electron channel i-Si channel layer 214 to form a two-dimensional electron gas.

【0039】本実施形態1によれば以下の効果を奏す
る。 (1)Si1-XGeX混晶層のバルクの格子定数はSiとGeの原
子半径の違いに起因してGe混晶比XとともにSiの格子定
数からGeの格子定数まで増加する。従って、前記Si1-XG
eX混晶(バッファ層)をSi基板上に成長する場合、膜厚
が薄い場合にはSi基板に格子整合して成長するため、Si
基板から2軸の圧縮応力を受ける。このような状態で成
長膜厚を増加させると膜厚に比例して歪みエネルギーが
膜中に蓄積され、ある膜厚(臨界膜厚)で歪みを緩和す
るために膜中に転位が発生する。このように臨界膜厚を
越えて成長することで転位を膜中に導入し、基板から応
力を受けていないSi1-XGeX混晶(バッファ層)をSi基板
上に形成することができる。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained. (1) The bulk lattice constant of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer increases from the lattice constant of Si to the lattice constant of Ge with the Ge mixed crystal ratio X due to the difference in the atomic radius of Si and Ge. Therefore, the Si 1-X G
e X mixed crystal when growing the (buffer layer) on the Si substrate, in order to grow lattice matched to Si substrate when the thickness is thin, Si
It receives biaxial compressive stress from the substrate. When the grown film thickness is increased in such a state, strain energy is accumulated in the film in proportion to the film thickness, and dislocation occurs in the film to relax the strain at a certain film thickness (critical film thickness). By growing beyond the critical film thickness, dislocations are introduced into the film, and a Si 1-X Ge X mixed crystal (buffer layer) that is not stressed from the substrate can be formed on the Si substrate. .

【0040】また、その上にSi層(Siチャネル層)とSi
1-XGeX混晶層(スペーサ層)をSi1- XGeXバッファ層に格
子整合させて成長することで2軸の引っ張り応力が印加
されたSi層(Siチャネル層)が形成される。この構造の
上部バリア層(Si1-XGeXスペーサ層)のSi1-XGeX混晶内
にSb等の5族の不純物をドープした2nm程度のGe層を埋
め込むことでバンド構造は図5に示すようになり、電子
がSiチャネル層に蓄積される、2次元電子ガスが形成さ
れることになる。この構造の不純物の活性化率はほぼ1
00%で、特性の良好な電界効果トランジスタを作製す
ることが可能となった。
Further, a Si layer (Si channel layer) and a Si layer
The 1-X Ge X mixed crystal layer (spacer layer) is grown lattice-matched to the Si 1- X Ge X buffer layer to form a Si layer (Si channel layer) to which biaxial tensile stress is applied. . The band structure is shown by embedding a Ge layer of about 2 nm doped with a Group 5 impurity such as Sb in the Si 1-X Ge X mixed crystal of the upper barrier layer (Si 1-X Ge X spacer layer) of this structure. As shown in FIG. 5, a two-dimensional electron gas in which electrons are accumulated in the Si channel layer is formed. The activation rate of impurities of this structure is almost 1
At 00%, a field-effect transistor with good characteristics can be manufactured.

【0041】(2)この結果、従来素子に比べ2倍以上
高い移動度を有する電界効果トランジスタを実現するこ
とが可能になった。
(2) As a result, it has become possible to realize a field effect transistor having a mobility that is at least twice as high as that of a conventional device.

【0042】(実施形態2)図6は本発明の他の実施形
態(実施形態2)である半導体装置を示す模式的断面
図、図7は半導体装置の製造においてSi基板上に多層に
半導体成長層を形成した模式的断面図である。また、図
8は半導体装置の接合部分のバンド構造を示す模式図で
ある。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention. FIG. FIG. 4 is a schematic sectional view in which a layer is formed. FIG. 8 is a schematic diagram showing a band structure of a junction portion of the semiconductor device.

【0043】本実施形態2の半導体装置300は前記実施
形態1の構成において、デルタドープ層はSb等の5族元
素をドープしたSi層で構成されている。このような半導
体装置300は、前記実施形態1の製造方法においてSi1-X
GeXスペーサ層を形成した後、前記Si1-XGeXスペーサ層
上にSb等の5族元素をドープしたSi層を成長させてデル
タドープ層を形成することによって製造される。
In the semiconductor device 300 of the second embodiment, in the structure of the first embodiment, the delta-doped layer is constituted by a Si layer doped with a group V element such as Sb. Such a semiconductor device 300 is obtained by using the Si 1-X
After the Ge X spacer layer is formed, it is manufactured by growing a Si layer doped with a group V element such as Sb on the Si 1-X Ge X spacer layer to form a delta-doped layer.

【0044】次に、製造方法を説明しながら半導体装置
300の構成について説明する。図7に示すように、主面
の結晶面が(100)になる抵抗率が5Ωcmのp型Si基板311
を化学洗浄した後、成長装置に入れ、表面クリーニング
の後に電子線加熱によるSi蒸発源を用いてSiを本基板31
1上に基板温度600℃で成長しi-Si層312を50nm成長す
る。
Next, the semiconductor device will be described while explaining the manufacturing method.
The configuration of 300 will be described. As shown in FIG. 7, a p-type Si substrate 311 having a resistivity of 5 Ωcm where the main crystal plane is (100) is provided.
After chemical cleaning of the substrate 31, the substrate is put into a growth apparatus, and after cleaning of the surface,
A substrate temperature of 600 ° C. is grown on 1 to grow an i-Si layer 312 to a thickness of 50 nm.

【0045】次に、ヒーター加熱を用いたGe蒸着源とSi
蒸着源とを同時に使用して、さらにこの上に不純物をド
ープしていないi-Si0.7Ge0.3バッファ層313を臨界膜厚
を越えて2000nm成長させ、基板から応力を受けていない
i-Si0.7Ge0.3バッファ層313を形成する。この上に20nm
のi-Siチャネル層314を成長させ、i-Si0.7Ge0.3バッフ
ァ層313 Si層が2軸の引っ張り応力を受けるようにし
た。この上に、またさらに不純物をドープしていない10
nmのi-Si0.7Ge0.3スペーサ層315をi-Siチャネル層314に
格子整合させて成長させる。
Next, a Ge vapor deposition source using heater heating and Si
Simultaneously with the evaporation source, further undoped impurity-doped i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 313 exceeds the critical film thickness of 2000 nm, no stress from the substrate
An i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 313 is formed. 20nm on this
Was grown so that the i-Si 0.7 Ge 0.3 buffer layer 313 Si layer was subjected to biaxial tensile stress. On top of this, no further impurity doping
An i-Si 0.7 Ge 0.3 spacer layer 315 nm is grown in lattice matching with the i-Si channel layer 314.

【0046】次に、SiとSbを同時に蒸着し、Sbをドープ
した2nm程度のSi層316を成長させる。ついで、i-Si0.7
Ge0.3キャップ層317を10nm、i-Si層318を5nm成長す
る。
Next, Si and Sb are simultaneously evaporated to grow a Si layer 316 of about 2 nm doped with Sb. Then i-Si 0.7
The Ge 0.3 cap layer 317 is grown to 10 nm, and the i-Si layer 318 is grown to 5 nm.

【0047】次に、図6に示すように、前記実施形態1
の場合と同様に前記Si層318を酸化させ、その後、従来
プロセスのフォトリソグラフィーやイオン注入によって
As注入による不純物注入領域319(ソース・ドレイン領
域)を形成し、ついで電極形成によってソース電極321,
ドレーン電極322,ゲート電極323を形成し、nチャンネ
ル電界効果トランジスタからなる高速移動度トランジス
タを形成する。
Next, as shown in FIG.
The Si layer 318 is oxidized in the same manner as in the above case, and then is subjected to photolithography or ion implantation in a conventional process.
An impurity implantation region 319 (source / drain region) is formed by As implantation, and then a source electrode 321,
A drain electrode 322 and a gate electrode 323 are formed, and a high-speed mobility transistor including an n-channel field effect transistor is formed.

【0048】本実施形態2の半導体装置300の素子構造
の場合には、バンド構造は図8のようになり、Sbドープ
Si層316は量子井戸を形成するが、井戸幅が2nmと小さ
いために井戸の内部のエネルギー準位は高くSi0.7Ge0.3
層(i-Si0.7Ge0.3スペーサ層315)の伝導帯の底のエネル
ギーに近いためにドナーのSbから放出された電子は井戸
の内部のエネルギー準位に束縛されることなく電子チャ
ネルi-Siチャネル層314に蓄積され、2次元電子ガスが
形成される。
In the case of the element structure of the semiconductor device 300 of the second embodiment, the band structure is as shown in FIG.
The Si layer 316 forms a quantum well, but since the well width is as small as 2 nm, the energy level inside the well is high and Si 0.7 Ge 0.3
Electrons emitted from the donor Sb due to being close to the energy at the bottom of the conduction band of the layer (i-Si 0.7 Ge 0.3 spacer layer 315) are not bound by the energy level inside the well and the electron channel i-Si The two-dimensional electron gas is accumulated in the channel layer 314 and is formed.

【0049】本実施形態2の半導体装置300のように、
デルタドープ層をSb等の5族元素をドープしたSi層とし
た場合にも前記実施形態1の場合と同様に不純物の活性
化率をほぼ100%にでき、特性の良好な電界効果トラ
ンジスタを作製することが可能となった。この結果、従
来素子に比べ2倍以上高い移動度を有する電界効果トラ
ンジスタを実現することが可能になった。
As in the semiconductor device 300 of the second embodiment,
Even when the delta-doped layer is a Si layer doped with a group V element such as Sb, the activation rate of impurities can be made almost 100% as in the case of the first embodiment, and a field-effect transistor having good characteristics is manufactured. It became possible. As a result, it has become possible to realize a field effect transistor having a mobility that is at least twice as high as that of the conventional device.

【0050】(実施形態3)図9は本発明の他の実施形
態(実施形態3)である半導体装置を示す模式的断面
図、図10は半導体装置の製造においてSi基板上に多層
に半導体成長層を形成した模式的断面図である。また、
図11は半導体装置の接合部分のバンド構造を示す模式
図である。
(Embodiment 3) FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment (Embodiment 3) of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a schematic sectional view in which a layer is formed. Also,
FIG. 11 is a schematic diagram showing a band structure of a junction portion of the semiconductor device.

【0051】本実施形態3の半導体装置400は、前記実
施形態1の構成において、チャネル層はSiチャネル層に
代えてGeチャネル層で構成し、デルタドープ層はSb等の
5族元素をドープしたGe層に代えてB等の3族元素をド
ープしたSi層で構成してある。また、Si1-XGeX混晶層(0
<x<1)の混晶比Xは0.7になっている。なお、基板は
n型Si基板が使用される。
In the semiconductor device 400 of the third embodiment, in the configuration of the first embodiment, the channel layer is formed of a Ge channel layer instead of the Si channel layer, and the delta-doped layer is formed of Ge doped with a group V element such as Sb. Instead of the layer, it is constituted by a Si layer doped with a group 3 element such as B. In addition, Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0
The mixed crystal ratio X of <x <1) is 0.7. Note that an n-type Si substrate is used as the substrate.

【0052】このような半導体装置400は、前記実施形
態1の製造方法において、Si1-XGeXバッファ層を形成し
た後i-Geチャネル層を形成するとともに、Si1-XGeXスペ
ーサ層を形成した後、前記Si1-XGeXスペーサ層上にB等
の3族元素をドープしたSi層でデルタドープ層を形成す
ることによって製造される。
In the semiconductor device 400, the Si 1-X Ge X buffer layer is formed, the i-Ge channel layer is formed, and the Si 1-X Ge X spacer layer is formed. Is formed by forming a delta-doped layer with a Si layer doped with a Group 3 element such as B on the Si 1-X Ge X spacer layer.

【0053】次に、製造方法を説明しながら半導体装置
400の構成について説明する。図10に示すように、主
面の結晶面が(100)になる抵抗率が5Ωcmのn型Si基板4
11を化学洗浄した後、成長装置に入れ、表面クリーニン
グの後に電子線加熱によるSi蒸発源を用いてi-Siを本基
板411上に基板温度600℃で成長しi-Si層412を50nm成長
する。
Next, the semiconductor device will be described while explaining the manufacturing method.
The configuration of 400 will be described. As shown in FIG. 10, an n-type Si substrate 4 having a resistivity of 5 Ωcm where the main crystal plane is (100).
After chemically cleaning 11, the substrate is put into a growth apparatus, and after surface cleaning, i-Si is grown on the substrate 411 at a substrate temperature of 600 ° C. using a Si evaporation source by electron beam heating, and an i-Si layer 412 is grown to a thickness of 50 nm. I do.

【0054】次に、ヒーター加熱を用いたGe蒸着源とSi
蒸着源とを同時に使用して、さらにこの上に不純物をド
ープしていないi-Si0.3Ge0.7バッファ層413を臨界膜厚
を越えて2000nm成長させ、基板から応力を受けていない
i-Si0.3Ge0.7バッファ層413を形成する。この上に20nm
のi-Geチャネル層414を成長させ、i-Si0.3Ge0.7バッフ
ァ層413からi-Geチャネル層414が2軸の圧縮応力を受け
るようにした。この上に、またさらに不純物をドープし
ていない10nmのi-Si0.3Ge0.7スペーサ層415をi-Geチャ
ネル層414に格子整合させて成長させる。
Next, a Ge vapor deposition source using heater heating and Si
Simultaneously with the evaporation source, further undoped impurity-doped i-Si 0.3 Ge 0.7 buffer layer 413 over the critical thickness of 2000 nm, no stress from the substrate
An i-Si 0.3 Ge 0.7 buffer layer 413 is formed. 20nm on this
Is grown so that the i-Ge channel layer 414 receives biaxial compressive stress from the i-Si 0.3 Ge 0.7 buffer layer 413. On this, a 10 nm i-Si 0.3 Ge 0.7 spacer layer 415 not further doped with impurities is grown in lattice matching with the i-Ge channel layer 414.

【0055】次に、SiとBを同時に蒸着し、Bをドープ
した2nm程度のSi層416を成長させる。ついで、この上
にi-Si0.3Ge0.7キャップ層417を10nm、i-Si層418を5nm
成長させる。
Next, Si and B are simultaneously vapor-deposited, and a B-doped Si layer 416 of about 2 nm is grown. Then, an i-Si 0.3 Ge 0.7 cap layer 417 is formed thereon with a thickness of 10 nm, and an i-Si layer 418 is formed thereon with a thickness of 5 nm.
Let it grow.

【0056】次に、図9に示すように、前記実施形態1
の場合と同様に前記i-Si層418を酸化させ、その後、従
来プロセスのフォトリソグラフィーやイオン注入によっ
て3族元素注入による不純物注入領域419(ソース・ドレ
イン領域)を形成し、ついで電極形成によってソース電
極421,ドレーン電極422,ゲート電極423を形成し、i-G
eチャネル層414を正孔チャネルとして用いるpチャンネ
ル電界効果トランジスタからなる高速移動度トランジス
タを形成する。
Next, as shown in FIG.
The i-Si layer 418 is oxidized in the same manner as in the above case, and thereafter, an impurity implantation region 419 (source / drain region) is formed by group III element implantation by photolithography or ion implantation in a conventional process, and then the source is formed by electrode formation. Forming an electrode 421, a drain electrode 422, and a gate electrode 423;
A high-speed mobility transistor including a p-channel field-effect transistor using the e-channel layer 414 as a hole channel is formed.

【0057】本実施形態3の半導体装置400の素子構造
の場合には、バンド構造は図11のようになり、Bドー
プSi層416は障壁層を形成し、アクセプターのBから放
出された正孔は直ちに正孔i-Geチャネル層414に移動し
蓄積され、2次元正孔ガスが形成される。
In the case of the element structure of the semiconductor device 400 according to the third embodiment, the band structure is as shown in FIG. 11, and the B-doped Si layer 416 forms a barrier layer, and holes emitted from the acceptor B are used. Immediately move and accumulate in the hole i-Ge channel layer 414 to form a two-dimensional hole gas.

【0058】本実施形態3の半導体装置400のように、
デルタドープ層をB等の3族元素をドープしたSi層とし
た場合にも前記実施形態1の場合と同様に不純物の活性
化率をほぼ100%にでき、特性の良好な電界効果トラ
ンジスタを作製することが可能となった。この結果、従
来素子に比べ2倍以上高い移動度を有する電界効果トラ
ンジスタを実現することが可能になった。
As in the semiconductor device 400 of the third embodiment,
Even when the delta-doped layer is a Si layer doped with a group 3 element such as B, the activation rate of the impurities can be made almost 100% as in the case of the first embodiment, and a field-effect transistor having good characteristics is manufactured. It became possible. As a result, it has become possible to realize a field effect transistor having a mobility that is at least twice as high as that of the conventional device.

【0059】(実施形態4)図12は本発明の他の実施
形態(実施形態4)である半導体装置を示す模式的断面
図、図13は半導体装置の製造においてSi基板上に多層
に半導体成長層を形成した模式的断面図である。また、
図14は半導体装置の接合部分のバンド構造を示す模式
図である。
(Embodiment 4) FIG. 12 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment (Embodiment 4) of the present invention. FIG. FIG. 4 is a schematic sectional view in which a layer is formed. Also,
FIG. 14 is a schematic diagram showing a band structure of a junction portion of the semiconductor device.

【0060】本実施形態4の半導体装置500は、前記実
施形態1の構成において、チャネル層はSiチャネル層に
代えてGeチャネル層で構成し、デルタドープ層はSb等の
5族元素をドープしたGe層に代えてB等の3族元素をド
ープしたGe層で構成してある。また、Si1-XGeX混晶層(0
<x<1)の混晶比Xは0.7になっている。なお、基板は
n型Si基板が使用される。
In the semiconductor device 500 of the fourth embodiment, in the structure of the first embodiment, the channel layer is formed of a Ge channel layer instead of the Si channel layer, and the delta-doped layer is formed of Ge doped with a group V element such as Sb. Instead of a layer, it is constituted by a Ge layer doped with a group 3 element such as B. In addition, Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0
The mixed crystal ratio X of <x <1) is 0.7. Note that an n-type Si substrate is used as the substrate.

【0061】このような半導体装置500は、前記実施形
態1の製造方法において、Si1-XGeXバッファ層を形成し
た後i-Geチャネル層を形成するとともに、Si1-XGeXスペ
ーサ層を形成した後、前記Si1-XGeXスペーサ層上にB等
の3族元素をドープしたGe層でデルタドープ層を形成す
ることによって製造される。
The semiconductor device 500 according to the first embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that the i 1 -Ge channel layer is formed after the formation of the Si 1 -X Ge X buffer layer, and the Si 1 -X Ge X spacer layer is formed. Is formed by forming a delta-doped layer with a Ge layer doped with a group 3 element such as B on the Si 1-x Ge x spacer layer.

【0062】次に、製造方法を説明しながら半導体装置
500の構成について説明する。図13に示すように、主
面の結晶面が(100)になる抵抗率が5Ωcmのn型Si基板5
11を化学洗浄した後、成長装置に入れ、表面クリーニン
グの後に電子線加熱によるSi蒸発源を用いてSiを本基板
511上に基板温度600℃で成長しSi層512を50nm成長させ
る。
Next, the semiconductor device will be described while explaining the manufacturing method.
The configuration of 500 will be described. As shown in FIG. 13, an n-type Si substrate 5 having a resistivity of 5 Ωcm and a crystal plane of the main surface being (100) is provided.
After chemical cleaning of 11, put it in the growth equipment, and after cleaning the surface, remove Si
A Si layer 512 is grown on the substrate 511 at a substrate temperature of 600 ° C. to a thickness of 50 nm.

【0063】次に、ヒーター加熱を用いたGe蒸着源とSi
蒸着源とを同時に使用して、さらにこの上に不純物をド
ープしていないi-Si0.3Ge0.7バッファ層513を臨界膜厚
を越えて2000nm成長させ、基板から応力を受けていない
i-Si0.3Ge0.7バッファ層513を形成する。この上に20nm
のi-Geチャネル層514を成長させ、i-Si0.3Ge0.7バッフ
ァ層513からi-Geチャネル層514が2軸の圧縮応力を受け
るようにした。この上に、またさらに不純物をドープし
ていない10nmのi-Si0.3Ge0.7スペーサ層515をi-Geチャ
ネル層514に格子整合させて成長させる。
Next, a Ge evaporation source using heater heating and Si
Simultaneously with the evaporation source, further undoped impurity-doped i-Si 0.3 Ge 0.7 buffer layer 513 over the critical film thickness of 2000 nm, no stress from the substrate
An i-Si 0.3 Ge 0.7 buffer layer 513 is formed. 20nm on this
Was grown so that the i-Ge channel layer 514 was subjected to biaxial compressive stress from the i-Si 0.3 Ge 0.7 buffer layer 513. On this, a 10 nm i-Si 0.3 Ge 0.7 spacer layer 515 which is not further doped with impurities is grown in lattice matching with the i-Ge channel layer 514.

【0064】次に、GeとBを同時に蒸着し、Bをドープ
した2nm程度のGe層516を成長させる。ついで、その上
にi-Si0.3Ge0.7キャップ層517を10nm、Si層518を5nm成
長する。
Next, Ge and B are simultaneously deposited, and a Ge layer 516 of about 2 nm doped with B is grown. Next, an i-Si 0.3 Ge 0.7 cap layer 517 is grown thereon to a thickness of 10 nm and a Si layer 518 is grown to a thickness of 5 nm.

【0065】次に、図12に示すように、前記実施形態
1の場合と同様に前記Si層518を酸化させ、その後、従
来プロセスのフォトリソグラフィーやイオン注入によっ
て3族元素注入による不純物注入領域519(ソース・ドレ
イン領域)を形成し、ついで電極形成によってソース電
極521,ドレーン電極522,ゲート電極523を形成し、i-G
eチャネル層514を正孔チャネルとして用いるpチャンネ
ル電界効果トランジスタからなる高速移動度トランジス
タを形成する。
Next, as shown in FIG. 12, the Si layer 518 is oxidized in the same manner as in the first embodiment, and thereafter, the impurity implantation region 519 is implanted by Group 3 element implantation by conventional photolithography or ion implantation. (Source / drain region), and then a source electrode 521, a drain electrode 522, and a gate electrode 523 are formed by electrode formation.
A high-speed mobility transistor including a p-channel field-effect transistor using the e-channel layer 514 as a hole channel is formed.

【0066】本実施形態4の半導体装置500の素子構造
の場合には、バンド構造は図14のようになり、Bドー
プのGe層516は量子井戸を形成するが、井戸幅が2nmと
小さいために井戸の内部のエネルギー準位は高くi-Si
0.3Ge0.7スペーサ層515の価電子帯の底のエネルギーに
近いためにアクセプターのBから放出された正孔は井戸
の内部のエネルギー準位に束縛されることなく正孔チャ
ネルi-Geチャネル層514に蓄積され、2次元正孔ガスが
形成される。
In the case of the element structure of the semiconductor device 500 of the fourth embodiment, the band structure is as shown in FIG. 14, and the B-doped Ge layer 516 forms a quantum well, but the well width is as small as 2 nm. The energy level inside the well is high and i-Si
The holes emitted from the acceptor B because they are close to the energy at the bottom of the valence band of the 0.3 Ge 0.7 spacer layer 515 are not bound by the energy levels inside the wells, and the hole channel i-Ge channel layer 514 is not bound. And a two-dimensional hole gas is formed.

【0067】本実施形態4の半導体装置500のように、
デルタドープ層をB等の3族元素をドープしたGe層とし
た場合にも前記実施形態1の場合と同様に不純物の活性
化率をほぼ100%にでき、特性の良好な電界効果トラ
ンジスタを作製することが可能となった。この結果、従
来素子に比べ2倍以上高い移動度を有する電界効果トラ
ンジスタを実現することが可能になった。
As in the semiconductor device 500 of the fourth embodiment,
Also in the case where the delta-doped layer is a Ge layer doped with a group 3 element such as B, the activation rate of impurities can be made almost 100% as in the case of the first embodiment, and a field effect transistor with good characteristics is manufactured. It became possible. As a result, it has become possible to realize a field effect transistor having a mobility that is at least twice as high as that of the conventional device.

【0068】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

【0069】[0069]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)本発明では、チャネル層に隣接するバリア層内に
キャリアを供給する領域として単体半導体であるSiまた
はGeを用いることにより活性化率の高いキャリア供給層
を形成し、従来素子に比べ2倍以上高い移動度を有する
電界効果トランジスタを実現することが可能となった。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. (1) In the present invention, a carrier supply layer having a high activation rate is formed by using a single semiconductor such as Si or Ge as a region for supplying carriers in a barrier layer adjacent to a channel layer. It has become possible to realize a field effect transistor having a mobility that is twice or more higher.

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

【図1】本発明の原理を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態(実施形態1)である半導
体装置を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to one embodiment (Embodiment 1) of the present invention.

【図3】本実施形態1の半導体装置の製造においてSi基
板上に多層に半導体成長層を形成した模式的断面図であ
る。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in which a semiconductor growth layer is formed in multiple layers on a Si substrate in manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図4】本実施形態1の半導体装置の製造においてソー
ス領域とドレイン領域を形成した状態を示すSi基板等の
模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a Si substrate or the like showing a state in which a source region and a drain region are formed in manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図5】本実施形態1の半導体装置の接合部分のバンド
構造を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a band structure of a joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図6】本発明の他の実施形態(実施形態2)である半
導体装置を示す模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention.

【図7】本実施形態2の半導体装置の製造においてSi基
板上に多層に半導体成長層を形成した模式的断面図であ
る。
FIG. 7 is a schematic sectional view in which a semiconductor growth layer is formed in multiple layers on a Si substrate in the manufacture of the semiconductor device of the second embodiment.

【図8】本実施形態2の半導体装置の接合部分のバンド
構造を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a band structure of a joint portion of the semiconductor device according to the second embodiment.

【図9】本発明の他の実施形態(実施形態3)である半
導体装置を示す模式的断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment (Embodiment 3) of the present invention.

【図10】本実施形態3の半導体装置の製造においてSi
基板上に多層に半導体成長層を形成した模式的断面図で
ある。
FIG. 10 is a diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment;
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in which a semiconductor growth layer is formed in multiple layers on a substrate.

【図11】本実施形態3の半導体装置の接合部分のバン
ド構造を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a band structure of a junction portion of the semiconductor device according to the third embodiment.

【図12】本発明の他の実施形態(実施形態4)である
半導体装置を示す模式的断面図である。
FIG. 12 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment (Embodiment 4) of the present invention.

【図13】本実施形態4の半導体装置の製造においてSi
基板上に多層に半導体成長層を形成した模式的断面図で
ある。
FIG. 13 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in which a semiconductor growth layer is formed in multiple layers on a substrate.

【図14】本実施形態4の半導体装置の接合部分のバン
ド構造を示す模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a band structure of a joint portion of the semiconductor device according to the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200,300,400,500…半導体装置、211,311…p型Si基板、
212,512…Si層、213,313…Si1-XGeXバッファ層(i-Si0.7
Ge0.3バッファ層)、214,314…i-Si層、215,315…Si1-XG
eXスペーサ層(i-Si0.7Ge0.3スペーサ層)、216…Sbドー
プのGe層、217,317…Si1-XGeXキャップ層(i-Si0.7Ge0.3
キャップ層)、218,518…Si層、219,319,419,519…不純
物注入領域、220,320,420,520…SiO2膜、221,321,421,5
21…ソース電極、222,322,422,522…ドレーン電極、22
3,323,423,523…ゲート電極、312,412…i-Si層、316…S
bドープのSi層、318,418…i-Si層、411,511…n型Si基
板、413,513…Si1-XGeXバッファ層(i-Si0.3Ge0.7バッフ
ァ層)、414,514…i-Geチャネル層、415,515…Si1-XGeX
スペーサ層(i-Si0.3Ge0.7層スペーサ層)、416…Bドー
プのSi層、417,517…Si1-XGeXキャップ層(i-Si0.3Ge0.7
層キャップ層)、516…BドープのGe層。
200,300,400,500… semiconductor device, 211,311… p-type Si substrate,
212,512… Si layer, 213,313… Si 1-X Ge X buffer layer (i-Si 0.7
Ge 0.3 buffer layer), 214,314 ... i-Si layer, 215,315 ... Si 1-X G
e X spacer layer (i-Si 0.7 Ge 0.3 spacer layer), 216 ... Sb-doped Ge layer, 217,317 ... Si 1-X Ge X cap layer (i-Si 0.7 Ge 0.3
Cap layer), 218,518: Si layer, 219,319,419,519: impurity implantation region, 220,320,420,520 ... SiO 2 film, 221,321,421,5
21 ... source electrode, 222,322,422,522 ... drain electrode, 22
3,323,423,523… Gate electrode, 312,412… i-Si layer, 316… S
b-doped Si layer, 318,418 ... i-Si layer, 411,511 ... n-type Si substrate, 413,513 ... Si 1-X Ge X buffer layer (i-Si 0.3 Ge 0.7 buffer layer), 414,514 ... i-Ge channel layer, 415,515 … Si 1-X Ge X
Spacer layer (i-Si 0.3 Ge 0.7 layer spacer layer), 416 ... B-doped Si layer, 417,517 ... Si 1-X Ge X cap layer (i-Si 0.3 Ge 0.7
Layer cap layer), 516... B-doped Ge layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 伸也 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宮尾 正信 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5F040 DA01 DC01 EB11 EC04 ED03 EE04 EE06 EF11 EH02 FB10 FC11 5F102 GB01 GC01 GD10 GJ03 GK02 GL03 GM02 GQ04 GR01 GR07 GR09 GT02 HC04 HC07 HC10 HC11 HC15 HC21  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shinya Yamaguchi 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory of Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory F-term (reference) 5F040 DA01 DC01 EB11 EC04 ED03 EE04 EE06 EF11 EH02 FB10 FC11 5F102 GB01 GC01 GD10 GJ03 GK02 GL03 GM02 GQ04 GR01 GR07 GR09 GT02 HC04 HC07 HC10 HC11 HC15 HC21

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si基板と、前記Si基板上に格子整合させ
ずに形成されるSi1- XGeXバッファ層(0<x<1)と、前記バ
ッファ層上に形成されるSiチャネル層と、前記Siチャネ
ル層上に形成されるSi1-XGeXスペーサ層(0<x<1)と、前
記Si1-XGeXスペーサ層上に形成されるSb等の5族元素を
ドープしたGe層からなるデルタドープ層と、前記デルタ
ドープ層上に形成されるSi1-XGeXキャップ層(0<x<1)
と、前記Siチャネル層の一端に設けられるソース領域お
よび他端に設けられるドレイン領域と、前記Si1-XGeX
ャップ層上に絶縁膜を介して設けられるゲート電極とを
有し、前記Siチャネル層と前記Si1-XGeXスペーサ層との
界面に2次元電子ガスを発生させる構成のn型電界効果
トランジスタを有することを特徴とする半導体装置。
An Si substrate, a Si 1- x Ge x buffer layer (0 <x <1) formed on the Si substrate without lattice matching, and a Si channel layer formed on the buffer layer And a Si 1-X Ge X spacer layer (0 <x <1) formed on the Si channel layer, and a group V element such as Sb formed on the Si 1-X Ge X spacer layer. Delta-doped layer composed of a Ge layer, and a Si 1-X Ge X cap layer formed on the delta-doped layer (0 <x <1)
A source region provided at one end of the Si channel layer and a drain region provided at the other end, and a gate electrode provided on the Si 1-X Ge X cap layer via an insulating film, wherein the Si A semiconductor device comprising an n-type field effect transistor configured to generate a two-dimensional electron gas at an interface between a channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer.
【請求項2】 Si基板と、前記Si基板上に格子整合させ
ずに形成されるSi1- XGeXバッファ層(0<x<1)と、前記バ
ッファ層上に形成されるSiチャネル層と、前記Siチャネ
ル層上に形成されるSi1-XGeXスペーサ層(0<x<1)と、前
記Si1-XGeXスペーサ層上に形成されるSb等の5族元素を
ドープしたSi層からなるデルタドープ層と、前記デルタ
ドープ層上に形成されるSi1-XGeXキャップ層(0<x<1)
と、前記Siチャネル層の一端に設けられるソース領域お
よび他端に設けられるドレイン領域と、前記Si1-XGeX
ャップ層上に絶縁膜を介して設けられるゲート電極とを
有し、前記Siチャネル層と前記Si1-XGeXスペーサ層との
界面に2次元電子ガスを発生させる構成のn型電界効果
トランジスタを有することを特徴とする半導体装置。
2. A Si substrate, a Si 1- x Ge X buffer layer (0 <x <1) formed on the Si substrate without lattice matching, and a Si channel layer formed on the buffer layer And a Si 1-X Ge X spacer layer (0 <x <1) formed on the Si channel layer, and a group V element such as Sb formed on the Si 1-X Ge X spacer layer. Delta-doped layer made of a Si layer, and a Si 1-X Ge X cap layer formed on the delta-doped layer (0 <x <1)
A source region provided at one end of the Si channel layer and a drain region provided at the other end, and a gate electrode provided on the Si 1-X Ge X cap layer via an insulating film, wherein the Si A semiconductor device comprising an n-type field effect transistor configured to generate a two-dimensional electron gas at an interface between a channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer.
【請求項3】 前記混晶比Xは0.3程度になっている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導
体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the mixed crystal ratio X is about 0.3.
【請求項4】 Si基板と、前記Si基板上に格子整合させ
ずに形成されるSi1- XGeXバッファ層(0<x<1)と、前記バ
ッファ層上に形成されるGeチャネル層と、前記Geチャネ
ル層上に形成されるSi1-XGeXスペーサ層(0<x<1)と、前
記Si1-XGeXスペーサ層上に形成されるB等の3族元素を
ドープしたSi層からなるデルタドープ層と、前記デルタ
ドープ層上に形成されるSi1-XGeXキャップ層(0<x<1)
と、前記Geチャネル層の一端に設けられるソース領域お
よび他端に設けられるドレイン領域と、前記Si1-XGeX
ャップ層上に絶縁膜を介して設けられるゲート電極とを
有し、前記Geチャネル層と前記Si1-XGeXスペーサ層との
界面に2次元正孔ガスを発生させる構成のp型電界効果
トランジスタを有することを特徴とする半導体装置。
4. A Si substrate, a Si 1 -X Ge X buffer layer (0 <x <1) formed on the Si substrate without lattice matching, and a Ge channel layer formed on the buffer layer And a Si 1-X Ge X spacer layer (0 <x <1) formed on the Ge channel layer, and a Group 3 element such as B formed on the Si 1-X Ge X spacer layer. Delta-doped layer made of a Si layer, and a Si 1-X Ge X cap layer formed on the delta-doped layer (0 <x <1)
A source region provided at one end of the Ge channel layer and a drain region provided at the other end, and a gate electrode provided on the Si 1-X Ge X cap layer via an insulating film, A semiconductor device comprising a p-type field effect transistor configured to generate a two-dimensional hole gas at an interface between a channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer.
【請求項5】 Si基板と、前記Si基板上に格子整合させ
ずに形成されるSi1- XGeXバッファ層(0<x<1)と、前記バ
ッファ層上に形成されるGeチャネル層と、前記Geチャネ
ル層上に形成されるSi1-XGeXスペーサ層(0<x<1)と、前
記Si1-XGeXスペーサ層上に形成されるB等の3族元素を
ドープしたGe層からなるデルタドープ層と、前記デルタ
ドープ層上に形成されるSi1-XGeXキャップ層(0<x<1)
と、前記Geチャネル層の一端に設けられるソース領域お
よび他端に設けられるドレイン領域と、前記Si1-XGeX
ャップ層上に絶縁膜を介して設けられるゲート電極とを
有し、前記Geチャネル層と前記Si1-XGeXスペーサ層との
界面に2次元正孔ガスを発生させる構成のp型電界効果
トランジスタを有することを特徴とする半導体装置。
5. A Si substrate, a Si 1- x Ge X buffer layer (0 <x <1) formed on the Si substrate without lattice matching, and a Ge channel layer formed on the buffer layer And a Si 1-X Ge X spacer layer (0 <x <1) formed on the Ge channel layer, and a Group 3 element such as B formed on the Si 1-X Ge X spacer layer. Delta-doped layer composed of a Ge layer, and a Si 1-X Ge X cap layer formed on the delta-doped layer (0 <x <1)
A source region provided at one end of the Ge channel layer and a drain region provided at the other end, and a gate electrode provided on the Si 1-X Ge X cap layer via an insulating film, A semiconductor device comprising a p-type field effect transistor configured to generate a two-dimensional hole gas at an interface between a channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer.
【請求項6】 前記混晶比Xは0.7程度になっている
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の半導
体装置。
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein said mixed crystal ratio X is about 0.7.
【請求項7】 Si基板上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)をSi
に格子整合させないで成長させてSi1-XGeXバッファ層を
形成する工程と、前記Si1-XGeXバッファ層上にi-Si層を
成長させてSiチャネル層を形成する工程と、前記Siチャ
ネル層上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGe
Xスペーサ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXスペーサ
層上にSb等の5族元素をドープしたGe層を成長させてデ
ルタドープ層を形成する工程と、前記デルタドープ層上
にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGeXキャッ
プ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXキャップ層上にSi
層またはi-Si層を成長させてシリコン層を形成する工程
と、前記シリコン層を熱酸化処理してSiO2膜に形成する
工程と、前記SiO2膜を選択的に除去した後n型不純物を
注入してソース領域およびドレイン領域を形成する工程
と、前記ソース領域とドレイン領域の間の前記SiO2膜上
および前記ソース領域上ならびに前記ドレイン領域上に
ゲート電極,ソース電極,ドレイン電極を形成する工程と
によって前記Siチャネル層と前記Si1-XGeXスペーサ層と
の界面に2次元電子ガスを発生させる構成のn型電界効
果トランジスタを製造することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
7. A Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) on a Si substrate
Forming a Si 1-X Ge X buffer layer by growing without lattice matching, and growing an i-Si layer on the Si 1-X Ge X buffer layer to form a Si channel layer, A Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is grown on the Si channel layer to form a Si 1-X Ge
Forming a X spacer layer, the Si 1-X Ge X a step of the spacer layer on the grown Ge layer doped with Group 5 element such as Sb to form a delta doped layer, Si 1 on the delta doped layer Forming a Si 1-X Ge X cap layer by growing a -X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1); and forming Si on the Si 1-X Ge X cap layer.
Forming a silicon layer by growing a layer or i-Si layer; forming the silicon layer by thermal oxidation to form a SiO 2 film; and selectively removing the SiO 2 film to form an n-type impurity. Forming a source region and a drain region by forming a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode on the SiO 2 film and between the source region and the drain region and on the source region and the drain region. Forming a two-dimensional electron gas at the interface between the Si channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer.
【請求項8】 Si基板上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)をSi
に格子整合させないで成長させてSi1-XGeXバッファ層を
形成する工程と、前記Si1-XGeXバッファ層上にi-Si層を
成長させてSiチャネル層を形成する工程と、前記Siチャ
ネル層上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGe
Xスペーサ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXスペーサ
層上にSb等の5族元素をドープしたSi層を成長させてデ
ルタドープ層を形成する工程と、前記デルタドープ層上
にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGeXキャッ
プ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXキャップ層上にSi
層またはi-Si層を成長させてシリコン層を形成する工程
と、前記シリコン層を熱酸化処理してSiO2膜に形成する
工程と、前記SiO2膜を選択的に除去した後n型不純物を
注入してソース領域およびドレイン領域を形成する工程
と、前記ソース領域とドレイン領域の間の前記SiO2膜上
および前記ソース領域上ならびに前記ドレイン領域上に
それぞれ電極を形成してゲート電極,ソース電極,ドレイ
ン電極を形成する工程とによって前記Siチャネル層と前
記Si1-XGeXスペーサ層との界面に2次元電子ガスを発生
させる構成のn型電界効果トランジスタを製造すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) on a Si substrate
Forming a Si 1-X Ge X buffer layer by growing without lattice matching, and growing an i-Si layer on the Si 1-X Ge X buffer layer to form a Si channel layer, A Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is grown on the Si channel layer to form a Si 1-X Ge
Forming a X spacer layer, the Si 1-X Ge X a step of the spacer layer on the grown Si layer doped with Group 5 element such as Sb to form a delta doped layer, Si 1 on the delta doped layer Forming a Si 1-X Ge X cap layer by growing a -X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1); and forming Si on the Si 1-X Ge X cap layer.
Forming a silicon layer by growing a layer or i-Si layer; forming the silicon layer by thermal oxidation to form a SiO 2 film; and selectively removing the SiO 2 film to form an n-type impurity. Forming a source region and a drain region by implanting, a gate electrode and a source by forming electrodes on the SiO 2 film between the source region and the drain region and on the source region and the drain region, respectively. Forming an electrode and a drain electrode to produce an n-type field effect transistor configured to generate a two-dimensional electron gas at the interface between the Si channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項9】 前記Si1-XGeX混晶層(0<x<1)の混晶比X
は0.3程度にすることを特徴とする請求項7または請
求項8に記載の半導体装置の製造方法。
9. The mixed crystal ratio X of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1)
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the value is about 0.3.
【請求項10】 Si基板上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)をS
iに格子整合させないで成長させてSi1-XGeXバッファ層
を形成する工程と、前記Si1-XGeXバッファ層上にi-Ge層
を成長させてGeチャネル層を形成する工程と、前記Geチ
ャネル層上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-X
GeXスペーサ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXスペー
サ層上にB等の3族元素をドープしたSi層を成長させて
デルタドープ層を形成する工程と、前記デルタドープ層
上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGeXキャ
ップ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXキャップ層上に
Si層またはi-Si層を成長させてシリコン層を形成する工
程と、前記シリコン層を熱酸化処理してSiO2膜に形成す
る工程と、前記SiO2膜を選択的に除去した後p型不純物
を注入してソース領域およびドレイン領域を形成する工
程と、前記ソース領域とドレイン領域の間の前記SiO2
上および前記ソース領域上ならびに前記ドレイン領域上
にそれぞれ電極を形成してゲート電極,ソース電極,ドレ
イン電極を形成する工程とによって前記Geチャネル層と
前記Si1-XGeXスペーサ層との界面に2次元正孔ガスを発
生させる構成のp型電界効果トランジスタを製造するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. A Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) on a Si substrate
forming a Si 1-X Ge X buffer layer by growing without lattice matching to i; and forming a Ge channel layer by growing an i-Ge layer on the Si 1-X Ge X buffer layer. Growing a Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) on the Ge channel layer to form a Si 1-X
Ge X forming a spacer layer, the Si 1-X Ge X a step of the spacer layer on the grown Si layer doped with Group 3 element such as B to form the delta doped layer, Si on the delta doped layer 1-X Ge X mixed crystal layer and the step of (0 <x <1) the grown to form a Si 1-X Ge X cap layer, on the Si 1-X Ge X cap layer
Growing a Si layer or an i-Si layer to form a silicon layer, thermally oxidizing the silicon layer to form a SiO 2 film, and selectively removing the SiO 2 film to form a p-type film. Implanting impurities to form a source region and a drain region, and forming an electrode on the SiO 2 film and between the source region and the drain region between the source region and the drain region, and on the drain region, respectively. Forming a source electrode and a drain electrode by producing a p-type field effect transistor having a configuration in which a two-dimensional hole gas is generated at an interface between the Ge channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項11】 Si基板上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)をS
iに格子整合させないで成長させてSi1-XGeXバッファ層
を形成する工程と、前記Si1-XGeXバッファ層上にi-Ge層
を成長させてGeチャネル層を形成する工程と、前記Geチ
ャネル層上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-X
GeXスペーサ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXスペー
サ層上にB等の3族元素をドープしたGe層を成長させて
デルタドープ層を形成する工程と、前記デルタドープ層
上にSi1-XGeX混晶層(0<x<1)を成長させてSi1-XGeXキャ
ップ層を形成する工程と、前記Si1-XGeXキャップ層上に
Si層またはi-Si層を成長させてシリコン層を形成する工
程と、前記シリコン層を熱酸化処理してSiO2膜に形成す
る工程と、前記SiO2膜を選択的に除去した後p型不純物
を注入してソース領域およびドレイン領域を形成する工
程と、前記ソース領域とドレイン領域の間の前記SiO2
上および前記ソース領域上ならびに前記ドレイン領域上
にそれぞれ電極を形成してゲート電極,ソース電極,ドレ
イン電極を形成する工程とによって前記Geチャネル層と
前記Si1-XGeXスペーサ層との界面に2次元正孔ガスを発
生させる構成のp型電界効果トランジスタを製造するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. A Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) on a Si substrate
forming a Si 1-X Ge X buffer layer by growing without lattice matching to i; and forming a Ge channel layer by growing an i-Ge layer on the Si 1-X Ge X buffer layer. Growing a Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) on the Ge channel layer to form a Si 1-X
Ge X forming a spacer layer, the Si 1-X Ge X and step on the spacer layer is grown Ge layer doped with Group 3 element such as B to form the delta doped layer, Si on the delta doped layer 1-X Ge X mixed crystal layer and the step of (0 <x <1) the grown to form a Si 1-X Ge X cap layer, on the Si 1-X Ge X cap layer
Growing a Si layer or an i-Si layer to form a silicon layer, thermally oxidizing the silicon layer to form a SiO 2 film, and selectively removing the SiO 2 film to form a p-type film. Implanting impurities to form a source region and a drain region, and forming an electrode on the SiO 2 film and between the source region and the drain region between the source region and the drain region, and on the drain region, respectively. Forming a source electrode and a drain electrode by producing a p-type field effect transistor having a configuration in which a two-dimensional hole gas is generated at an interface between the Ge channel layer and the Si 1-x Ge x spacer layer. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項12】 前記Si1-XGeX混晶層(0<x<1)の混晶比
Xは0.7程度にすることを特徴とする請求項10また
は請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
12. The semiconductor according to claim 10, wherein a mixed crystal ratio X of the Si 1-X Ge X mixed crystal layer (0 <x <1) is about 0.7. Device manufacturing method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013513250A (en) * 2009-12-23 2013-04-18 インテル コーポレイション Non-planar germanium quantum well devices
WO2014026308A1 (en) * 2012-08-16 2014-02-20 中国科学院微电子研究所 Semiconductor device
CN110875385A (en) * 2018-09-04 2020-03-10 世界先进积体电路股份有限公司 Semiconductor device structure and method for manufacturing the same
CN113517348A (en) * 2021-06-28 2021-10-19 西安电子科技大学芜湖研究院 Direct band gap GeSn enhanced nMOS device and preparation method thereof

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013513250A (en) * 2009-12-23 2013-04-18 インテル コーポレイション Non-planar germanium quantum well devices
US9153671B2 (en) 2009-12-23 2015-10-06 Intel Corporation Techniques for forming non-planar germanium quantum well devices
US9263557B2 (en) 2009-12-23 2016-02-16 Intel Corporation Techniques for forming non-planar germanium quantum well devices
US10236369B2 (en) 2009-12-23 2019-03-19 Intel Corporation Techniques for forming non-planar germanium quantum well devices
WO2014026308A1 (en) * 2012-08-16 2014-02-20 中国科学院微电子研究所 Semiconductor device
US8796744B1 (en) 2012-08-16 2014-08-05 The Institute of Microelectronics Chinese Academy of Science Semiconductor device
CN110875385A (en) * 2018-09-04 2020-03-10 世界先进积体电路股份有限公司 Semiconductor device structure and method for manufacturing the same
CN110875385B (en) * 2018-09-04 2023-03-17 世界先进积体电路股份有限公司 Semiconductor device structure and method for manufacturing the same
CN113517348A (en) * 2021-06-28 2021-10-19 西安电子科技大学芜湖研究院 Direct band gap GeSn enhanced nMOS device and preparation method thereof
CN113517348B (en) * 2021-06-28 2023-08-04 西安电子科技大学芜湖研究院 Direct band gap GeSn enhanced nMOS device and preparation method thereof

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