JP2002134737A - Field effect transistor and its manufacturing method - Google Patents

Field effect transistor and its manufacturing method

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JP2002134737A
JP2002134737A JP2000325046A JP2000325046A JP2002134737A JP 2002134737 A JP2002134737 A JP 2002134737A JP 2000325046 A JP2000325046 A JP 2000325046A JP 2000325046 A JP2000325046 A JP 2000325046A JP 2002134737 A JP2002134737 A JP 2002134737A
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film
silicon carbide
substrate
effect transistor
gate insulating
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Takashi Kawakubo
隆 川久保
Kenya Sano
賢也 佐野
Takashi Shinohe
孝 四戸
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor that has approximately 2 nm or smaller SiO2 conversion film thickness, uses a gate insulating film having small gate and leakage current and a high dielectric constant, and has high current drive force with a low operating voltage. SOLUTION: This field effect transistor has an Si substrate 101, source and drain regions 102 that are provided in the Si substrate 101, a gate insulating film that is provided on a channel region 103, between the source and drain regions 102 in the Si substrate 101 and has a lamination film constituted by an n layer including at least a silicon carbide film 104 and an oxide high dielectric film 105 with five or higher relative dielectric constant, and a gate electrode 106 that is provided on the gate insulating film. In the field effect transistor, the SiO2 conversion film thickness in the relative dielectric constant of the gate insulating film is to be set to 2 nm or smaller.

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、電界効果トランジ
スタ、特に高誘電率のゲート絶縁膜を使用した電界効果
トランジスタに関する。
The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor using a gate insulating film having a high dielectric constant.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電界効果トランジスタの微細化と
低電圧動作化に伴い、ゲート絶縁膜の薄膜化が求められ
ている。しかしながら、ゲート絶縁膜を薄膜化するとト
ンネル電流が流れるようになり、ゲート・リーク電流が
指数関数的に増大する。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization and low-voltage operation of field effect transistors, thinning of a gate insulating film is required. However, when the gate insulating film is made thinner, a tunnel current flows, and a gate leak current increases exponentially.

【0003】将来、最小加工寸法が約0.1μmとなる
世代以降では、現状でゲート絶縁膜の材料として使用さ
れているSiO2やSiONを用いた場合、ゲート絶縁
膜の厚さとして約2nm以下が要求されることになり、
ゲート・リーク電流が大きすぎ、使用が困難となる。そ
こで、ゲート絶縁膜として、SiO2に代わる高誘電率
材料が必要になると考えられている。
[0003] In future generations in which the minimum processing dimension will be about 0.1 µm, if SiO 2 or SiON, which is currently used as a material for the gate insulating film, is used, the thickness of the gate insulating film will be about 2 nm or less. Will be required,
The gate leakage current is too large, making it difficult to use. Therefore, it is considered that a high dielectric constant material instead of SiO 2 is required as the gate insulating film.

【0004】このような高誘電率材料、特に比誘電率が
約5以上、望ましくは10以上である高誘電率材料とし
て現在考えられているものは、ほぼ金属の酸化物に限ら
れており、例えばZrO2、HfO2、Al23、Ta2
5等が挙げられる。これらの高誘電率材料は、誘電率
が高いことから膜厚を大きく取ることが出来、リーク電
流の減少に効果がある。従って、これらの高誘電率材料
とSiO2の比誘電率(SiO2の比誘電率を3.9とす
る)の比から求められる、高誘電率材料のSiO2に対
する換算膜厚を約2nm以下として、かつリーク電流の
小さなゲート絶縁膜を形成することが可能となる。ここ
で、ゲート絶縁膜がn層により構成される場合、各層の
実膜厚をti(1≦i≦n)、各層の比誘電率をεi(1
≦i≦n)とした時、SiO2膜とこのゲート絶縁膜の
比誘電率の比から求められるSiO2換算膜厚は下記の
(数3)により示される。なお、下記の(数3)中の
3.9は、SiO2の比誘電率を示す。
[0004] Such high-permittivity materials, particularly those currently considered as high-permittivity materials having a relative permittivity of about 5 or more, desirably 10 or more, are substantially limited to metal oxides. For example, ZrO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2
O 5 and the like. These high dielectric constant materials can have a large film thickness because of their high dielectric constant, and are effective in reducing leakage current. Accordingly, the converted film thickness of the high dielectric constant material with respect to SiO 2 obtained from the ratio of the relative dielectric constant of the high dielectric constant material and SiO 2 (the relative dielectric constant of SiO 2 is 3.9) is about 2 nm or less. And a gate insulating film with small leakage current can be formed. Here, when the gate insulating film is composed of n layers, the actual film thickness of each layer is t i (1 ≦ i ≦ n), and the relative dielectric constant of each layer is ε i (1
When ≦ i ≦ n), the equivalent SiO 2 film thickness obtained from the ratio of the relative permittivity of the SiO 2 film to the gate insulating film is represented by the following (Equation 3). Note that 3.9 in the following (Equation 3) indicates the relative dielectric constant of SiO 2 .

【0005】[0005]

【数3】 (Equation 3)

【0006】しかしながら、これらの高誘電体膜は酸化
物である為に、これらをSi基板上に結晶性良く作成す
るには、酸素欠陥の導入を防ぐことが必要である。そし
て、酸素欠陥の導入を防いでこれらの酸化物高誘電体膜
からなるゲート絶縁膜を形成するには、酸素雰囲気中
で、かつ高温で作成する必要がある。
However, since these high dielectric films are oxides, it is necessary to prevent oxygen defects from being introduced in order to form them with good crystallinity on a Si substrate. Then, in order to prevent the introduction of oxygen vacancies and form a gate insulating film composed of these oxide high dielectric films, it is necessary to form the gate insulating film at a high temperature in an oxygen atmosphere.

【0007】酸素雰囲気中、しかも高温で酸化物高誘電
体膜を形成すると、Si基板表面、つまりSi基板と酸
化物高誘電体膜との間には、不可避的にSiO2が生成
し、その厚さはしばしば約2nm以上に達する。すなわ
ち、(1)SiO2換算膜厚を約2nm以下とする、
(2)ゲート・リーク電流を抑える、という2つの目的
を達成する為に酸化物高誘電体膜を使用するのにも関わ
らず、この酸化物高誘電体膜を成膜する際に、Si基板
表面に、目的とするSiO2換算膜厚以上のSiO2が生
成されてしまうことになり、根本的な解決とはならな
い。
When an oxide high dielectric film is formed in an oxygen atmosphere at a high temperature, SiO 2 is inevitably generated on the surface of the Si substrate, that is, between the Si substrate and the oxide high dielectric film. The thickness often reaches about 2 nm or more. That is, (1) the SiO 2 equivalent film thickness is set to about 2 nm or less;
(2) Despite the use of an oxide high-dielectric film to achieve the two objectives of suppressing gate leakage current, a Si substrate is used to form this oxide high-dielectric film. on the surface, will be equivalent SiO 2 thickness over SiO 2 of interest from being generated, not a fundamental solution.

【0008】酸化物高誘電体膜をゲート絶縁膜として用
いたMOSキャパシタを、図3に示す。このMOSキャ
パシタは、図3に示すように、第1の導電型を持つSi
基板301を用い、フッ酸によりSi表面の自然酸化膜
を取り除いた後、高誘電率のゲート絶縁膜としてSrT
iO3を用い、スパッタ法により約10nmの厚さのS
rTiO3膜302を成膜する。このとき、スパッタ雰
囲気として酸素を約20%含んだアルゴンガスを使用
し、基板温度を室温から約600℃までの複数種類の温
度で成膜する。その後、ゲート電極303を、通常と同
様な方法、材料にて作成し、MOSキャパシタを完成す
る。
FIG. 3 shows a MOS capacitor using an oxide high dielectric film as a gate insulating film. This MOS capacitor is, as shown in FIG.
After removing the natural oxide film on the Si surface using hydrofluoric acid using the substrate 301, SrT is used as a high dielectric constant gate insulating film.
Approximately 10 nm thick S was formed by sputtering using iO 3.
An rTiO 3 film 302 is formed. At this time, an argon gas containing about 20% oxygen is used as a sputtering atmosphere, and a film is formed at a plurality of kinds of temperatures from room temperature to about 600 ° C. After that, the gate electrode 303 is formed by the same method and material as usual, and the MOS capacitor is completed.

【0009】このMOSキャパシタのSi基板301、
ゲート電極303間に電圧を印加し、電気特性を測定し
た。また断面の透過電子顕微鏡(TEM)観察を行い、
作成したSrTiO3膜302の膜厚及び、これを作成
する際にSi基板301が酸化されることにより生成し
たSiO2膜の膜厚を測定した。SrTiO3膜302成
膜時の各成膜温度別の結果をまとめて(表1)に示す。
[0009] The Si substrate 301 of this MOS capacitor,
A voltage was applied between the gate electrodes 303, and electric characteristics were measured. In addition, the cross section was observed with a transmission electron microscope (TEM),
The thickness of the formed SrTiO 3 film 302 and the thickness of the SiO 2 film generated by oxidizing the Si substrate 301 during its formation were measured. Table 1 shows the results of forming the SrTiO 3 film 302 at each film forming temperature.

【0010】[0010]

【表1】 [Table 1]

【0011】(表1)から解るように、成膜温度が約2
00℃以下では、Si基板301との界面に形成される
SiO2膜の膜厚は小さいが、SrTiO3膜302の誘
電率が低い為にSiO2換算膜厚が大きく、またリーク
電流も大き過ぎる。これは、成膜温度が低すぎることか
ら、結晶性が十分でない為と考えられる。
As can be seen from Table 1, the film formation temperature is about 2
Below 00 ° C., the thickness of the SiO 2 film formed at the interface with the Si substrate 301 is small, but the dielectric constant of the SrTiO 3 film 302 is low, so that the SiO 2 equivalent film thickness is large and the leak current is too large. . This is probably because the film forming temperature is too low and the crystallinity is not sufficient.

【0012】また、成膜温度が約400℃以上の高温の
場合は、SrTiO3膜302の誘電率は高くリーク電
流は小さいが、Si基板301との界面に、厚いSiO
2膜が形成され、SiO2膜とSrTiO3膜302を合
計すると、やはりSiO2換算膜厚が大き過ぎる。従っ
て、これらはどの場合でも、上述した(1)、(2)の
双方を満たすことは出来ない。
When the film forming temperature is as high as about 400 ° C. or higher, the dielectric constant of the SrTiO 3 film 302 is high and the leak current is small, but the thick SiO 2 film is formed at the interface with the Si substrate 301.
When two films are formed and the SiO 2 film and the SrTiO 3 film 302 are totaled, the equivalent SiO 2 film thickness is still too large. Therefore, they cannot satisfy both (1) and (2) described above in any case.

【0013】そこで、Si基板の酸化を防ぐ為に、Si
窒化膜の導入が盛んに試みられたが、やはりSi窒化膜
の耐酸化性が十分でなく、Si窒化膜上に酸化物高誘電
体膜を形成する際に、同様にSi窒化膜が酸化されてS
iO2となるため、やはり問題の根本的な解決とはなら
ない。
In order to prevent oxidation of the Si substrate,
Many attempts have been made to introduce a nitride film, but the oxidation resistance of the Si nitride film is still insufficient, and when forming an oxide high dielectric film on the Si nitride film, the Si nitride film is similarly oxidized. S
Since it is iO 2 , it is not a fundamental solution to the problem.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、電界
効果トランジスタの微細化に伴い、ゲート絶縁膜の薄膜
化が求められているが、SiO2換算膜厚が約2nm以
下であり、ゲート・リーク電流の小さなゲート絶縁膜は
得られていない。
As described above [0004], with the miniaturization of field effect transistors, although thinner gate insulating film is demanded, SiO 2 equivalent thickness is about 2nm or less, gate A gate insulating film with a small leak current has not been obtained.

【0015】従って本発明は、この問題に鑑み、SiO
2換算膜厚が約2nm以下であり、ゲート・リーク電流
の小さな高誘電率のゲート絶縁膜を用いて、低い動作電
圧で高い電流駆動力を持つ電界効果トランジスタを作成
することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of this problem,
2 equivalent thickness is about 2nm or less, using the gate insulating film of a small high dielectric constant of the gate leakage current, and an object thereof is to create a field effect transistor having a high current driving power at a low operating voltage.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、Si基
板と、Si基板内に設けられるソース・ドレイン領域
と、Si基板内のソース・ドレイン領域間のチャネル領
域上に設けられ、少なくとも炭化珪素膜と比誘電率が5
以上である酸化物高誘電体膜を含むn層により構成され
る積層膜を有するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設
けられるゲート電極とを具備し、ゲート絶縁膜の各層の
実膜厚をti(1≦i≦n)、各層の比誘電率をεi(1
≦i≦n)とした時、上記の(数3)で示されるゲート
絶縁膜のSiO2換算膜厚を2nm以下とすることを特
徴とする電界効果トランジスタを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a Si substrate, a source / drain region provided in the Si substrate, and a channel region provided between the source / drain region in the Si substrate. Film and relative permittivity is 5
A gate insulating film having a stacked film composed of an n-layer including an oxide high dielectric film, and a gate electrode provided on the gate insulating film, wherein the actual thickness of each layer of the gate insulating film is t i (1 ≦ i ≦ n), and the relative permittivity of each layer is ε i (1
When ≦ i ≦ n, the field effect transistor is characterized in that the SiO 2 equivalent film thickness of the gate insulating film represented by the above (Equation 3) is 2 nm or less.

【0017】ここで、炭化珪素膜は、アモルファス膜で
あっても良い。
Here, the silicon carbide film may be an amorphous film.

【0018】また、炭化珪素膜は、Si基板に対してエ
ピタキシャル成長していても良い。
Further, the silicon carbide film may be grown epitaxially on the Si substrate.

【0019】さらに、酸化物高誘電体膜の比誘電率は1
0以上であっても良い。
Further, the relative permittivity of the oxide high dielectric film is 1
It may be 0 or more.

【0020】また本発明は、Si基板内にソース・ドレ
イン領域を形成する工程と、Si基板内のソース・ドレ
イン領域間のチャネル領域上に炭化珪素膜を形成する工
程と、炭化珪素膜上に比誘電率が5以上である酸化物高
誘電体膜を形成する工程と、炭化珪素膜と酸化物高誘電
体膜とを含む積層膜に酸化処理を施す工程と、積層膜上
にゲート電極を形成する工程とを具備し、n層(nは2
以上)により構成される積層膜の、各層の実膜厚をti
(1≦i≦n)、各層の比誘電率をεi(1≦i≦n)
とした時、上記の(数3)で示される積層膜のSiO2
換算膜厚を2nm以下とすることを特徴とする電界効果
トランジスタの製造方法を提供する。
The present invention also provides a step of forming a source / drain region in a Si substrate, a step of forming a silicon carbide film on a channel region between the source / drain regions in the Si substrate, and a step of forming a silicon carbide film on the silicon carbide film. A step of forming an oxide high dielectric film having a relative dielectric constant of 5 or more, a step of oxidizing a stacked film including the silicon carbide film and the oxide high dielectric film, and a step of forming a gate electrode on the stacked film. Forming an n-layer (n is 2
A laminated film composed of the above), the actual thickness of each layer t i
(1 ≦ i ≦ n) and the relative dielectric constant of each layer is ε i (1 ≦ i ≦ n)
, The SiO 2 of the laminated film represented by the above (Equation 3)
Provided is a method for manufacturing a field-effect transistor, wherein the reduced film thickness is 2 nm or less.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】Si基板に形成されるチャネル領
域上に形成するゲート絶縁膜として必要とされる条件
は、以下の通りである。 (1)耐酸化性が良く、下地層であるSiのチャネル領
域を酸化から保護すること。 (2)絶縁体もしくはワイドギャップの半導体であるこ
と。 (3)比誘電率が高く、比誘電率が5以上、望ましくは
10以上であること。 (4)下地層であるSiのチャネル領域との界面に界面
準位を作らず、欠陥密度が小さいこと。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The conditions required for a gate insulating film formed on a channel region formed on a Si substrate are as follows. (1) It has good oxidation resistance and protects the Si channel region serving as an underlayer from oxidation. (2) An insulator or a wide gap semiconductor. (3) The dielectric constant is high and the dielectric constant is 5 or more, preferably 10 or more. (4) An interface state is not formed at the interface with the channel region of Si as an underlayer, and the defect density is low.

【0022】上記の条件を満足する為に、様々な材料に
ついて検討を行った結果、本発明においては、ゲート絶
縁膜として炭化珪素膜と酸化物高誘電体膜との積層膜を
含むことが最適であることを見出した。つまり、Siの
チャネル領域上に耐酸化性の高い炭化珪素膜を設けてチ
ャネル領域の酸化を防ぎ、その上に誘電率の高い酸化物
高誘電体膜を少なくとも積層するのである。
In order to satisfy the above conditions, various materials were examined. As a result, in the present invention, it is optimal to include a stacked film of a silicon carbide film and an oxide high dielectric film as a gate insulating film. Was found. That is, a silicon carbide film having high oxidation resistance is provided on the Si channel region to prevent oxidation of the channel region, and at least an oxide high dielectric film having a high dielectric constant is laminated thereon.

【0023】炭化珪素膜は、作成条件により六方晶、立
方晶、アモルファスの3種類の結晶系を取ることが知ら
れている。これらの物性を一覧表とし、(表2)に示
す。
It is known that a silicon carbide film has three types of crystal systems, hexagonal, cubic, and amorphous, depending on the preparation conditions. These physical properties are listed and shown in (Table 2).

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】(表2)に示すように、炭化珪素の最大の
特徴は、耐酸化性に著しく優れている点にある。金属以
外の非酸化物系の化合物、つまりSiのチャネル領域を
酸化させずにゲート絶縁膜として用いることの可能な化
合物の中では、最も優れている物質の1つである。(表
2)に示すように、酸化速度は、Siと比較すると約数
十分の一以下である為、実質的に炭化珪素の表面は、酸
化されないか、または約数原子層以下の極めて薄い酸化
層が形成される程度である。炭化珪素は、酸化されると
炭素がCOの形で抜け、残りのSiが酸化されてSiO
2になるため、この酸化層部分も好ましいゲート絶縁膜
として用いることができる。従って、(1)の耐酸化
性、チャネル領域の保護に関しては、チャネル領域の直
上に炭化珪素膜を用いることにより、好ましい効果を得
ることが出来ると言える。
As shown in Table 2, the most significant feature of silicon carbide is that it is extremely excellent in oxidation resistance. Among non-oxide compounds other than metals, that is, one of the most excellent compounds among compounds that can be used as a gate insulating film without oxidizing a Si channel region. As shown in (Table 2), the oxidation rate is about several tenths or less as compared with that of Si. Therefore, the surface of silicon carbide is not substantially oxidized or is extremely thin having a thickness of about several atomic layers or less. It is only to the extent that an oxide layer is formed. When silicon carbide is oxidized, carbon is released in the form of CO, and the remaining Si is oxidized to form SiO 2.
Since this becomes 2 , this oxide layer portion can also be used as a preferable gate insulating film. Therefore, with respect to the oxidation resistance and the protection of the channel region in (1), it can be said that a favorable effect can be obtained by using the silicon carbide film immediately above the channel region.

【0026】次に、(2)の絶縁性の問題であるが、炭
化珪素に関しては、約2〜3eVのバンドギャップを持
ち、これはSiのバンドギャップよりも大きい。従っ
て、炭化珪素はこの場合絶縁体として扱うことが出来
る。また、酸化物高誘電体膜もワイドギャップの半導
体、または絶縁体であるため、これらを積層することに
より、(2)の絶縁性に関しても、好ましい効果を得る
ことが出来る。
Next, regarding the problem (2) of insulating properties, silicon carbide has a band gap of about 2 to 3 eV, which is larger than the band gap of Si. Therefore, silicon carbide can be treated as an insulator in this case. In addition, since the oxide high-dielectric film is also a wide-gap semiconductor or an insulator, by laminating these, a favorable effect can also be obtained with respect to the insulating property (2).

【0027】また、(3)の比誘電率の問題も、炭化珪
素に関しては(表2)に示すように10程度であり、酸
化物高誘電体膜に関しても、本発明においては比誘電率
を約5以上のものを用いるため、好ましい効果を得るこ
とが出来ると言える。
Also, the problem of the relative dielectric constant of (3) is about 10 as shown in Table 2 for silicon carbide, and the relative dielectric constant of the oxide high dielectric film is also reduced in the present invention. Since about 5 or more are used, it can be said that favorable effects can be obtained.

【0028】これらの中でも、特に比誘電率が約10以
上である酸化物高誘電体膜としては、誘電率の大きな全
ての金属酸化物を用いることが出来る。例えば、ZrO
2、HfO2、Al23、Ta25を始めとする金属の単
純酸化物、SrTiO3、SrZrO3等のペロブスカイ
ト構造の複合金属酸化物、さらにZrSiO4、HfS
iO4、La2SiO5等のSiとの複合金属酸化物等も
好ましく用いることが出来る。
Among them, as the oxide high dielectric film having a relative dielectric constant of about 10 or more, any metal oxide having a large dielectric constant can be used. For example, ZrO
2 , HfO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 and other simple oxides of metals, composite metal oxides having a perovskite structure such as SrTiO 3 and SrZrO 3 , ZrSiO 4 , HfS
Composite metal oxides with Si, such as iO 4 and La 2 SiO 5, can also be preferably used.

【0029】さらに、(4)のSiの界面に界面準位を
作らないという点に関しては、Siのチャネル領域の直
上に形成する炭化珪素膜が、配位数が少ないために、界
面準位が少なく、好ましい効果を得ることが出来ると言
える。また、炭化珪素膜上に酸化物高誘電体膜を形成し
た後に炭化珪素膜を酸化しても良く、この場合は、チャ
ネル領域の直上が、界面として好ましいSiO2膜とな
る為、より界面準位の生成を抑えることが可能となる。
Further, regarding the point (4) in which no interface state is formed at the Si interface, the silicon carbide film formed immediately above the Si channel region has a small coordination number, so that the interface state becomes low. Therefore, it can be said that a favorable effect can be obtained. Alternatively, the silicon carbide film may be oxidized after forming the oxide high-dielectric film on the silicon carbide film. In this case, since the SiO 2 film just above the channel region is a preferable interface, the interface state is higher. It is possible to suppress generation of places.

【0030】[0030]

【実施例】以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
い。 (第1の実施形態)本発明の第1の実施形態について説
明する。本実施形態の電界効果トランジスタの断面図を
図1に示す。本実施形態の電界効果トランジスタは、第
1の導電型を持つSi基板101と、Si基板101内
に設けられ第2の導電型を持つソース・ドレイン領域1
02、Si基板101内に設けられソース・ドレイン領
域102に接続されるチャネル領域103、チャネル領
域103上に設けられる炭化珪素膜104、炭化珪素膜
104上に設けられるSrTiO3膜105、 SrTi
3膜105上に設けられるゲート電極106、ゲート
電極106上に設けられる層間絶縁膜107、炭化珪素
膜104から層間絶縁膜107までを積層した領域の側
面に設けられる側壁108を有する。
EXAMPLES Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to these embodiments. (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the field-effect transistor of the present embodiment. The field effect transistor according to the present embodiment includes a Si substrate 101 having a first conductivity type and a source / drain region 1 provided in the Si substrate 101 and having a second conductivity type.
02, a channel region 103 provided in the Si substrate 101 and connected to the source / drain region 102, a silicon carbide film 104 provided on the channel region 103, an SrTiO 3 film 105 provided on the silicon carbide film 104, SrTi
It has a gate electrode 106 provided on the O 3 film 105, an interlayer insulating film 107 provided on the gate electrode 106, and a sidewall 108 provided on a side surface of a region where the silicon carbide film 104 to the interlayer insulating film 107 are stacked.

【0031】次に、本実施形態の電界効果トランジスタ
の製造方法を、図1を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the field-effect transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0032】まず、第1の導電型を持つSi基板101
を用い、フッ酸によりSi基板101表面の自然酸化膜
を取り除いた後、超高真空チャンバーにSi基板101
を入れて、約1000℃となるよう加熱し、水素をキャ
リアガスとして、不飽和炭化水素であるアセチレン(C
22)をチャンバー内に導入し、約10分間流す。この
とき、超高真空チャンバーに取り付けた反射高速電子線
回折装置(RHEED)により、立方晶の炭化珪素から
なる炭化珪素膜104がSi基板101に対してエピタ
キシャル成長するのを確認した。
First, a Si substrate 101 having a first conductivity type
After removing the natural oxide film on the surface of the Si substrate 101 with hydrofluoric acid, the Si substrate 101 is placed in an ultra-high vacuum chamber.
And heated to about 1000 ° C., using acetylene (C, an unsaturated hydrocarbon) as a carrier gas using hydrogen.
2 H 2 ) is introduced into the chamber and allowed to flow for about 10 minutes. At this time, it was confirmed that the silicon carbide film 104 made of cubic silicon carbide was epitaxially grown on the Si substrate 101 by a reflection high-energy electron beam diffractometer (RHEED) attached to an ultra-high vacuum chamber.

【0033】次に、酸化物高誘電体膜からなるゲート絶
縁膜として、SrTiO3膜105をスパッタ法によ
り、厚さが約10nmとなるよう作成する。このときス
パッタ雰囲気として酸素を約20%含んだアルゴンガス
を使用し、基板温度を約600℃として成膜する。
Next, an SrTiO 3 film 105 is formed as a gate insulating film made of an oxide high dielectric film to a thickness of about 10 nm by a sputtering method. At this time, an argon gas containing about 20% of oxygen is used as a sputtering atmosphere, and a film is formed at a substrate temperature of about 600 ° C.

【0034】次に、白金を用いてゲート電極106をス
パッタ法により作成し、ゲート電極106上にSiN等
を用いて層間絶縁膜107を作成する。
Next, a gate electrode 106 is formed by sputtering using platinum, and an interlayer insulating film 107 is formed on the gate electrode 106 by using SiN or the like.

【0035】次に、炭化珪素膜104、SrTiO3
105、ゲート電極106、層間絶縁膜107を所定の
形状にパターニングする。その後、CVD法によりSi
2からなる膜を全面に形成してエッチングを行い、所
定の形状にパターニングされた炭化珪素膜104から層
間絶縁膜107までの側部に、側壁108を形成する。
Next, the silicon carbide film 104, the SrTiO 3 film 105, the gate electrode 106, and the interlayer insulating film 107 are patterned into a predetermined shape. Then, the Si
A film made of O 2 is formed on the entire surface and is etched to form a sidewall 108 on a side portion from the silicon carbide film 104 patterned into a predetermined shape to the interlayer insulating film 107.

【0036】また、ソース・ドレイン領域102を第2
の導電型とするために、B、P、As等を、ゲート電極
106をマスクとして、Si基板101の所定の領域に
ドーピングする。
The source / drain region 102 is
In order to obtain the conductivity type, B, P, As, or the like is doped into a predetermined region of the Si substrate 101 using the gate electrode 106 as a mask.

【0037】ここで、MOSキャパシタとしての電気特
性を測定し、また断面のTEM観察を行う。
Here, the electrical characteristics of the MOS capacitor are measured, and a TEM observation of the cross section is performed.

【0038】その結果、Si基板101の表面に約0.
5nmの厚さの立方晶の炭化珪素からなる炭化珪素膜1
04がエピタキシャル成長し、その上に約10nmの厚
さのSrTiO3膜105が成長しているのが観察され
た。なお、Si基板101上、あるいは炭化珪素膜10
4上に、Siが酸化されてSiO2となったアモルファ
ス層は認められなかった。
As a result, the surface of the Si substrate 101 has a thickness of about 0.1 mm.
Silicon carbide film 1 made of cubic silicon carbide having a thickness of 5 nm
04 was epitaxially grown, and an SrTiO 3 film 105 having a thickness of about 10 nm was observed to grow thereon. Note that, on the Si substrate 101 or the silicon carbide film 10
On No. 4, no amorphous layer in which Si was oxidized to SiO 2 was observed.

【0039】また電気的特性としては、炭化珪素膜10
4とSrTiO3膜105の合計のSiO2換算膜厚が約
0.7nmとなり、非常に低い値が得られ、さらにリー
ク電流も、約10-3A/cm2と小さな値が得られた。
従って、SiO2換算膜厚が約2nm以下で、リーク電
流の小さな、最小加工寸法が約0.1μmとなる世代の
ゲート絶縁膜に対するスペックを満足することがわかっ
た。
The electrical characteristics of the silicon carbide film 10
4 and the SrTiO 3 film 105 resulted in a total SiO 2 equivalent film thickness of about 0.7 nm, a very low value was obtained, and a small leak current of about 10 −3 A / cm 2 was obtained.
Therefore, it was found that the specifications for the gate insulating film of the generation in which the SiO 2 equivalent film thickness was about 2 nm or less, the leakage current was small, and the minimum processing dimension was about 0.1 μm were satisfied.

【0040】これは、耐酸化性の良い炭化珪素膜104
をチャネル領域103直上に形成し、チャネル領域10
3を酸化から保護することからSiO2膜が形成され
ず、またその上に高誘電率のSrTiO3膜105を形
成するために、SiO2換算膜厚を小さく出来るのであ
る。
This is because the silicon carbide film 104 having good oxidation resistance
Is formed immediately above the channel region 103, and the channel region 10 is formed.
3 is protected from oxidation, so that no SiO 2 film is formed. Further, since the SrTiO 3 film 105 having a high dielectric constant is formed thereon, the equivalent SiO 2 film thickness can be reduced.

【0041】また、Siからなるチャネル領域103上
に直接炭化珪素膜104がエピタキシャル成長し、この
上にSrTiO3膜105が成長していることから、こ
れらの膜の特性が均一となる為、誘電率が高くなり、リ
ーク電流も小さくなることから、より好ましいといえ
る。
Further, since the silicon carbide film 104 is epitaxially grown directly on the channel region 103 made of Si, and the SrTiO 3 film 105 is grown on the silicon carbide film 104, the characteristics of these films become uniform. Is higher, and the leakage current is smaller, which is more preferable.

【0042】さらに、電界効果トランジスタとしての電
気特性を測定したところ、約1Vのゲート電圧で、良く
飽和したドレイン電流が得られた。また、チャネル領域
103と、ゲート絶縁膜つまり炭化珪素膜104との界
面準位の量を反映する、サブスレッショルド領域におい
て電流を一桁変化させるのに必要な電圧であるS因子は
約85mVと低く、界面準位は少ないといえる。これら
から、リーク電流の小さい、低電圧に対応した高性能の
電界効果トランジスタが形成されていることが確かめら
れた。 (第2の実施形態)次に、本発明の第2の実施形態につ
いて説明する。本実施形態の電界効果トランジスタは図
1を用い、第1の実施形態と異なる部分を中心にして説
明を行う。
Further, when the electric characteristics of the field effect transistor were measured, a well-saturated drain current was obtained at a gate voltage of about 1 V. In addition, the S factor, which is a voltage necessary to change the current by one digit in the subthreshold region, which reflects the amount of interface states between the channel region 103 and the gate insulating film, that is, the silicon carbide film 104, is as low as about 85 mV. It can be said that the interface state is small. From these, it was confirmed that a high-performance field-effect transistor having a small leakage current and corresponding to a low voltage was formed. (Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The field effect transistor of the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0043】本実施形態の電界効果トランジスタの構成
は第1の実施形態の電界効果トランジスタとほぼ同様で
あり、炭化珪素膜104がアモルファス膜である点が、
第1の実施形態とは異なる。
The structure of the field-effect transistor of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. The point that silicon carbide film 104 is an amorphous film
This is different from the first embodiment.

【0044】次に、本実施形態の電界効果トランジスタ
の製造方法を、図1を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the field-effect transistor according to this embodiment will be described with reference to FIG.

【0045】まず、第1の導電型を持つSi基板101
を用い、フッ酸によりSi基板101表面の自然酸化膜
を取り除いた後、超高真空チャンバーにSi基板101
を入れて、約650℃となるよう加熱し、水素をキャリ
アガスとして、C22を超高真空チャンバー内に導入す
るとともに、同時に電子ビーム蒸着装置により、Siを
Si基板101表面に蒸着する。このとき、超高真空チ
ャンバーに取り付けたRHEEDにより、アモルファス
層が成長するのを確認した。
First, a Si substrate 101 having a first conductivity type
After removing the natural oxide film on the surface of the Si substrate 101 with hydrofluoric acid, the Si substrate 101 is placed in an ultra-high vacuum chamber.
And heated to about 650 ° C., C 2 H 2 is introduced into the ultra-high vacuum chamber using hydrogen as a carrier gas, and simultaneously, Si is vapor-deposited on the surface of the Si substrate 101 by an electron beam vapor deposition apparatus. . At this time, the growth of the amorphous layer was confirmed by RHEED attached to the ultrahigh vacuum chamber.

【0046】次に、SrTiO3膜105、ゲート電極
106、層間絶縁膜107、側壁108、ソース・ドレ
イン領域102を第1の実施形態と同様の材料、方法を
用いて形成する。
Next, an SrTiO 3 film 105, a gate electrode 106, an interlayer insulating film 107, a side wall 108, and a source / drain region 102 are formed by using the same material and method as in the first embodiment.

【0047】ここで、MOSキャパシタとしての電気特
性を測定し、また断面のTEM観察を行う。
Here, the electrical characteristics of the MOS capacitor are measured, and a TEM observation of the cross section is performed.

【0048】その結果、Si基板101の表面に約0.
6nmの厚さの平坦なアモルファス層の成長が確認され
た。エネルギー分散型X線組成解析(EDX)による組
成分析の結果、このアモルファス層はSiO2ではな
く、ほぼ化学量論組成の炭化珪素であることが確かめら
れた。そして、このアモルファスの炭化珪素膜104の
上に多結晶のSrTiO3膜105が、約10nmの厚
さで成長しているのが観察された。なお、Si基板10
1上、あるいは炭化珪素膜104上に、Siが酸化され
てSiO2となったアモルファス層は認められなかっ
た。
As a result, about 0.1 μm
The growth of a flat amorphous layer having a thickness of 6 nm was confirmed. As a result of composition analysis by energy dispersive X-ray composition analysis (EDX), it was confirmed that the amorphous layer was not SiO 2 but silicon carbide having a substantially stoichiometric composition. Then, it was observed that a polycrystalline SrTiO 3 film 105 was grown on this amorphous silicon carbide film 104 with a thickness of about 10 nm. The Si substrate 10
No amorphous layer in which Si was oxidized to become SiO 2 was found on 1 or on the silicon carbide film 104.

【0049】また電気的特性としては、炭化珪素膜10
4とSrTiO3膜105の合計のSiO2換算膜厚が約
1.1nmとなり、非常に低い値が得られ、さらにリー
ク電流も、約10-4A/cm2と小さな値が得られた。
従って、第1の実施形態と同様、本実施形態においても
SiO2換算膜厚が約2nm以下で、リーク電流の小さ
な、最小加工寸法が約0.1μmとなる世代のゲート絶
縁膜に対するスペックを満足することがわかった。
The electrical characteristics of the silicon carbide film 10
4 and the SrTiO 3 film 105 had a total SiO 2 equivalent film thickness of about 1.1 nm, a very low value was obtained, and a small leak current of about 10 −4 A / cm 2 was obtained.
Therefore, as in the first embodiment, this embodiment also satisfies the specifications for a generation of a gate insulating film having a SiO 2 equivalent film thickness of about 2 nm or less, a small leak current, and a minimum processing dimension of about 0.1 μm. I found out.

【0050】これは、耐酸化性の良い炭化珪素膜104
をチャネル領域103直上に形成し、チャネル領域10
3を酸化から保護することからSiO2膜が形成され
ず、またその上に高誘電率のSrTiO3膜105を形
成するために、SiO2換算膜厚を小さく出来るのであ
る。
This is because the silicon carbide film 104 having good oxidation resistance
Is formed immediately above the channel region 103, and the channel region 10 is formed.
3 is protected from oxidation, so that no SiO 2 film is formed. Further, since the SrTiO 3 film 105 having a high dielectric constant is formed thereon, the equivalent SiO 2 film thickness can be reduced.

【0051】また、Siからなるチャネル領域103上
に直接形成される炭化珪素膜104は、アモルファス層
であるため粒界がなく、均一な特性を有する膜を形成す
ることができる為、好ましいといえる。
The silicon carbide film 104 formed directly on the channel region 103 made of Si is preferable because it is an amorphous layer and has no grain boundaries and can form a film having uniform characteristics. .

【0052】さらに、電界効果トランジスタとしての電
気特性を測定したところ、約1Vのゲート電圧で、良く
飽和したドレイン電流が得られた。また、チャネル領域
103と、ゲート絶縁膜つまり炭化珪素膜104との界
面準位の量を反映する、サブスレッショルド領域におい
て電流を一桁変化させるのに必要な電圧であるS因子は
約82mVと低く、界面準位は少ないといえる。これら
から、リーク電流の小さい、低電圧に対応した高性能の
電界効果トランジスタが形成されていることが確かめら
れた。 (第3の実施形態)次に、本発明の第3の実施形態につ
いて説明する。本実施形態の電界効果トランジスタの断
面図を図2に示し、図2を用いて、第2の実施形態と異
なる部分を中心にして説明を行う。
Further, when the electric characteristics of the field-effect transistor were measured, a well-saturated drain current was obtained at a gate voltage of about 1 V. Further, the S factor, which is a voltage necessary for changing the current by one digit in the subthreshold region, which reflects the amount of interface states between the channel region 103 and the gate insulating film, that is, the silicon carbide film 104, is as low as about 82 mV. It can be said that the interface state is small. From these, it was confirmed that a high-performance field-effect transistor having a small leakage current and corresponding to a low voltage was formed. (Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the field-effect transistor according to the present embodiment, and a description will be given with reference to FIG.

【0053】本実施形態の電界効果トランジスタの構成
は、第2の実施形態の電界効果トランジスタとほぼ同様
であり、チャネル領域103上に炭化珪素膜でなく、S
iO 2膜201を設ける点が第2の実施形態とは異な
る。本実施形態は、チャネル領域103上に、アモルフ
ァスの炭化珪素膜と、SrTiO3膜105を積層した
後、炭化珪素膜を酸化してSiO2膜201とするもの
である。
Structure of the Field Effect Transistor of the Present Embodiment
Is substantially the same as the field-effect transistor of the second embodiment.
And a silicon carbide film on the channel region 103 instead of S
iO TwoThe point that the film 201 is provided is different from the second embodiment.
You. In the present embodiment, an amorphous
Silicon carbide film and SrTiOThreeFilm 105 was laminated
Thereafter, the silicon carbide film is oxidized to form SiO 2TwoWhat is used as the film 201
It is.

【0054】次に、本実施形態の電界効果トランジスタ
の製造方法を、図2を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the field-effect transistor of this embodiment will be described with reference to FIG.

【0055】まず、第1の導電型を持つSi基板101
を用い、フッ酸によりSi基板101表面の自然酸化膜
を取り除いた後、超高真空チャンバーにSi基板101
を入れて、約650℃となるよう加熱し、水素をキャリ
アガスとして、C22を超高真空チャンバー内に導入す
るとともに、同時に電子ビーム蒸着装置により、Siを
Si基板101表面に蒸着する。このとき、超高真空チ
ャンバーに取り付けたRHEEDにより、アモルファス
層が成長するのを確認した。そして、その上にSrTi
3膜105を、第2の実施形態と同様の材料、方法を
用いて形成する。
First, a Si substrate 101 having the first conductivity type
After removing the natural oxide film on the surface of the Si substrate 101 with hydrofluoric acid, the Si substrate 101 is placed in an ultra-high vacuum chamber.
And heated to about 650 ° C., C 2 H 2 is introduced into the ultra-high vacuum chamber using hydrogen as a carrier gas, and simultaneously, Si is vapor-deposited on the surface of the Si substrate 101 by an electron beam vapor deposition apparatus. . At this time, the growth of the amorphous layer was confirmed by RHEED attached to the ultrahigh vacuum chamber. Then, SrTi
The O 3 film 105 is formed using the same material and method as in the second embodiment.

【0056】次に、Si基板101にアモルファス層と
SrTiO3膜105を形成したものを酸化炉に入れ、
SrTiO3膜105下のアモルファス層を酸化する。
酸化炉の出口で、COガス及びCO2ガスをモニターし
ながら、Si基板101を約1000℃に加熱するとと
もに酸素を流し、酸化炉の出口でCOガスやCO2ガス
が検出されなくなってから酸化処理を終了する。
Next, the amorphous layer and the SrTiO 3 film 105 formed on the Si substrate 101 are put into an oxidation furnace,
The amorphous layer under the SrTiO 3 film 105 is oxidized.
At the outlet of the oxidation furnace, while monitoring the CO gas and CO 2 gas, the Si substrate 101 is heated to about 1000 ° C. and oxygen is flowed. After the CO gas and CO 2 gas are no longer detected at the outlet of the oxidation furnace, oxidation is performed. The process ends.

【0057】次に、ゲート電極106、層間絶縁膜10
7、側壁108、ソース・ドレイン領域102を、第2
の実施形態と同様の材料、方法を用いて形成する。
Next, the gate electrode 106 and the interlayer insulating film 10
7, the side wall 108 and the source / drain region 102
It is formed using the same material and method as in the embodiment.

【0058】ここで、MOSキャパシタとしての電気特
性を測定し、また断面のTEM観察を行う。
Here, the electrical characteristics of the MOS capacitor are measured, and the cross section is observed with a TEM.

【0059】その結果、Si基板101の表面に約0.
8nmの厚さの平坦なアモルファス層の成長が確認され
た。EDXによる組成分析の結果、このアモルファス層
は、ほぼSiO2の組成であることが確かめられた。そ
して、このアモルファスのSiO2膜201の上に多結
晶のSrTiO3膜105が、約10nmの厚さで成長
しているのが観察された。
As a result, about 0.
The growth of a flat amorphous layer having a thickness of 8 nm was confirmed. As a result of composition analysis by EDX, it was confirmed that this amorphous layer had a composition of almost SiO 2 . It was observed that a polycrystalline SrTiO 3 film 105 was grown on this amorphous SiO 2 film 201 to a thickness of about 10 nm.

【0060】また電気的特性としては、SiO2膜20
1とSrTiO3膜105の合計のSiO2換算膜厚が約
1.3nmとなり、非常に低い値が得られ、さらにリー
ク電流も、約10-6A/cm2と小さな値が得られた。
従って、第2の実施形態と同様、本実施形態においても
SiO2換算膜厚が約2nm以下で、リーク電流の小さ
な、最小加工寸法が約0.1μmとなる世代のゲート絶
縁膜に対するスペックを満足することがわかった。
The electrical characteristics of the SiO 2 film 20
The total SiO 2 equivalent film thickness of 1 and the SrTiO 3 film 105 was about 1.3 nm, a very low value was obtained, and the leak current was also a small value of about 10 −6 A / cm 2 .
Therefore, as in the second embodiment, this embodiment also satisfies the specifications for a gate insulating film of a generation in which the equivalent SiO 2 film thickness is about 2 nm or less, the leak current is small, and the minimum processing dimension is about 0.1 μm. I found out.

【0061】本実施形態では、チャネル領域103上に
アモルファスの炭化珪素膜を形成し、その上に高誘電率
のSrTiO3膜105を形成してから、アモルファス
の炭化珪素膜を酸化し、SiO2膜201としている。
この様にゲート絶縁膜を形成することにより、炭化珪素
膜はチャネル領域103の酸化防止膜として機能し、そ
の後に酸化してSiO2膜201とすることにより、チ
ャネル領域103との界面として優れた膜を、チャネル
領域103の直上に設けることができる。従って、界面
準位の生成を最小限に抑えることができる。
In this embodiment, an amorphous silicon carbide film is formed on the channel region 103, a high dielectric constant SrTiO 3 film 105 is formed thereon, and then the amorphous silicon carbide film is oxidized to form SiO 2. It is a film 201.
By forming the gate insulating film in this manner, the silicon carbide film functions as an oxidation preventing film for the channel region 103, and then is oxidized to form the SiO 2 film 201, which is excellent as an interface with the channel region 103. A film can be provided directly above the channel region 103. Therefore, generation of interface states can be minimized.

【0062】また、炭化珪素膜を薄く形成すれば、それ
に応じた膜厚の小さいSiO2膜201を形成可能であ
る。さらに、その上に高誘電率のSrTiO3膜105
を形成するために、ゲート絶縁膜全体としての、SiO
2換算膜厚を小さく出来るのである。
Further, if the silicon carbide film is formed thin, it is possible to form the SiO 2 film 201 having a correspondingly small thickness. Further, a high dielectric constant SrTiO 3 film 105 is formed thereon.
In order to form the gate insulating film, SiO
(2) The equivalent film thickness can be reduced.

【0063】さらに、電界効果トランジスタとしての電
気特性を測定したところ、約1Vのゲート電圧で、良く
飽和したドレイン電流が得られた。また、チャネル領域
103と、ゲート絶縁膜つまりSiO2膜201との界
面準位の量を反映する、サブスレッショルド領域におい
て電流を一桁変化させるのに必要な電圧であるS因子は
約75mVと低く、界面準位は少ないといえる。これら
から、リーク電流の小さい、低電圧に対応した高性能の
電界効果トランジスタが形成されていることが確かめら
れた。
Further, when the electric characteristics of the field effect transistor were measured, a well-saturated drain current was obtained at a gate voltage of about 1 V. In addition, the S factor, which is a voltage necessary to change the current by one digit in the subthreshold region, which reflects the amount of interface state between the channel region 103 and the gate insulating film, that is, the SiO 2 film 201, is as low as about 75 mV. It can be said that the interface state is small. From these, it was confirmed that a high-performance field-effect transistor having a small leakage current and corresponding to a low voltage was formed.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
SiO2換算膜厚が約2nm以下であり、ゲート・リー
ク電流の小さな高誘電率のゲート絶縁膜を用いて、低い
動作電圧で高い電流駆動力を持つ電界効果トランジスタ
を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
A field effect transistor having a low operating voltage and a high current drivability can be provided by using a high dielectric constant gate insulating film having a SiO 2 equivalent film thickness of about 2 nm or less and a small gate leak current.

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

【図1】 本発明の第1の実施形態の電界効果トランジ
スタの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a field-effect transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第3の実施形態の電界効果トランジ
スタの断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a field-effect transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図3】 従来のゲート絶縁膜を説明する為のMOSキ
ャパシタの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a MOS capacitor for explaining a conventional gate insulating film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,301…Si基板 102…ソース・ドレイン領域 103…チャネル領域 104…炭化珪素膜 105,302…SrTiO3膜 106,303…ゲート電極 107…層間絶縁膜 108…側壁 201…SiO2101 and 301 ... Si substrate 102 ... source-drain regions 103 ... channel region 104 ... silicon carbide film 105,302 ... SrTiO 3 film 106,303 ... gate electrode 107 ... interlayer insulating film 108 ... side wall 201 ... SiO 2 film

フロントページの続き (72)発明者 四戸 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5F040 DA19 DC01 EC04 ED01 ED03 EL06 FA05 FC05 Continuing from the front page (72) Inventor Takashi Yonohe 1F, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in the Toshiba R & D Center 5F040 DA19 DC01 EC04 ED01 ED03 EL06 FA05 FC05

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si基板と、前記Si基板内に設けられ
るソース・ドレイン領域と、前記Si基板内の前記ソー
ス・ドレイン領域間のチャネル領域上に設けられ、少な
くとも炭化珪素膜と比誘電率が5以上である酸化物高誘
電体膜を含むn層により構成される積層膜を有するゲー
ト絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられるゲート電
極とを具備し、前記ゲート絶縁膜の各層の実膜厚をti
(1≦i≦n)、各層の比誘電率をεi(1≦i≦n)
とした時、下記の(数1)で示される前記ゲート絶縁膜
のSiO2換算膜厚を2nm以下とすることを特徴とす
る電界効果トランジスタ。 【数1】
1. A silicon substrate, a source / drain region provided in the Si substrate, and a channel region provided between the source / drain regions in the Si substrate, wherein at least a silicon carbide film and a relative permittivity are provided. A gate insulating film having a stacked film composed of an n-layer including an oxide high dielectric film of 5 or more, and a gate electrode provided on the gate insulating film; Film thickness t i
(1 ≦ i ≦ n) and the relative dielectric constant of each layer is ε i (1 ≦ i ≦ n)
Wherein the SiO 2 equivalent film thickness of the gate insulating film represented by the following (formula 1) is 2 nm or less. (Equation 1)
【請求項2】 前記炭化珪素膜が、アモルファス膜であ
ることを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジス
タ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein said silicon carbide film is an amorphous film.
【請求項3】 前記炭化珪素膜が、前記Si基板に対し
てエピタキシャル成長していることを特徴とする請求項
1記載の電界効果トランジスタ。
3. The field effect transistor according to claim 1, wherein said silicon carbide film is epitaxially grown on said Si substrate.
【請求項4】 前記酸化物高誘電体膜の比誘電率が10
以上であることを特徴とする請求項1記載の電界効果ト
ランジスタ。
4. A high dielectric constant oxide film having a relative dielectric constant of 10
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein:
【請求項5】 Si基板内にソース・ドレイン領域を形
成する工程と、前記Si基板内の前記ソース・ドレイン
領域間のチャネル領域上に炭化珪素膜を形成する工程
と、前記炭化珪素膜上に比誘電率が5以上である酸化物
高誘電体膜を形成する工程と、前記炭化珪素膜と前記酸
化物高誘電体膜とを含む積層膜に酸化処理を施す工程
と、前記積層膜上にゲート電極を形成する工程とを具備
し、n層(nは2以上)により構成される前記積層膜
の、各層の実膜厚をti(1≦i≦n)、各層の比誘電
率をεi(1≦i≦n)とした時、下記の(数2)で示
される前記積層膜のSiO2換算膜厚を2nm以下とす
ることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 【数2】
5. A step of forming a source / drain region in a Si substrate, a step of forming a silicon carbide film on a channel region between the source / drain regions in the Si substrate, and a step of forming a silicon carbide film on the silicon carbide film. A step of forming an oxide high dielectric film having a relative dielectric constant of 5 or more, a step of oxidizing a stacked film including the silicon carbide film and the oxide high dielectric film, and A step of forming a gate electrode, wherein the actual thickness of each layer of the laminated film composed of n layers (n is 2 or more) is t i (1 ≦ i ≦ n), and the relative dielectric constant of each layer is When ε i (1 ≦ i ≦ n), a method of manufacturing a field-effect transistor, wherein the SiO 2 equivalent film thickness of the laminated film represented by the following (Formula 2) is 2 nm or less. (Equation 2)
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