JP2002527882A - Metal gate Fermi threshold field effect transistor - Google Patents

Metal gate Fermi threshold field effect transistor

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JP2002527882A
JP2002527882A JP2000514336A JP2000514336A JP2002527882A JP 2002527882 A JP2002527882 A JP 2002527882A JP 2000514336 A JP2000514336 A JP 2000514336A JP 2000514336 A JP2000514336 A JP 2000514336A JP 2002527882 A JP2002527882 A JP 2002527882A
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デネン,マイケル・ダブリュー
リチャーズ,ウィリアム・アール,ジュニア
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サンダーバード・テクノロジーズ,インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 フェルミ閾値電界効果トランジスタは、逆ドープポリシリコンゲートではなく、金属ゲート(28′)を有する。金属ゲートは、フェルミFETの他の所望の特性を低下させることなく、フェルミFETの閾値電圧を低減できる。金属ゲートは、純粋な金属ゲートとすることも、金属珪化物ゲート等の合金ゲートとすることもできる。金属ゲートは、好ましくはP型のポリシリコンとN型のポリシリコンの間の仕事関数を備えた金属を有する。 (57) Abstract: A Fermi-threshold field effect transistor has a metal gate (28 ') instead of a reverse-doped polysilicon gate. The metal gate can reduce the threshold voltage of the Fermi-FET without degrading other desired properties of the Fermi-FET. The metal gate can be a pure metal gate or an alloy gate such as a metal silicide gate. The metal gate preferably comprises a metal with a work function between P-type polysilicon and N-type polysilicon.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 (技術分野) この発明は、電界効果トランジスタ素子、特に集積回路用電界効果トランジス
タに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a field-effect transistor element, particularly to a field-effect transistor for an integrated circuit.

【0002】 (背景技術) 電界効果トランジスタ(FET)は、論理素子、記憶素子、マイクロプロセッ
サ等の大規模集積回路(VLSI)および超大規模集積回路(ULSI)用の主
要な能動素子になっている。それは、集積回路用FETが、本質的に高インピー
ダンス、高密度、低消費電力素子であるためである。これまで、多くの研究開発
が、FETの速度や集積度の向上、および消費電力の低減に注力されてきた。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field effect transistors (FETs) have become the primary active devices for large scale integrated circuits (VLSI) and very large scale integrated circuits (ULSI) such as logic elements, storage elements, microprocessors, and the like. . This is because the integrated circuit FET is essentially a high impedance, high density, low power consumption element. To date, much research and development has focused on increasing the speed and integration of FETs and reducing power consumption.

【0003】 高速、高性能電界効果トランジスタは、米国特許第4,984,043号およ
び第4,990,974号、Albert W.Vinal、「フェルミ閾値電
界効果トランジスタ(Fermi Threshold Field Effe
ct Transistor)」で説明されており、どちらもこの発明の譲受人
に譲渡されている。これらの特許は、素子の閾値電圧を半導体材料のフェルミポ
テンシャルの二倍に設定することで、エンハンスメント型で動作し、反転を必要
としない金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)について説明
している。当業者にはよく知られているように、フェルミポテンシャルは、半導
体材料中のエネルギ状態が、二分の一の確率で、一つの電子に占有される電位と
して定義される。上記のVinalの特許に説明されているように、閾値電圧を
フェルミポテンシャルの二倍に設定すると、酸化層の厚さ、、チャネルの長さ、
ドレイン電圧および基板ドープ量に対する閾値電圧の依存性が実質的に取り除か
れる。さらに、閾値電圧をフェルミポテンシャルの二倍に設定すると、酸化層の
チャネルの間の、基板面に垂直方向の電界は最小となり、実質的にゼロになる。
従って、チャネル内のキャリア移動度が最大となり、熱い電子効果がかなり低減
された高電素子をもたらす。素子の性能は、素子寸法には実質的に依存しない。
[0003] High speed, high performance field effect transistors are disclosed in US Patent Nos. 4,984,043 and 4,990,974; Vinyl, "Fermi Threshold Field Effect Transistor"
ct Transistor), both of which are assigned to the assignee of the present invention. These patents describe metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) that operate in an enhancement mode and do not require inversion by setting the threshold voltage of the device to twice the Fermi potential of the semiconductor material. . As is well known to those skilled in the art, Fermi potential is defined as the potential at which the energy state in a semiconductor material is occupied by one electron with one-half probability. As described in the above-mentioned Vinal patent, setting the threshold voltage to twice the Fermi potential results in an oxide layer thickness, channel length,
The dependence of the threshold voltage on the drain voltage and substrate doping is substantially eliminated. Further, when the threshold voltage is set to twice the Fermi potential, the electric field between the channels of the oxide layer in the direction perpendicular to the substrate surface is minimized and substantially zero.
Thus, the carrier mobility in the channel is maximized, resulting in a high electrical element with a much reduced hot electron effect. Device performance is substantially independent of device size.

【0004】 既存のFET素子に比べて、フェルミ閾値FETは著しく向上しているにもか
かわらず、フェルミ閾値FET素子の静電容量を低減する必要があった。従って
、米国特許第5,194,923号および第5,369,295号、Alber
t W.Vinal、「ゲートおよび拡散容量を低減したフェルミ閾値電界効果
トランジスタ(Fermi Threshold Field Effect
Transistor With Reduced Gate and Dif
fusion Capacitance)」において、フェルミFET素子は、
伝導キャリアが、ゲート下部にある基板の所定の深さのチャネル内を流れるよう
にすることができ、キャリアの伝導をサポートするために、半導体の表面に反転
層を生成する必要がない。従って、チャネル電荷の平均的な厚さに、ゲート容量
の一部として、基板の誘電率を含む必要がある。以上のように、ゲート容量は実
質的に低減される。
[0004] Although the Fermi-threshold FET is significantly improved as compared with the existing FET element, it is necessary to reduce the capacitance of the Fermi-threshold FET element. Accordingly, U.S. Patent Nos. 5,194,923 and 5,369,295, Albert
tW. Vinal, "Fermi Threshold Field Effect Transistor with Reduced Gate and Diffusion Capacitance"
Transistor With Reduced Gate and Dif
Fusion Capacitance), the Fermi-FET device is
Conduction carriers can flow through channels of a predetermined depth in the substrate below the gate, without the need to create an inversion layer on the surface of the semiconductor to support carrier conduction. Therefore, the average thickness of the channel charge must include the dielectric constant of the substrate as part of the gate capacitance. As described above, the gate capacitance is substantially reduced.

【0005】 前述の米国特許第5,194,923号および第5,369,295号で説明
しているように、低静電容量フェルミFETは、好ましくは所定の深さのフェル
ミタブ領域を使って実現する。この領域は、基板とは逆で、ソース/ドレイン領
域と同じ導電型を有する。フェルミタブは所定の深さだけ基板の表面から下方に
達し、ソース/ドレイン拡散はタブ境界内のフェルミタブ内に形成される。フェ
ルミタブは、ユニジャンクショントランジスタを構成し、ソース、ドレイン、チ
ャネル、およびフェルミタブは、全て同じ導電型でドープするが、ドーピング濃
度は異なる。以上のようにして低静電容量フェルミFETを提供する。フェルミ
タブを有する低静電容量フェルミFETは、ここでは「低静電容量フェルミFE
T」または「タブFET」と呼ぶことにする。
As described in the aforementioned US Pat. Nos. 5,194,923 and 5,369,295, low capacitance Fermi-FETs preferably use a Fermi-tub region of a predetermined depth. To achieve. This region has the same conductivity type as the source / drain regions, opposite to the substrate. The Fermi-tub extends down from the surface of the substrate by a predetermined depth, and the source / drain diffusion is formed in the Fermi-tub within the tub boundary. Fermitabs constitute a unijunction transistor, and the source, drain, channel, and Fermitab are all doped with the same conductivity type, but with different doping concentrations. As described above, a low capacitance Fermi FET is provided. The low-capacitance Fermi-FET having the Fermi-tab is referred to as “low-capacitance Fermi-FE” here.
T "or" tab FET ".

【0006】 既存のFET素子に比べて、フェルミFETおよび低静電容量フェルミFET
は著しく向上しているにもかかわらず、フェルミFETが生成する単位チャネル
当たりの電流量は、引き続き増やしていく必要がある。当業者にはよく知られて
いるように、フェルミFETの電流量が増えるほど、論理素子、記憶素子、マイ
クロプロセッサおよび他の集積回路素子の集積度および/または速度を上げるこ
とができる。米国特許第5,374,836号、Albert W.Vinal
および現共同発明者Michael W.Dennen、「高電流フェルミ閾値
電界効果トランジスタ(High Current Fermi−Thresh
old Field Effect Transistor)」では、フェルミ
タブ領域およびソース領域と同じ導電型で、ソース領域に隣接し、ドレイン領域
と対向する注入領域を有するフェルミFETが説明されている。注入領域は、好
ましくは相対的に低いフェルミタブのドーピング濃度と、相対的に高いソース領
域のドーピング濃度のと間の、中間のドーピングレベルでドープする。注入領域
は、チャネル内に注入されるキャリアの深さを制御し、ゲート下部の所定の深さ
において、チャネル内のキャリアの注入を強める。米国特許第5,374,83
6号に記載のトランジスタを「高電流フェルミFET」と呼ぶことにする。
Compared to existing FET devices, Fermi-FET and low-capacitance Fermi-FET
Despite significantly improved, the amount of current per unit channel generated by the Fermi FET needs to be continuously increased. As is well known to those skilled in the art, the higher the amount of current in a Fermi-FET, the higher the density and / or speed of logic elements, storage elements, microprocessors and other integrated circuit elements. U.S. Pat. No. 5,374,836, Albert W. et al. Vinyl
And current co-inventor Michael W. Dennen, "High Current Fermi-Thresh.
In "Old Field Effect Transistor", a Fermi FET having the same conductivity type as the Fermi-tub region and the source region, having an implantation region adjacent to the source region and facing the drain region is described. The implanted region is preferably doped at an intermediate doping level between a relatively low Fermitab doping concentration and a relatively high source region doping concentration. The injection region controls the depth of carriers injected into the channel and enhances the injection of carriers in the channel at a predetermined depth below the gate. US Patent 5,374,83
The transistor described in No. 6 is referred to as a “high-current Fermi-FET”.

【0007】 好ましくは、ソース注入領域は、ソース領域を囲むソース注入タブ領域である
。ドレイン注入タブを備えることもできる。フェルミFETのピンチオフ電圧を
低減し、飽和電流を増やすために、フェルミFETの隣接するソース注入領域か
ら、隣接するゲート電極まで達するゲート側壁スペーサを備えることもできる。
基板と同じ導電型の底部漏れ制御領域を備えることもできる。
[0007] Preferably, the source implantation region is a source implantation tab region surrounding the source region. A drain implant tab may be provided. In order to reduce the pinch-off voltage of the Fermi-FET and increase the saturation current, a gate sidewall spacer extending from an adjacent source injection region of the Fermi-FET to an adjacent gate electrode may be provided.
A bottom leak control region of the same conductivity type as the substrate may be provided.

【0008】 既存のFET素子に比べて、フェルミFET、低静電容量フェルミFET、高
電流フェルミFETは著しく向上しているにもかかわらず、フェルミFETの低
電圧動作性能は引き続き改善していく必要がある。当業者にはよく知られている
ように、一般に5V、3V、1Vまたはそれ以下の電源電圧で動作する低電圧携
帯型装置および/またはバッテリ駆動装置の重要性が現在高まっている。
Although the Fermi-FET, the low-capacitance Fermi-FET, and the high-current Fermi-FET have been significantly improved as compared with the existing FET devices, the low-voltage operation performance of the Fermi-FET needs to be continuously improved. There is. As is well known to those skilled in the art, the importance of low-voltage portable devices and / or battery-powered devices that generally operate at supply voltages of 5V, 3V, 1V or less is now increasing.

【0009】 チャネル長が一定の場合、動作電圧を下げると、横方向の電界強度が直線的に
低下する。動作電圧が非常に低い場合、横方向の電界強度が非常に低くなるので
、チャネル内のキャリアは、飽和速度で到達できなくなる。この結果、有効ドレ
イン電流が急峻に低下する。チャネル長一定で、有効回路速度を得る場合、ドレ
イン電流の低下が、動作電圧の実質的な下限を決める。
When the operating voltage is reduced when the channel length is constant, the electric field intensity in the horizontal direction decreases linearly. If the operating voltage is very low, the lateral electric field strength will be so low that carriers in the channel will not be able to reach the saturation velocity. As a result, the effective drain current drops sharply. When obtaining an effective circuit speed with a constant channel length, a decrease in drain current determines a practical lower limit of the operating voltage.

【0010】 タブFETの低電圧での動作性能を上げるために、米国特許第5,543,6
54号、現共同発明者Michael W.Dennen、「異形タブフェルミ
閾値電界効果トランジスタとその製造方法(Contoured−Tub Fe
rmi−Threshold Field Effect Transisto
r and Method of Forming Same)」では、タブ深
さが不均一な異形フェルミタブを有するフェルミFETが説明されている。特に
、フェルミタブは、チャネル領域の下よりソースおよび/またはドレイン領域の
下の方が深い。従って、タブ基板間接合は、チャネル領域の下よりソースおよび
/またはドレイン領域の下の方が深い。従って、タブ深さが均一なフェルミタブ
に比べて、拡散容量が低減され、低電圧での飽和電流が高くなる。
In order to improve the low-voltage operation performance of the tab FET, US Pat.
No. 54, current co-inventor Michael W. Dennen, "Modified Tab Fermi Threshold Field Effect Transistor and Method of Manufacturing It (Contoured-Tub Fe
rmi-Threshold Field Effect Transisto
"Rand Method of Forming Same)" describes a Fermi-FET having a deformed Fermi-tab having a non-uniform tab depth. In particular, the Fermitab is deeper below the source and / or drain region than below the channel region. Therefore, the junction between the tab substrates is deeper below the source and / or drain regions than below the channel region. Therefore, compared to a Fermi-tub having a uniform tab depth, the diffusion capacitance is reduced, and the saturation current at a low voltage is increased.

【0011】 特に、米国特許第5,543,654号の異形タブフェルミ閾値電界効果トラ
ンジスタは、第一の導電型の半導体基板と、第二の導電型のソース/ドレイン領
域を有し、ソース/ドレイン領域は、半導体基板の表面に間隙を介して配置する
。第二の導電型のチャネル領域も、間隙部を備えたソース/ドレイン領域の間の
半導体基板の表面に形成する。第二の導電型のタブも、半導体基板の表面に配置
する。このタブは、間隙部を備えたソース/ドレイン領域の少なくとも一方の下
まで、基板面から所定の第一の深さに達し、チャネル領域の下まで、基板面から
所定の第二の深さに達している。所定の第二の深さは、所定の第一の深さより浅
い。基板接点を有することもできる。
In particular, the variant Tabfermi threshold field effect transistor of US Pat. No. 5,543,654 has a semiconductor substrate of a first conductivity type and a source / drain region of a second conductivity type, The drain region is arranged on the surface of the semiconductor substrate with a gap. A channel region of the second conductivity type is also formed on the surface of the semiconductor substrate between the source / drain regions having the gap. A tab of the second conductivity type is also arranged on the surface of the semiconductor substrate. The tab reaches a predetermined first depth from the substrate surface to at least one of the source / drain regions with the gap, and reaches a predetermined second depth from the substrate surface to below the channel region. Has reached. The predetermined second depth is shallower than the predetermined first depth. It can also have substrate contacts.

【0012】 好ましくは、所定の第二の深さ、つまりチャネルに隣接する異形タブの深さは
、前述の米国特許第5,194,923号および第5,369,295号で定義
したフェルミFET基準を満足するように選択する。特に、所定の第二の深さは
、ゲート電極を接地した場合に、基板面に対して垂直方向の静電界が、チャネル
下部でゼロになるように選択する。所定の第二の深さは、電界効果トランジスタ
の閾値電圧が、半導体基板のフェルミポテンシャルの二倍になるように選択する
こともできる。所定の第一の深さ、つまりソースおよび/またはドレイン領域に
隣接する異形タブの深さは、好ましくはソースおよび/またはドレイン接点にゼ
ロバイアスを印加したときに、ソースおよび/またはドレイン領域下部のタブが
なくなるように選択する。
Preferably, the predetermined second depth, the depth of the profiled tab adjacent to the channel, is the Fermi-FET as defined in the aforementioned US Pat. Nos. 5,194,923 and 5,369,295. Choose to meet the criteria. In particular, the predetermined second depth is selected such that when the gate electrode is grounded, the electrostatic field in the direction perpendicular to the substrate surface becomes zero below the channel. The predetermined second depth can also be selected such that the threshold voltage of the field effect transistor is twice the Fermi potential of the semiconductor substrate. The predetermined first depth, i.e. the depth of the profiled tab adjacent to the source and / or drain region, is preferably such that when a zero bias is applied to the source and / or drain contact, the lower portion of the source and / or drain region Select so that there are no tabs.

【0013】 超小型電子加工技術が進歩するにつれて、加工可能な線幅は、実質的に1μm
未満になっている。このように線幅が狭くなることで、チャネル幅が実質的に1
μm未満で、現在の加工技術を用いれば、一般的に0.5μm未満の「短チャネ
ル」FETが生み出されている。
As microelectronic processing technology advances, the line width that can be processed is substantially 1 μm.
Is less than. By reducing the line width in this manner, the channel width is substantially 1 unit.
Sub-micron, using current processing techniques, “short-channel” FETs, typically less than 0.5 μm, have been created.

【0014】 米国特許第5,194,923号および第5,369,295号の低静電容量
フェルミFET、米国特許第5,374,836号の高電流フェルミFETおよ
び米国特許第5,543,654号の異形タブフェルミFETを使用すると、低
電圧で高性能の短チャネルFETを提供できる。しかし、線幅が狭くなると、加
工限界によって、FETの製造時に達成できる寸法と導電率が制限される。従っ
て、線幅を狭くする場合、これらの加工限界に適応可能なように、フェルミFE
Tトランジスタの最適化をやり直す必要がある。
US Pat. Nos. 5,194,923 and 5,369,295 Low Capacitance Fermi-FETs, US Pat. No. 5,374,836 High-Current Fermi-FETs and US Pat. The use of the irregular shaped Tabfermi FET of No. 654 can provide a high performance short channel FET at a low voltage. However, as line widths become narrower, processing limitations limit the achievable dimensions and conductivity during FET fabrication. Therefore, when narrowing the line width, Fermi FE can be adapted to these processing limits.
It is necessary to redo the optimization of the T transistor.

【0015】 加工限界に適応するためにフェルミFETトランジスタの最適化をやり直すこ
とは、出願番号第08/505,085号、現共同発明者Michael W.
Dennen、「短チャネルフェルミ閾値電界効果トランジスタ(Short
Channel Fermi−Threshold Field Effect
Transistors)」に示され、この発明の譲受人に譲渡されている。
その開示内容は、参考のためここに示す。出願番号第08/505,085号の
短チャネルフェルミFET(ここでは、「短チャネルフェルミFET」と呼ぶ)
は、間隙部を備えたソース/ドレイン領域を有し、ソース/ドレイン領域は、フ
ェルミタブより深さ方向に広がっており、フェルミタブより横方向にも広がる。
ソース/ドレイン領域はタブより広いので、基板との接合は、電荷共有条件(c
harge−sharing condition)となるように形成される。
この条件を補償するために、基板ドーピングが増加される。ソース/ドレイン領
域間の間隙部が非常に狭くなるので、所望のタブ深さに低減される。これは、ゲ
ート電極が閾値電位のとき、酸化層と基板の界面で、基板に垂直方向の静電界の
変化を生じさせる。一般的な長チャネルフェルミFETトランジスタの場合、こ
の電界は本質的にゼロである。短チャネル素子の場合、電界はMOSFETトラ
ンジスタより実質的に低いが、長チャネルフェルミFETより幾分高くなる。
[0015] Redoing the optimization of Fermi-FET transistors to accommodate processing limitations is disclosed in application Ser. No. 08 / 505,085, current co-inventor Michael W.S.
Dennen, "Short Channel Fermi Threshold Field Effect Transistor (Short
Channel Fermi-Threshold Field Effect
Transistors) "and assigned to the assignee of the present invention.
The disclosure is provided here for reference. Application No. 08 / 505,085 Short Channel Fermi-FET (herein referred to as "Short Channel Fermi-FET")
Has a source / drain region provided with a gap, and the source / drain region extends in the depth direction from the Fermi-tub and also extends in the lateral direction from the Fermi-tub.
Since the source / drain region is wider than the tub, the junction with the substrate is made under the charge sharing condition (c
It is formed so as to be a charge-sharing condition.
To compensate for this condition, the substrate doping is increased. The gap between the source / drain regions is so narrow that it is reduced to the desired tub depth. This causes a change in the electrostatic field perpendicular to the substrate at the interface between the oxide layer and the substrate when the gate electrode is at the threshold potential. For a typical long channel Fermi-FET transistor, this field is essentially zero. For a short channel device, the electric field is substantially lower than a MOSFET transistor, but somewhat higher than a long channel Fermi FET.

【0016】 特に、短チャネルフェルミFETは、第一の導電型の半導体基板と、第二の導
電型のタブを有し、タブは、半導体基板の表面に配置し、基板面から第一の深さ
に達している。また短チャネルフェルミFETは、間隙部を備えたソース/ドレ
イン領域をタブ領域に有し、この領域は第二の導電型を備えている。間隙部を備
えたソース/ドレイン領域は、基板面から第一の深さを越えて広がり、横方向に
も両方に、タブ領域を越えて広がる。
In particular, the short-channel Fermi-FET has a semiconductor substrate of the first conductivity type and a tab of the second conductivity type, the tab being disposed on the surface of the semiconductor substrate, and having a first depth from the substrate surface. Has reached. The short-channel Fermi-FET has a source / drain region having a gap in a tub region, and this region has a second conductivity type. The source / drain region with the gap extends beyond the first depth from the substrate surface and also extends laterally beyond the tub region in both directions.

【0017】 第二の導電型のチャネル領域は、タブ領域に配置し、間隙部を備えたソース/
ドレイン領域の間で、基板面から第二の深さに達し、その第二の深さは第一の深
さより小さい。第一および第二の深さの少なくとも一方は、ゲート電極が閾値電
位のとき、基板面から第二の深さまでの、基板面に垂直方向の静電界を最小にす
るように選択する。例えば、既存のMOSFETの静電界が、105V/cmよ
り大きいのに対して、短チャネルフェルミFETの静電界は104V/cmとな
る。一方、米国特許第5,194,923号および第5,369,295号のタ
ブFETは、103V/cmより小さい(多くの場合かなり小さい)静電界を生
成し、その静電界は既存のMOSFETに比べて、実質的にゼロである。第一お
よび第二の深さは、電界効果トランジスタの閾値電圧が、半導体基板のフェルミ
ポテンシャルの二倍となるように選択することもでき、ゲート電極に閾値電圧を
印加したとき、第二の導電型のキャリアが、チャネル領域内を第二の深さで、ソ
ース領域からドレイン領域まで流れ、ゲート電極に電界効果トランジスタの閾値
電圧を超える電圧を印加したとき、チャネル内に反転層を生成することなく第二
の深さから基板面に達する。トランジスタは更に、ゲート絶縁層、ソース、ドレ
イン、およびゲート接点を含む。また基板接点を含んでもよい。
A channel region of the second conductivity type is disposed in the tub region and has a source /
Between the drain regions, a second depth is reached from the substrate surface, the second depth being less than the first depth. At least one of the first and second depths is selected to minimize an electrostatic field perpendicular to the substrate surface from the substrate surface to the second depth when the gate electrode is at a threshold potential. For example, the electrostatic field of an existing MOSFET is greater than 10 5 V / cm, while the electrostatic field of a short channel Fermi-FET is 10 4 V / cm. On the other hand, the tab FET of U.S. Patent No. 5,194,923 and No. 5,369,295, the (rather small in many cases) 10 3 V / cm is less than generating an electrostatic field, the electrostatic field existing It is substantially zero compared to a MOSFET. The first and second depths can also be selected such that the threshold voltage of the field effect transistor is twice the Fermi potential of the semiconductor substrate, and when the threshold voltage is applied to the gate electrode, the second conductive Type carriers flow from a source region to a drain region at a second depth in a channel region from a source region to a drain region, and when a voltage exceeding a threshold voltage of a field effect transistor is applied to a gate electrode, an inversion layer is formed in the channel. Without reaching the substrate surface from the second depth. The transistor further includes a gate insulating layer, a source, a drain, and a gate contact. It may also include a substrate contact.

【0018】 集積回路用電界効果トランジスタの小型化が進み、チャネルの長さは1μmよ
りかなり短くなっている。トランジスタの小型化がこのように進むと、基板のド
ーピングレベルを非常に高くすることが、しばしば要求される。素子の小型化に
より求められる、高ドーピングレベルと低動作電圧は、フェルミFETおよび既
存のMOSFET素子の両方で、ソース/ドレイン領域と関連する静電容量が著
しく増大する原因となる。
The size of the field effect transistor for integrated circuits has been reduced, and the length of the channel has become considerably shorter than 1 μm. With such miniaturization of transistors, very high doping levels of the substrate are often required. The high doping levels and low operating voltages required by device miniaturization cause significant increases in the capacitance associated with source / drain regions in both Fermi-FET and existing MOSFET devices.

【0019】 特に、フェルミFETが1μm以下まで縮小されると、ソースでのドレイン誘
導障壁低下(DIBL)の増大により、一般にタブ深さを実質的により浅くする
必要がある。残念ながら、短チャネルフェルミFETに対して上記の変更を行っ
ても、短チャネルフェルミFETは、ドレイン誘導障壁低下とトランジスタ漏れ
量を制御するために望まれる、深さとドーピングレベルに作成することが難しい
大きさになる。さらに、チャネル内の高ドーピングレベルは、キャリア移動度を
低下させ、フェルミFET技術の高電流という利点が損なわれることにもなる。
ドレイン電圧を下げると共に、基板ドーピングレベルをいっそう高くすると、接
合容量の増大も生じる。
In particular, as Fermi-FETs are scaled down to 1 μm or less, increased drain-induced barrier lowering (DIBL) at the source generally requires a substantially shallower tub depth. Unfortunately, even with the above modifications to the short-channel Fermi-FET, the short-channel Fermi-FET is difficult to create at the depth and doping level desired to control drain induced barrier lowering and transistor leakage. Size. In addition, the high doping level in the channel reduces the carrier mobility, which also undermines the high current advantages of Fermi-FET technology.
As the drain voltage is lowered and the substrate doping level is further increased, the junction capacitance also increases.

【0020】 これらの潜在的問題を克服可能な短チャネルフェルミFETは、出願番号第0
8/597,711号、現共同発明者Michael W.Dennen、「ド
レイン電界終端領域を有する短チャネルフェルミ閾値電界効果トランジスタとそ
の製造方法(Short Channel Fermi−Threshold
Field Effect Transistors Including D
rain Field Termination Region and Me
thods of Fabricating Same)」に示され、この発明
の譲受人に譲渡されている。その開示内容は、参考のためここに示す。このフェ
ルミFETは、ソース/ドレイン領域の間にドレイン電界終端手段(drain
field terminating means)を有し、ドレインバイ
アスの結果として、ソース領域からチャネル内へのキャリアの注入を低減し、好
ましくは妨げる。ドレイン電界終端手段を有する短チャネルフェルミFET(フ
ェルミFETの発明者で故人の名前をとって、ここでは「バイナルFET(Vi
nal FET)」と呼ぶ)は、余分なドレイン誘導障壁低下を妨げ、フェルミ
FETと同様に、チャネル内の垂直方向の電界をいっそう低くできる。さらに、
バイナルFETは、キャリア移動度をかなり増大させ、同時にソース/ドレイン
接合容量を著しく低減させる。
A short-channel Fermi-FET that can overcome these potential problems is disclosed in Application No. 0
No. 8 / 597,711, current co-inventor Michael W. Dennen, "Short Channel Fermi-Threshold Field-Effect Transistor With Drain Field Termination Region and Method of Manufacturing Same."
Field Effect Transistors Included D
rain Field Termination Region and Me
resources of Fabricating Same), and is assigned to the assignee of the present invention. The disclosure is provided here for reference. This Fermi-FET has a drain electric field terminating means (drain) between source / drain regions.
field terminating means, reducing and preferably preventing injection of carriers from the source region into the channel as a result of the drain bias. Short-channel Fermi-FET with drain electric field termination means (Take the name of the inventor of Fermi-FET and deceased here, "Vinal FET (Vi
nal FET) ") prevents extra drain-induced barrier lowering and, like Fermi-FETs, can further lower the vertical electric field in the channel. further,
Vinyl FETs significantly increase carrier mobility while significantly reducing source / drain junction capacitance.

【0021】 ドレイン電界終端手段は、ソース/ドレイン領域の間にあり、基板面の下部を
ソース領域からドレイン領域まで達する埋込み逆ドープ層(buried c ontra−doped layer)によって好ましくは具現化される。特
に、バイナルFETは、第一の導電型の半導体基板と、第二の導電型のタブ領域
を有し、タブは半導体基板面に配置する。第二の導電型の、間隙部を備えたソー
ス/ドレイン領域は、基板面のタブ領域に配置する。第一の導電型の埋込みドレ
イン電界終端領域も、タブ領域に配置する。埋込みドレイン電界終端領域は基板
面の下部をソース領域からドレイン領域まで達している。ゲート絶縁層およびソ
ース、ドレイン、ゲート電極も備えられる。従って、バイナルFETは、逆ドー
プ埋込みドレイン電界終端領域を追加したフェルミFETと見なされ、この領域
は、ドレインバイアスによって、ソース領域からタブ領域にキャリアが注入され
ないようにする。
The drain field terminating means is preferably embodied by a buried contra-doped layer extending between the source / drain regions below the substrate surface from the source region to the drain region. In particular, the vinyl FET has a semiconductor substrate of the first conductivity type and a tab region of the second conductivity type, and the tab is arranged on the surface of the semiconductor substrate. Source / drain regions of the second conductivity type with gaps are located in tub regions on the substrate surface. The buried drain field termination region of the first conductivity type is also arranged in the tub region. The buried drain field termination region extends from the source region to the drain region below the substrate surface. A gate insulating layer and source, drain, and gate electrodes are also provided. Thus, a vinyl FET is considered a Fermi-FET with the addition of a reverse-doped buried drain field termination region, which prevents carriers from being injected from the source region into the tub region by the drain bias.

【0022】 集積回路用電界効果トランジスタのチャネル長や集積度が増大するにつれて、
トランジスタの動作電圧は低下する。この電圧低減は、ラップトップコンピュー
タ、携帯電話、携帯情報端末等の携帯型電子装置内での集積回路の利用の増大に
よって、いっそう求められている。電界効果トランジスタの動作電圧が低下する
と、一般に閾値電圧の低下も求められる。
As the channel length and the degree of integration of the field effect transistor for an integrated circuit increase,
The operating voltage of the transistor decreases. This reduction in voltage is increasingly required by the increasing use of integrated circuits in portable electronic devices such as laptop computers, mobile phones, personal digital assistants, and the like. When the operating voltage of the field-effect transistor decreases, a decrease in the threshold voltage is generally required.

【0023】 従って、低動作電圧の短チャネルフェルミFETを提供するために、閾値電圧
を低減し、例えば0.5V以下にすることが望まれる。しかし、閾値電圧を低減
することで、フェルミFETの他の領域に、性能低下をもたらすべきではない。
例えば、閾値電圧を低減することで、フェルミFETの漏れ電流を過度に増大さ
せたり、フェルミFETの飽和電流を過度に低下させるべきではない。
Therefore, in order to provide a short-channel Fermi-FET having a low operating voltage, it is desired to reduce the threshold voltage, for example, to 0.5 V or less. However, reducing the threshold voltage should not cause performance degradation in other regions of the Fermi-FET.
For example, reducing the threshold voltage should not unduly increase the leakage current of the Fermi-FET or excessively reduce the saturation current of the Fermi-FET.

【0024】 (発明の開示) 従って、この発明の第一の目的は、改善されたフェルミ閾値電界効果トランジ
スタ(フェルミFET)を提供することである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, it is a first object of the present invention to provide an improved Fermi threshold field effect transistor (Fermi FET).

【0025】 この発明の第二の目的は、短チャネル長に適合された、改善されたフェルミF
ETを提供することである。
A second object of the invention is to provide an improved Fermi F adapted to short channel lengths.
To provide ET.

【0026】 この発明の第三の目的は、低動作電圧で使用可能な短チャネルFETを提供す
ることである。
A third object of the present invention is to provide a short channel FET that can be used at a low operating voltage.

【0027】 この発明の第四の目的は、閾値電圧を低くできる短チャネル低電圧フェルミF
ETを提供することである。
A fourth object of the present invention is to provide a short-channel low-voltage Fermi F that can lower the threshold voltage.
To provide ET.

【0028】 この発明の第五の目的は、高飽和電流と低漏れ電流を保持可能な短チャネル、
低電圧、低閾値電圧フェルミFETを提供することである。
A fifth object of the present invention is to provide a short channel capable of maintaining a high saturation current and a low leakage current,
It is to provide a low voltage, low threshold voltage Fermi FET.

【0029】 これらの目的および他の目的は、この発明に従って、金属ゲート電極を有する
フェルミ閾値電界効果トランジスタによって提供される。逆ドープポリシリコン
ゲートは、ゲート絶縁層上に直接的には使用されない。金属ゲートは、フェルミ
FETの他の望ましい特性を劣化させることなく、フェルミFETの閾値電圧を
低減できる。
These and other objects are provided according to the present invention by a Fermi-threshold field effect transistor having a metal gate electrode. Reverse-doped polysilicon gates are not used directly on the gate insulating layer. A metal gate can reduce the threshold voltage of a Fermi-FET without degrading other desirable properties of the Fermi-FET.

【0030】 特に、この発明のフェルミ閾値電界効果トランジスタ(フェルミFET)は、
間隙部を備えたソース/ドレイン領域を集積回路基板内に有し、間隙部を備えた
ソース/ドレイン領域の間の、集積回路基板内にフェルミFETチャネルを有す
る。ゲート絶縁層は、間隙部を備えたソース/ドレイン領域の間の、集積回路基
板上に配置する。金属ゲートは、絶縁層上に直接配置する。つまり、フェルミF
ETは、ドープされたポリシリコンを含まないゲートを絶縁層上に有する。
In particular, the Fermi threshold field effect transistor (Fermi FET) of the present invention
A source / drain region with a gap is provided in the integrated circuit substrate, and a Fermi-FET channel is provided in the integrated circuit substrate between the source / drain region with the gap. The gate insulating layer is disposed on the integrated circuit substrate between the source / drain regions having the gap. The metal gate is placed directly on the insulating layer. That is, Fermi F
ET has a gate on the insulating layer that does not include doped polysilicon.

【0031】 金属ゲートフェルミFETは、基本的なフェルミFET、タブFET、高電流
フェルミFET、異形タブフェルミFET、短チャネルフェルミFET、バイナ
ルFETまたはフェルミFETの他の実施形態として具現化できる。金属ゲート
は、純金属ゲートでも、金属珪化物ゲート等の合金であってもよい。金属珪化物
ゲートは、ドープしたあるいはドープしていないポリシリコンを含む珪化物と、
金属または合金を反応させることにより形成できる。
A metal gate Fermi-FET can be embodied as a basic Fermi-FET, tub FET, high current Fermi-FET, modified tab Fermi-FET, short channel Fermi-FET, vinyl FET or other embodiments of the Fermi-FET. The metal gate may be a pure metal gate or an alloy such as a metal silicide gate. The metal silicide gate comprises silicide, including doped or undoped polysilicon,
It can be formed by reacting a metal or an alloy.

【0032】 金属ゲートは、ゲート絶縁層のすぐ上のゲート層が、金属(純金属、または金
属シリコン等の合金を含む)からなる限り、複数層を有することができる。ドー
プしたポリシリコンは、ドープしたポリシリコンが、ゲート絶縁層のすぐ上にな
らない限り、ゲート内に備えることができる。従って、ゲート絶縁層とゲート間
の接触電位差は、ポリシリコンドーピングによって決定されない。
The metal gate can have a plurality of layers as long as the gate layer immediately above the gate insulating layer is made of a metal (including a pure metal or an alloy such as metal silicon). Doped polysilicon can be provided in the gate as long as the doped polysilicon is not directly above the gate insulating layer. Therefore, the contact potential difference between the gate insulating layer and the gate is not determined by the polysilicon doping.

【0033】 好ましくは、金属ゲートは、P型ポリシリコンとN型ポリシリコンの間の仕事
関数を備えた金属からなる。より好ましくは、金属ゲートは、P型ポリシリコン
とN型ポリシリコンの中間の仕事関数であって、約4.85Vの仕事関数を備え
た金属からなる。
Preferably, the metal gate is made of a metal having a work function between P-type polysilicon and N-type polysilicon. More preferably, the metal gate is comprised of a metal having a work function between P-type polysilicon and N-type polysilicon, which is about 4.85V.

【0034】 この発明の金属ゲートフェルミFETは、低漏れ電流と高飽和電流を保持しな
がら、閾値電圧を低減できる。従って、これらは低電圧動作に特に適したものと
なる。
The metal gate Fermi-FET of the present invention can reduce the threshold voltage while maintaining a low leakage current and a high saturation current. Therefore, they are particularly suitable for low voltage operation.

【0035】 (発明を実施するための最良の形態) この発明は、発明のより好ましい実施形態を示す添付の図面を参照しながら、
これ以降より詳しく説明する。しかしながら、この発明は、多くの異なる形態で
具現化することができ、ここに示す実施例に限定されると見なすべきではない。
むしろ、これらの実施例は、この開示内容が完全なものとなり、当業者に発明の
意図を十分伝達可能なように提供される。図面において、層や領域の厚さは明確
化のために誇張されている。全体にわたって、同一構成要素には同一番号を付す
。ある層、領域、基板等の構成要素が、他の構成要素の「上」にあると称すると
きは、他の構成要素のすぐ上に位置することが可能で、また介在要素が存在する
場合もある。一方、ある構成要素が、他の構成要素の「すぐ上」にあると称する
ときは、介在要素は存在しない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described with reference to the accompanying drawings showing more preferred embodiments of the invention.
This will be described in more detail hereinafter. However, the present invention may be embodied in many different forms and should not be regarded as limited to the embodiments shown.
Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness of layers and regions are exaggerated for clarity. The same components are denoted by the same reference numerals throughout. When a component, such as a layer, region, substrate, etc., is referred to as being "above" another component, it can be located directly above the other component and may also include intervening components. is there. On the other hand, when an element is referred to as being "directly on" another element, there are no intervening elements.

【0036】 この発明の金属ゲートフェルミ閾値電界効果トランジスタを説明する前に、米
国特許第5,194,923号および第5,369,295号のゲートおよび拡
散容量を低減したフェルミ閾値電界効果トランジスタ(「低静電容量フェルミF
ET」または「タブFET」とも呼ぶ)、米国特許第5,374,836号の高
電流フェルミ閾値電界効果について説明する。米国特許第5,543,654号
の異形タブフェルミFETについても説明する。出願番号第08/505,08
5号の短チャネルフェルミFETについても説明する。出願番号第08/597
,711号のバイナルFETについても説明する。より完全な説明は、これらの
特許や出願書類に見出され、その開示内容を参考のためここに示す。次に、この
発明の金属ゲートフェルミFETについて説明する。
Before describing the metal gated Fermi threshold field effect transistor of the present invention, the Fermi threshold field effect transistor with reduced gate and diffusion capacitance (US Pat. Nos. 5,194,923 and 5,369,295) "Low capacitance Fermi F
The high current Fermi threshold field effect of US Pat. No. 5,374,836 is also described. A variant Tabfermi FET of U.S. Pat. No. 5,543,654 is also described. Application No. 08 / 505,08
No. 5 short channel Fermi-FET will also be described. Application No. 08/597
, 711 is also described. A more complete description can be found in these patents and applications, the disclosure of which is provided herein for reference. Next, the metal gate Fermi FET of the present invention will be described.

【0037】ゲートおよび拡散容量を低減したフェルミFET フェルミタブを有する低静電容量フェルミFETの要約を次に示す。詳細は、
米国特許第5,194,923号および第5,369,295号に見出される。
The following is a summary of a low capacitance Fermi-FET with a Fermi-FET Fermi-tub with reduced gate and diffusion capacitance . Detail is,
It is found in U.S. Patent Nos. 5,194,923 and 5,369,295.

【0038】 既存のMOSFET素子では、キャリア伝導をサポートするために、半導体表
面に反転層を生成する必要がある。反転層の深さは、一般に100Å以下である
。これらの状況下で、ゲート容量は、基本的にゲート絶縁層の誘電率を膜厚で割
ったものである。つまり、チャネル電荷は表面に非常に接近しており、基板の誘
電特性の影響は、ゲート容量の決定上問題にならない。
Existing MOSFET devices require that an inversion layer be created on the semiconductor surface to support carrier conduction. The inversion layer depth is generally less than 100 °. Under these circumstances, the gate capacitance is basically the dielectric constant of the gate insulating layer divided by the film thickness. That is, the channel charge is very close to the surface, and the influence of the dielectric properties of the substrate does not matter in determining the gate capacitance.

【0039】 伝導キャリアがゲート下部のチャネル領域内に閉じこめられていれば、ゲート
容量は低減できる。ここで、チャネル電荷の平均的な深さによって、基板の誘電
率を考慮して、ゲート容量を計算する必要がある。一般に、低静電容量フェルミ
FETのゲート容量は、次の式で示される。
If the conductive carriers are confined in the channel region below the gate, the gate capacitance can be reduced. Here, it is necessary to calculate the gate capacitance in consideration of the dielectric constant of the substrate based on the average depth of the channel charge. Generally, the gate capacitance of a low-capacitance Fermi-FET is expressed by the following equation.

【数1】 ここで、Yfはフェルミチャネルと呼ばれる伝導チャネルの深さ、εsは基板の誘
電率、βは基板下部のフェルミチャネル内を流れる電荷の平均的な深さを決定す
る係数である。βは、ソースからチャネル内に注入されるキャリアの深さ分布に
依存する。低静電容量フェルミFETの場合、β≒2である。Toxはゲート酸化
物層の厚さで、εiはその誘電率である。
(Equation 1) Here, Y f is the depth of a conduction channel called Fermi channel, ε s is the dielectric constant of the substrate, and β is a coefficient that determines the average depth of the charge flowing in the Fermi channel under the substrate. β depends on the depth distribution of carriers injected into the channel from the source. For a low capacitance Fermi-FET, β ≒ 2. T ox is the thickness of the gate oxide layer and ε i is its dielectric constant.

【0040】 低静電容量フェルミFETは、所定の深さのフェルミタブ領域を有し、フェル
ミタブ領域は、基板の導電型とは逆で、ソース/ドレイン領域と同じ導電型を有
する。フェルミタブは、基板面から下向きに所定の深さに達し、フェルミタブ境
界内のフェルミタブ領域にソース/ドレイン拡散層が形成される。より好ましい
フェルミタブ深さは、フェルミチャネル深さYfと空乏層の深さY0の合計となる
。所定の深さYfと幅Zを有するフェルミチャネル領域は、ソース/ドレイン拡
散部の間に広がる。フェルミチャネルの導電率は、ゲート電極に印加する電圧で
制御する。
The low-capacitance Fermi-FET has a Fermi-tub region of a predetermined depth, and the Fermi-tub region has the same conductivity type as the source / drain regions, which is opposite to the conductivity type of the substrate. The Fermi-tub reaches a predetermined depth downward from the substrate surface, and a source / drain diffusion layer is formed in the Fermi-tub region within the Fermi-tub boundary. More preferred Fermi tabs depth is the sum of the depth Y 0 of the depletion layer and the Fermi channel depth Y f. A Fermi channel region having a predetermined depth Yf and width Z extends between the source / drain diffusions. The conductivity of the Fermi channel is controlled by a voltage applied to the gate electrode.

【0041】 ゲート容量は、主にフェルミチャネルの深さと、フェルミチャネル内のキャリ
ア分布によって決定され、ゲート酸化層の厚さには比較的依存しない。拡散容量
は、逆に[フェルミタブの深さと、基板内の空乏層の深さY0の合計]と、拡散
層の深さXdの間の差に依存する。拡散層の深さは、好ましくはフェルミタブの
深さYTより小さい。フェルミタブ領域に対するドーピング濃度は、好ましくは
フェルミチャネルの深さが、MOSFET内の反転層の深さの三倍より大きくで
きるように選択する。
The gate capacitance is mainly determined by the depth of the Fermi channel and the distribution of carriers in the Fermi channel, and is relatively independent of the thickness of the gate oxide layer. On the contrary, the diffusion capacitance depends on the difference between [ the sum of the depth of the Fermitab and the depth Y 0 of the depletion layer in the substrate] and the depth X d of the diffusion layer. The depth of the diffusion layer is preferably smaller than the depth Y T of the Fermi-tub. The doping concentration for the Fermi-tub region is preferably selected such that the depth of the Fermi-channel can be greater than three times the depth of the inversion layer in the MOSFET.

【0042】 従って、低静電容量フェルミFETは、第一表面を備えた第一の導電型の半導
体基板と、基板の第一表面にある第二の導電型のフェルミタブ領域と、第一表面
のフェルミタブにある第二の導電型の、間隙部を備えたソース/ドレイン領域と
、間隙部を備えたソース/ドレイン領域の間にある、第一表面のフェルミタブ領
域の、第二の導電型のチャネルを有する。チャネルは、第一表面から所定の第一
深さ(Yf)に達し、タブは、チャネルから所定の第二深さ(Y0)に達している
。ゲート絶縁層は、間隙部を備えたソース/ドレイン領域の間にある、第一表面
の基板上に配置する。ソース、ドレインおよびゲート電極は、ソース/ドレイン
領域およびゲート絶縁層と各々電気的に接続する。
Accordingly, a low capacitance Fermi-FET comprises a semiconductor substrate of a first conductivity type having a first surface, a Fermi-tub region of a second conductivity type on the first surface of the substrate, and a first surface. A second conductive type of the second conductive type of the fermi-tub region of the first surface between the source / drain region with the gap and the source / drain region with the gap in the Fermi-tub of the first type It has a mold channel. The channel has reached a predetermined first depth (Y f ) from the first surface, and the tub has reached a predetermined second depth (Y 0 ) from the channel. The gate insulating layer is disposed on the substrate on the first surface between the source / drain regions with the gap. The source, drain and gate electrodes are electrically connected to the source / drain region and the gate insulating layer, respectively.

【0043】 少なくとも所定の第一および第二の深さは、電界効果トランジスタの閾値電圧
を、ゲート電極に印加したときに、第一面に垂直な静電界が、第一の深さでゼロ
になるように選択する。また、所定の第一および第二の深さは、第二の導電型の
キャリアが、ソースからドレインにチャネル内を流れ、電界効果トランジスタの
閾値電圧を越える電圧を、ゲート電極に印加したときに、所定の第一の深さから
第一面に向かって広がるように選択される。キャリアは、フェルミタブ領域に反
転層を生成することなく、第一面の下をソース領域からドレイン領域に流れる。
また、所定の第一および第二の深さは、ゲート絶縁層に隣接する基板面に所定の
電圧を生成するように選択される。その電圧は、基板接点と基板の間の電圧と、
ポリシリコンゲート電極とゲート電極の間の電圧の合計と大きさが等しく向きが
逆のものである。
At least the predetermined first and second depths are such that, when a threshold voltage of the field effect transistor is applied to the gate electrode, an electrostatic field perpendicular to the first surface becomes zero at the first depth. Choose to be. The predetermined first and second depths are obtained when a carrier of the second conductivity type flows through the channel from the source to the drain, and a voltage exceeding the threshold voltage of the field-effect transistor is applied to the gate electrode. , From a predetermined first depth toward the first surface. Carriers flow under the first surface from the source region to the drain region without creating an inversion layer in the Fermi-tub region.
Also, the predetermined first and second depths are selected to generate a predetermined voltage on the substrate surface adjacent to the gate insulating layer. The voltage is the voltage between the board contacts and the board,
The sum and magnitude of the voltages between the polysilicon gate electrode and the gate electrode are equal and opposite.

【0044】 基板をドーピング密度Nsでドープし、ケルビン温度T、誘電率εsで、真性キ
ャリア濃度niを有し、電界効果トランジスタが、基板と電気的に接続する基板
接点を有し、チャネルが、基板面から所定の第一の深さYfに達し、フェルミタ
ブ領域が、チャネルから所定の第二の深さY0に達し、フェルミタブ領域が、Ns の係数α倍のドーピング濃度でドープ処理され、ゲート電極が、第一の導電型の
ポリシリコン層を有し、ドーピング濃度Npでドープされるとき、所定の第一の
深さ(Yf)は、次式と等しくなる。
[0044] The substrate doped at a doping density N s, Kelvin temperature T, a dielectric constant epsilon s, has an intrinsic carrier concentration n i, field effect transistor has a substrate contact for electrically connecting the substrate and, channel, extend from the substrate surface to a predetermined first depth Y f, Fermi-tub region is reached from the channel to the predetermined second depth Y 0, the Fermi-tub region is, the coefficient α times the doping of the N s is doped at a concentration, the gate electrode has a first conductivity type polysilicon layer, when it is doped at a doping concentration N p, predetermined first depth (Y f) is equal to the following formula Become.

【数2】 ここで、qは1.6×10-19、Kは1.38×10-23J/°Kである。所定の
第二の深さ(Y0)は、次式と等しくなる。
(Equation 2) Here, q is 1.6 × 10 −19 and K is 1.38 × 10 −23 J / ° K. The predetermined second depth (Y 0 ) is equal to the following equation.

【数3】 ここで、φsは2φf+kT/qLn(α)に等しく、φfは半導体基板のフェル
ミポテンシャルである。
(Equation 3) Here, φ s is equal to 2φ f + kT / qLn (α), and φ f is the Fermi potential of the semiconductor substrate.

【0045】高電流フェルミFETの構造 図1を参照しながら、米国特許第5,374,836号のNチャネル高電流フ
ェルミFETについて説明する。当業者には明らかなように、Pチャネルフェル
ミFETは、NおよびP領域の導電型を逆にすることにより得られる。
[0045] with reference to structural diagram 1 of the high current Fermi-FET, it is described N-channel high current Fermi-FET of U.S. Patent No. 5,374,836. As will be appreciated by those skilled in the art, a P-channel Fermi-FET is obtained by reversing the conductivity type of the N and P regions.

【0046】 図1に示すように、高電流フェルミFET20は、第一の導電型、ここではP
型を有し、基板面21aを含む半導体基板21に形成する。第二の導電型、ここ
ではN型のフェルミタブ領域22は、基板21の表面21aに形成する。第二の
導電型、ここではN型の、間隙部を備えたソース/ドレイン領域23および24
はそれぞれ、フェルミタブ領域22の表面21aに形成する。当業者には明らか
なように、ソース/ドレイン領域は表面21aの溝部に形成できる。
As shown in FIG. 1, the high-current Fermi-FET 20 has a first conductivity type, here P
It is formed on the semiconductor substrate 21 having a mold and including the substrate surface 21a. A second conductivity type, here, an N-type Fermi-tub region 22 is formed on the surface 21 a of the substrate 21. Source / drain regions 23 and 24 of second conductivity type, here N-type, with gaps
Are formed on the surface 21a of the Fermi-tub region 22, respectively. As will be apparent to those skilled in the art, the source / drain regions can be formed in grooves on surface 21a.

【0047】 ゲート絶縁層26は、間隙部を備えたソース/ドレイン領域23と24の間の
、表面21aの基板21上に形成する。当業者にはよく知られているように、ゲ
ート絶縁層は一般に二酸化シリコンである。ただし、窒化シリコンや他の絶縁物
を用いることもできる。
The gate insulating layer 26 is formed on the substrate 21 on the surface 21 a between the source / drain regions 23 and 24 having the gap. As is well known to those skilled in the art, the gate insulating layer is typically silicon dioxide. However, silicon nitride or another insulator can be used.

【0048】 ゲート電極は、ゲート絶縁層26上に、基板21と対向させて形成する。ゲー
ト電極は、好ましくは第一の導電型、ここではP型の、多結晶シリコン(ポリシ
リコン)ゲート電極層28を含む。導電ゲート電極層、一般に金属ゲート電極層
29は、ポリシリコンゲート電極28上に、ゲート絶縁層26と対向させて形成
する。また、ソース電極31とドレイン電極32は、一般に金属からなり、ソー
ス領域23とドレイン領域24上に各々形成する。
The gate electrode is formed on the gate insulating layer 26 so as to face the substrate 21. The gate electrode includes a polycrystalline silicon (polysilicon) gate electrode layer 28, preferably of the first conductivity type, here a P-type. A conductive gate electrode layer, generally a metal gate electrode layer 29, is formed on the polysilicon gate electrode 28 so as to face the gate insulating layer 26. The source electrode 31 and the drain electrode 32 are generally made of a metal, and are formed on the source region 23 and the drain region 24, respectively.

【0049】 第一の導電型、ここではP型の基板接点33も、図のようにフェルミタブ22
の内側、またはタブ22の外側のどちらか一方の基板21に形成する。図のよう
に、基板接点33は第一の導電型、ここではP型にドープされるが、相対的に高
濃度のドープ領域33aと相対的に低濃度のドープ領域33bを形成してもよい
。基板電極34は、基板との電気的接触を確立する。
The substrate contact 33 of the first conductivity type, here the P-type, is also connected to the Fermi-tub 22 as shown in the figure.
On the substrate 21 on either the inside or the outside of the tab 22. As shown, the substrate contact 33 is doped to a first conductivity type, here P-type, but may form a relatively heavily doped region 33a and a relatively lightly doped region 33b. . Substrate electrode 34 establishes electrical contact with the substrate.

【0050】 これまで図1で説明した構造は、米国特許第5,194,923号および第5
,369,295号の低静電容量フェルミFETの構造に対応する。これらの出
願では既に説明したように、チャネル36は、ソース/ドレイン領域23と24
の間に形成する。面21aからのチャネルの深さ、つまり図1のYfと、チャネ
ルの底からフェルミタブ22の底までの深さ、つまり図1のY0、並びに基板2
1、タブ領域22、およびポリシリコンゲート電極28のドーピングレベルは、
上記の式(2)および(3)の関係を使って、高性能、低静電容量電界効果トラ
ンジスタが実現されるように選択する。
The structure described so far in FIG. 1 is described in US Pat. Nos. 5,194,923 and
, 369, 295, corresponds to the structure of the low capacitance Fermi-FET. As previously described in these applications, channel 36 is formed between source / drain regions 23 and 24.
Formed between The depth of the channel from the surface 21a, i.e. the Y f in Figure 1, from the bottom of the channel to the bottom of the Fermi-tub 22 depth, i.e. Y 0 in FIG. 1, and the substrate 2
1, the doping levels of the tub region 22 and the polysilicon gate electrode 28 are as follows:
Using the above equations (2) and (3), a choice is made to achieve a high performance, low capacitance field effect transistor.

【0051】 さらに図1を参照すると、第二の導電型、ここではN型のソース注入領域37
aは、ソース領域23に隣接し、ドレイン領域と対向するように配置する。ソー
ス注入領域は、チャネル36内に注入されるキャリアの深さを制御することによ
り、高電流フェルミFETを提供する。ソース注入領域37aは、ソース領域2
3とドレイン領域24の間にだけ広がるようにしてもよい。ソース注入領域は、
好ましくはソース領域23を囲み、図1に示すようにソース注入タブ領域37を
構成する。ソース領域23は、ソース注入タブ37領域で、側面と底面を完全に
囲んでもよい。あるいは、ソース領域23は、ソース注入タブ領域37で側面を
囲み、底部ではソース注入タブ37から突出していてもよい。あるいは、ソース
注入領域37aは、フェルミタブ22と基板21の接合部まで、基板21内を広
がっていてもよい。ドレイン注入領域38a、好ましくはドレイン領域24を囲
むドレイン注入タブ領域38を配置してもよい。
Still referring to FIG. 1, the source implanted region 37 of the second conductivity type, here an N-type
a is arranged adjacent to the source region 23 and opposed to the drain region. The source injection region provides a high current Fermi FET by controlling the depth of carriers injected into the channel 36. The source implantation region 37a is the source region 2
3 and the drain region 24. The source injection region is
Preferably, the source region 23 is surrounded, and a source implantation tab region 37 is formed as shown in FIG. The source region 23 is a region of the source implantation tab 37 and may completely surround the side and bottom surfaces. Alternatively, the source region 23 may be surrounded on the side surface by the source implantation tab region 37 and project from the source implantation tab 37 at the bottom. Alternatively, the source injection region 37a may extend in the substrate 21 up to the junction between the Fermi-tub 22 and the substrate 21. A drain implant region 38a, preferably a drain implant tab region 38 surrounding the drain region 24, may be provided.

【0052】 ソース注入領域37aとドレイン注入領域38a、またはソース注入タブ領域
37とドレイン注入タブ領域38は、好ましくは第二の導電型、ここではN型で
ドープされ、そのドーピングレベルは、相対的に低いフェルミタブ22のドーピ
ングレベルと、相対的に高いソース領域23とドレイン領域24のドーピングレ
ベルの中間のレベルとする。従って、図1に示すように、フェルミタブ22はN
、ソース/ドレイン注入タブ領域37、38はN+、ソース/ドレイン領域23
、24はN++と表す。以上のようにして、ユニジャンクショントランジスタが形
成される。
The source implanted region 37 a and the drain implanted region 38 a, or the source implanted tub region 37 and the drain implanted tub region 38 are preferably doped with a second conductivity type, here N-type, and their doping levels are relative. The doping level of the Fermitab 22 is lower than the doping level of the source region 23 and the doping level of the drain region 24 are relatively higher. Therefore, as shown in FIG.
, Source / drain implanted tub regions 37 and 38 are N + , source / drain regions 23
, 24 are represented as N ++ . As described above, a unijunction transistor is formed.

【0053】 高電流フェルミFETは、最新のFETの約四倍の駆動電流を提供する。ゲー
ト容量は、既存のFET素子の約二分の一である。ソース注入タブ領域37のド
ーピング濃度は、チャネル領域36に注入されるキャリアの深さを、一般に約1
000Åに制御する。ソース注入タブ領域37のドーピング濃度は一般に2E1
8であり、好ましくは注入した多数キャリアの所望の最大深さと、少なくとも同
じ深さを有する。あるいは、フェルミタブ22と同じ深さに達し、下記に説明す
るように、閾値下の漏れ電流を低減することもできる。チャネル36に注入され
るキャリア濃度が、ドレインと対向するソース注入領域37aのドーピング濃度
を越えられないことは明らかである。ドレインと対向するソース注入領域37a
部の幅は、一般に0.05〜0.15μmの範囲である。ソース/ドレイン領域
23および24のドーピング濃度は、一般に1E19以上である。フェルミタブ
22の深さYT=(Yf+Y0)は、約2200Åで、ドーピング濃度は約1.8
E16である。
High-current Fermi-FETs provide about four times the drive current of modern FETs. Gate capacitance is about one-half that of existing FET devices. The doping concentration of the source injection tub region 37 is such that the depth of carriers injected into the channel region 36 is generally about 1
Control to 000mm. The doping concentration of the source implantation tub region 37 is generally 2E1
8, preferably at least as deep as the desired maximum depth of the injected majority carriers. Alternatively, it may reach the same depth as Fermi-tub 22 and reduce sub-threshold leakage current, as described below. Obviously, the concentration of carriers injected into the channel 36 cannot exceed the doping concentration of the source injection region 37a facing the drain. Source injection region 37a facing the drain
The width of the part is generally in the range of 0.05 to 0.15 μm. The doping concentration of the source / drain regions 23 and 24 is generally 1E19 or higher. The depth Y T = (Y f + Y 0 ) of the fermitab 22 is about 2200 ° and the doping concentration is about 1.8.
E16.

【0054】 図1に示すように、高電流フェルミFET20も、基板面21a上にゲート側
壁スペーサ41を有し、スペーサ41は、隣接するソース注入領域37aから、
隣接するポリシリコンゲート電極28まで広がる。ゲート側壁スペーサ41は、
好ましくは隣接するドレイン領域38aから、隣接するポリシリコンゲート電極
28まで広がる。特に、図1に示すように、ゲート側壁スペーサ41は、ポリシ
リコンゲート電極側壁28aから広がり、ソース/ドレイン注入領域37a、3
8aと各々重なっている。好ましくはゲート側壁スペーサ41は、ポリシリコン
ゲート電極28を囲んでいる。また好ましくは、下記で詳しく議論するように、
ゲート絶縁層26は、ソース注入領域37aとドレイン注入領域38a上に、基
板面21aで広がり、ゲート側壁スペーサ41もまた、ソース注入領域37とド
レイン注入領域38上に広がる。
As shown in FIG. 1, the high-current Fermi-FET 20 also has a gate sidewall spacer 41 on the substrate surface 21 a, and the spacer 41 is separated from the adjacent source implantation region 37 a by
It extends to the adjacent polysilicon gate electrode 28. The gate side wall spacer 41
Preferably, it extends from the adjacent drain region 38a to the adjacent polysilicon gate electrode 28. In particular, as shown in FIG. 1, the gate sidewall spacer 41 extends from the polysilicon gate electrode sidewall 28a to form the source / drain implanted regions 37a, 3a.
8a. Preferably, gate sidewall spacer 41 surrounds polysilicon gate electrode 28. Also preferably, as discussed in detail below,
The gate insulating layer 26 extends over the source implantation region 37a and the drain implantation region 38a on the substrate surface 21a, and the gate sidewall spacer 41 also extends over the source implantation region 37 and the drain implantation region 38.

【0055】 ゲート側壁スペーサ41は、フェルミFET20のピンチオフ電圧を低減し、
下記で詳しく説明するような方法で、その飽和電流を増大させる。好ましくは、
ゲート側壁スペーサは、ゲート絶縁層26の誘電率より大きな誘電率を有する絶
縁物である。従って、例えばゲート絶縁層26が二酸化シリコンであれば、ゲー
ト側壁スペーサは窒化シリコンとすることが好ましい。ゲート絶縁層26が窒化
シリコンであれば、ゲート側壁スペーサは、好ましくは窒化シリコンより大きな
誘電率を有する絶縁物にするとよい。
The gate side wall spacer 41 reduces the pinch-off voltage of the Fermi FET 20,
The saturation current is increased in a manner as described in detail below. Preferably,
The gate side wall spacer is an insulator having a dielectric constant larger than that of the gate insulating layer 26. Therefore, for example, if the gate insulating layer 26 is silicon dioxide, the gate side wall spacer is preferably made of silicon nitride. If the gate insulating layer 26 is silicon nitride, the gate side wall spacer is preferably an insulator having a dielectric constant larger than that of silicon nitride.

【0056】 図1に示すように、ゲート側壁スペーサ41はソース/ドレイン領域23およ
び24上に各々拡張してもよく、ソース/ドレイン電極31および32は、ゲー
ト側壁スペーサ領域の拡張部に各々形成してもよい。既存の電界酸化物または他
の絶縁物42の領域は、ソース、ドレインおよび基板接点を分離する。また当業
者には明らかなように、ゲート側壁スペーサ41の外面41aは、断面が曲線を
描くよう図示されているが、直線的な外面で三角形の断面を形成したり、直交す
る外面で長方形の断面を形成する等の、他の形状を用いることもできる。
As shown in FIG. 1, gate sidewall spacers 41 may extend over source / drain regions 23 and 24, respectively, and source / drain electrodes 31 and 32 are formed at extensions of the gate sidewall spacer regions, respectively. May be. Existing field oxide or other insulator 42 regions separate the source, drain and substrate contacts. Also, as will be apparent to those skilled in the art, the outer surface 41a of the gate sidewall spacer 41 is illustrated as having a curved cross section, but may have a triangular cross section with a straight outer surface or a rectangular cross section with an orthogonal outer surface. Other shapes, such as forming a cross section, can also be used.

【0057】低漏れ電流フェルミ閾値電界効果トランジスタ 次に図2Aおよび2Bを参照しながら、米国特許第5,374,836号の短
チャネルを有し、さらに漏れ電流を低減したフェルミFETについて説明する。
これらの素子は、これ以降「低漏れ電流フェルミFET」と呼ぶ。図2Aの低漏
れ電流フェルミFET50は、第一の導電型、ここではP型の底部漏れ電流制御
領域51を有し、領域51は基板21に対して高濃度でドープする。従って、図
2AではP+と表される。図2Bの低漏れ電流フェルミFET60は、ソース/
ドレイン注入領域37a、38aが拡張されており、領域37a、38aは好ま
しくはフェルミタブ22の深さに達している。
Low Leakage Current Fermi Threshold Field Effect Transistor Referring now to FIGS. 2A and 2B, a Fermi FET having a short channel and further reduced leakage current of US Pat. No. 5,374,836 will be described.
These elements will be referred to hereinafter as "low leakage current Fermi FETs". The low-leakage Fermi-FET 50 of FIG. 2A has a bottom leakage current control region 51 of a first conductivity type, here a P-type, which is heavily doped with respect to the substrate 21. Therefore, it is represented as P + in FIG. 2A. The low leakage current Fermi-FET 60 of FIG.
The drain implant regions 37a, 38a have been expanded, and the regions 37a, 38a preferably have reached the depth of the Fermi-tub 22.

【0058】 次に図2Aを参照すると、底部漏れ電流制御領域51は、基板21を横切って
、ソース/ドレイン領域23および24の対向する端部の拡張部の間で、フェル
ミタブ22の深さより上から、フェルミタブ22の深さの下まで達している。好
ましくは、領域51はフェルミチャネル36の下になるように位置決めする。既
に説明した式との一貫性を保つために、フェルミチャネル36から、底部漏れ電
流制御領域51の上部までの深さをY0とする。図2Aに示すフェルミFETト
ランジスタの残りの部分は、短チャネルであることを示している以外は、図1で
説明したものと同一である。当業者には明らかなように、ゲート側壁スペーサ領
域41のように注入領域37aと38a、および/または注入タブ37と38を
省いて、図2Aの素子の高電流特性をなくした、低漏れ電流、低静電容量、短チ
ャネルフェルミFETを提供することもできる。
Referring now to FIG. 2A, the bottom leakage current control region 51 extends across the substrate 21 and between the opposing end extensions of the source / drain regions 23 and 24 to the depth of the Fermi-tub 22. From above, it extends below the depth of the Fermi-tub 22. Preferably, region 51 is positioned below Fermi channel 36. To maintain consistency with the equations already described, let Y 0 be the depth from Fermi channel 36 to the top of bottom leakage current control region 51. The remainder of the Fermi-FET transistor shown in FIG. 2A is identical to that described in FIG. 1, except that it indicates a short channel. As will be apparent to those skilled in the art, the injection regions 37a and 38a, and / or the injection tabs 37 and 38, as in the gate sidewall spacer region 41, have been omitted, eliminating the high current characteristics of the device of FIG. , Low capacitance, short channel Fermi-FET can also be provided.

【0059】 底部漏れ電流制御領域51は、短チャネルフェルミ電界効果トランジスタ内の
ドレイン誘導注入を最小限にする。つまり、これらの電界効果トランジスタは、
約0.5μm以下のチャネル長を有しつつ、低拡散空乏容量を保持する。例えば
、5Vで、漏れ電流を3E−13A以下に保持できる。
The bottom leakage current control region 51 minimizes drain induced injection in short channel Fermi field effect transistors. That is, these field-effect transistors
A low diffusion depletion capacitance is maintained while having a channel length of about 0.5 μm or less. For example, at 5V, the leakage current can be maintained at 3E-13A or less.

【0060】 底部漏れ電流制御領域は、式(2)および(3)を使って、設計される。ここ
でY0は、図2Aおよび2Bに示すように、チャネルから底部漏れ電流制御領域
の上部までの深さである。係数αは、底部漏れ電流制御領域51のP+ドーピン
グと、フェルミタブ22のNドーピングの比である。好ましくは、αは底部漏れ
制御領域内、つまりゲート28の下で、約0.15に設定する。ソース/ドレイ
ン領域23、24の下では、αを約1.0に設定すると、拡散空乏容量が最小に
なる。つまり、基板21とフェルミタブ22のドーピング濃度は、ソース/ドレ
インの下部の領域でほぼ等しくする。従って、上述の設計パラメータで、チャネ
ル幅が0.5μmであれば、底部漏れ制御領域51のドーピング濃度は、約5E
17となり、5Vのソース/ドレイン拡散電位を与えたとき、タブ接合領域で、
部分的な空乏層をサポートするのに十分な深さとなる。
The bottom leakage current control region is designed using equations (2) and (3). Where Y 0 is the depth from the channel to the top of the bottom leakage current control region, as shown in FIGS. 2A and 2B. The coefficient α is the ratio of the P + doping of the bottom leakage current control region 51 to the N doping of the Fermitab 22. Preferably, α is set to about 0.15 in the bottom leak control region, ie, below gate 28. Under the source / drain regions 23 and 24, setting α to about 1.0 minimizes the diffusion depletion capacitance. That is, the doping concentrations of the substrate 21 and the Fermi-tub 22 are substantially equal in the region below the source / drain. Therefore, with the above design parameters, if the channel width is 0.5 μm, the doping concentration of the bottom leakage control region 51 is about 5E
17, when a source / drain diffusion potential of 5 V was applied, in the tab junction region,
It is deep enough to support a partial depletion layer.

【0061】 次に図2Bを参照すると、底部漏れ制御部の別の設計において、ソース注入領
域37aとドレイン注入領域38aは、好ましくはフェルミタブの深さ(Yf
0)まで達している。図2Bに示すように、ソース注入タブ37とドレイン注
入タブ38の全体の深さは、好ましくはフェルミタブの深さに達してもよい。注
入タブ37および38の底部と、フェルミタブ22の底部の間の距離は、好まし
くはチャネル長の半分より小さくし、好ましくはゼロに近づける。これらの条件
下で、注入タブ37および38は約1.5E18/cm3のドーピング濃度を有
する。基板接点領域33bの深さも、好ましくはフェルミタブの深さに接近する
ように拡張する。図2Bに示すフェルミFETトランジスタ60の残りの部分は
、短チャネルであることを示している以外は、図1で説明したものと同一である
Referring now to FIG. 2B, in another design of the bottom leakage control, the source implanted region 37 a and the drain implanted region 38 a preferably have a Fermi-tub depth (Y f +
Y 0 ). As shown in FIG. 2B, the overall depth of the source implant tab 37 and the drain implant tab 38 may preferably reach the depth of the Fermi tub. The distance between the bottoms of the injection tabs 37 and 38 and the bottom of the Fermi-tub 22 is preferably less than half of the channel length and preferably close to zero. Under these conditions, implantation tabs 37 and 38 have a doping concentration of about 1.5E18 / cm 3 . The depth of the substrate contact region 33b also preferably expands to approach the depth of the Fermi-tub. The remainder of the Fermi-FET transistor 60 shown in FIG. 2B is the same as that described in FIG. 1, except that it indicates a short channel.

【0062】異形タブフェルミ閾値電界効果トランジスタ 次に図3を参照すると、米国特許第5,543,654号のNチャネル異形タ
ブフェルミFETが示されている。当業者には明らかなように、Pチャネルフェ
ルミFETは、NおよびP領域の導電型を逆にすることにより得られる。図3に
示すように、異形タブフェルミFET20′は、均一なタブ深さを有する、図1
のタブ22の代わりに、異形タブ22′が存在する以外は、図1の高電流フェル
ミFET20と同一である。注入タブと注入領域を備えることもできるが示され
ていない。
Variant Tabfermi Threshold Field Effect Transistor Referring now to FIG. 3, an N-channel variant Tabfermi FET of US Pat. No. 5,543,654 is shown. As will be appreciated by those skilled in the art, a P-channel Fermi-FET is obtained by reversing the conductivity type of the N and P regions. As shown in FIG. 3, the modified tab Fermi-FET 20 'has a uniform tab depth, as shown in FIG.
This is the same as the high-current Fermi-FET 20 of FIG. 1 except that a modified tab 22 'is present instead of the tab 22 of FIG. An injection tab and an injection area may be provided but are not shown.

【0063】 さらに、図3を参照すると、異形タブ22′は、基板面21aから、間隙部を
備えたソース/ドレイン領域23、24の少なくとも一方の下まで、所定の第一
の深さY1を有する。異形タブ22′は、基板面21aからチャネル領域36の
下まで、所定の第二の深さY2を有する。この発明では、異形タブ22′を形成
するように、Y2はY1と異なり、好ましくはY1より小さい。つまり、タブ22
′と基板21の間の接合部は、チャネル下部のタブFET基準によって指示され
る位置に比べて、ソース/ドレイン領域23および24では下向きに押され、ソ
ース/ドレイン拡散容量を低減し、異形タブフェルミFETの低電圧動作を可能
とする。当業者には明らかなように、タブ22′は、ソース領域23またはドレ
イン領域24の下でのみ異形とすることで、非対称素子を構成できる。しかし、
タブをソース23とドレイン24の両方の下で異形とする対称素子を構成するこ
とが望ましい。
Still referring to FIG. 3, the profiled tab 22 ′ has a predetermined first depth Y 1 from the substrate surface 21 a to below at least one of the source / drain regions 23, 24 with the gap. Having. Profiled tab 22 'from the substrate surface 21a to below the channel region 36, having a predetermined second depth Y 2. In the present invention, so as to form a deformed tab 22 ', Y 2 is different from Y 1, preferably Y 1 smaller. That is, the tab 22
The junction between the 'and the substrate 21 is pushed down in the source / drain regions 23 and 24 to reduce the source / drain diffusion capacitance as compared to the position dictated by the tab FET reference below the channel, to reduce the source / drain diffusion capacitance. It enables low voltage operation of Fermi FET. As will be apparent to those skilled in the art, the tub 22 'can be deformed only under the source region 23 or the drain region 24 to form an asymmetric device. But,
It is desirable to construct a symmetric element in which the tub is deformed under both the source 23 and the drain 24.

【0064】 所定の第二の深さY2は、米国特許第5,194,923号および第5,36
9,295号の低静電容量フェルミFET(タブFET)基準に基づいて選択す
る。これらの基準、つまり深さYfおよびY0の決めて、所定の第二の深さY2
決めることは、上記に説明している。
[0064] The predetermined second depth Y 2 is determined according to US Patent Nos. 5,194,923 and 5,36.
No. 9,295, based on low capacitance Fermi-FET (tab FET) criteria. These criteria, i.e. determined depth Y f and Y 0, to determine the predetermined second depth Y 2 are described above.

【0065】 所定の第一の深さ(Y1)は、所定の第二の深さY2より大きくなるように選択
する。好ましくは、所定の第一の深さも、ソース接点31および/またはドレイ
ン接点32にゼロ電圧を各々印加したとき、所定の第一の深さY1と、ソース領
域やドレイン領域の間で、タブ22′が枯渇するように選択する。従って、全領
域Ynは、ソースバイアスまたはドレインバイアスが各々ゼロ以下のとき、好ま
しくは枯渇する。この基準に基づくと、Y1は次式で決定される。
The predetermined first depth (Y 1 ) is selected to be larger than the predetermined second depth Y 2 . Preferably, when the zero voltage is applied to the source contact 31 and / or the drain contact 32, respectively, the predetermined first depth is a tab between the predetermined first depth Y 1 and the source region or the drain region. Choose 22 'to be depleted. Therefore, the entire region Y n, when less than zero source bias or drain bias respectively, preferably depleted. Based on this criterion, Y 1 is determined by the following equation.

【数4】 ここで、Nsubは基板21のドーピング濃度であり、Ntubは異形タブ22′のド
ーピング濃度である。
(Equation 4) Here, N sub is the doping concentration of the substrate 21 and N tub is the doping concentration of the odd- shaped tab 22 ′.

【0066】短チャネルフェルミFET 次に図4を参照すると、出願番号第08/505,085号の短チャネルNチ
ャネルフェルミFET20″が示されている。当業者には明らかなように、Pチ
ャネルフェルミFETは、NおよびP領域の導電型を逆にすることにより得られ
る。図4に示されるように、フェルミタブ22″は、基板面21aから第一の深
さ(Yf+Y0)に達している。間隙部を備えたソース/ドレイン領域23および
24は、領域23aおよび24aで示されているように、タブ領域内に各々配置
される。しかし、ソース/ドレイン領域23および24はまた、基板面21aか
ら、タブ深さを越えて広がる。ソース/ドレイン領域23および24は、タブ領
域を越えて、基板面21aに沿って横方向にも広がる。
Referring now to FIG. 4, there is shown a short-channel N- channel Fermi-FET 20 ″ of application Ser. No. 08 / 505,085. FET is obtained by the conductivity type of the N and P regions reversed. as shown in Figure 4, Fermi-tub 22 "reaches the first depth from the substrate surface 21a (Y f + Y 0) ing. Source / drain regions 23 and 24 with gaps are located in the tub regions, respectively, as shown by regions 23a and 24a. However, source / drain regions 23 and 24 also extend from substrate surface 21a beyond the tub depth. Source / drain regions 23 and 24 also extend laterally along the substrate surface 21a beyond the tub region.

【0067】 チャネル深さYfと、チャネルからのタブ深さY0は、ゲート電極が閾値電位の
とき、基板面から深さYfまでの、チャネル36内の基板面に垂直方向の静電界
を最小にするように選択する。既に説明したように、これらの深さはまた、好ま
しくは電界効果トランジスタの閾値電圧が、半導体基板21のフェルミポテンシ
ャルの二倍になるように選択する。これらの深さはまた、ゲート電極に電界効果
トランジスタの閾値電圧以上の電圧を印加したとき、第二の導電型のキャリアが
、ソース領域からドレイン領域へチャネル領域内を流れ、深さYfから基板面2
1aに向かって広がるように選択する。キャリアは、チャネル内に反転層を生成
することなく、ソース領域からドレイン領域へ、チャネル領域内の基板面の下を
流れる。従って、最適なものではないが、図4の素子はなお、既存のMOSFE
Tトランジスタよりかなり高い飽和電流を生成し、オフ状態のゲート容量を十分
低減できる。ドレイン容量は、標準的なMOSFET素子と同等である。
The channel depth Y f and the tab depth Y 0 from the channel are determined by the electrostatic field perpendicular to the substrate surface in the channel 36 from the substrate surface to the depth Y f when the gate electrode is at the threshold potential. To minimize. As already explained, these depths are also preferably chosen such that the threshold voltage of the field effect transistor is twice the Fermi potential of the semiconductor substrate 21. These depths are also such that when a voltage equal to or higher than the threshold voltage of the field-effect transistor is applied to the gate electrode, carriers of the second conductivity type flow in the channel region from the source region to the drain region, and from the depth Yf Board surface 2
Select to spread toward 1a. Carriers flow below the substrate surface in the channel region from the source region to the drain region without creating an inversion layer in the channel. Therefore, although not optimal, the device of FIG.
A considerably higher saturation current than that of the T transistor is generated, and the off-state gate capacitance can be sufficiently reduced. The drain capacitance is equivalent to a standard MOSFET device.

【0068】 図4から明らかなように、ソース/ドレイン領域は、基板面21aと直交する
深さ方向に、タブを越えて広がっており、基板面21aに平行な横方向にも同様
に広がる。しかし、寄生側壁容量を低減するために、タブ22″は、好ましくは
ソース/ドレイン領域を越えて横方向に広がり、ソース/ドレイン領域は、深さ
方向にのみタブから突出している。
As is apparent from FIG. 4, the source / drain region extends beyond the tab in the depth direction orthogonal to the substrate surface 21a, and similarly extends in the lateral direction parallel to the substrate surface 21a. However, to reduce parasitic sidewall capacitance, the tabs 22 "preferably extend laterally beyond the source / drain regions, and the source / drain regions protrude from the tabs only in the depth direction.

【0069】 次に図5を参照すると、出願番号第08/505,085号の発明の短チャネ
ルフェルミFETの第二の実施例が示されている。トランジスタ20′′′は、
ソース/ドレイン拡張領域23bおよび24bが、ソース/ドレイン領域23′
および24′に隣接する基板21の基板面21aに各々配置され、チャネル36
内に広がっていること以外は、図4のトランジスタ20″と同一である。
Referring now to FIG. 5, there is shown a second embodiment of the short channel Fermi-FET of the invention of application Ser. No. 08 / 505,085. The transistor 20 '''
The source / drain extension regions 23b and 24b form source / drain regions 23 '.
And a channel 36 disposed on the substrate surface 21a of the substrate 21 adjacent to the
It is the same as the transistor 20 ″ of FIG. 4 except that it extends inside.

【0070】 図5に示すように、ソース/ドレイン拡張領域23bおよび24bは、ソース
/ドレイン領域23′および24′と同程度のドーピング濃度で、高濃度(N++ )に各々ドープする。既存のMOSFET素子の低濃度ドープドレイン構造と同
様に、拡張部23bおよび24bを低濃度にはドープしないことは明らかである
。むしろ、それらはソース/ドレイン領域と同じドーピング濃度にドープし、漏
れ電流を低減し、飽和電流を増やすために、好ましくはできるだけ高濃度にドー
プする。
As shown in FIG. 5, the source / drain extension regions 23b and 24b are doped at a high concentration (N ++ ) with the same doping concentration as the source / drain regions 23 ′ and 24 ′. Obviously, like the lightly doped drain structure of existing MOSFET devices, the extensions 23b and 24b are not lightly doped. Rather, they are preferably doped to the same doping concentration as the source / drain regions, preferably as high as possible to reduce leakage current and increase saturation current.

【0071】 ソース/ドレイン拡張領域23bおよび24bは、上記の電荷の共有によって
、ドレイン電圧感度を低減する。残念ながら、図5の素子は、図1および2の完
全に周囲を囲ったソース/ドレイン領域と同じ静電容量は、一般に示さない。当
業者には明らかなように、ソース/ドレイン拡張領域23bおよび24bの寸法
を維持するために、ソース/ドレイン拡張領域に対しては、一般にソース/ドレ
イン領域自体に使われる、軽く移動の速い元素ではなく、ヒ素やインジウム等の
重く移動の遅い元素が、好ましくは使われる。
The source / drain extension regions 23b and 24b reduce the drain voltage sensitivity by the above-described charge sharing. Unfortunately, the device of FIG. 5 does not generally exhibit the same capacitance as the completely surrounding source / drain regions of FIGS. As will be appreciated by those skilled in the art, in order to maintain the dimensions of the source / drain extensions 23b and 24b, the source / drain extensions are generally lighter and faster moving elements used for the source / drain regions themselves. Instead, a heavy and slow-moving element such as arsenic or indium is preferably used.

【0072】ドレイン電界終端部を有する短チャネルフェルミFET 出願番号第08/597,711号のドレイン電界終端領域を有する短チャネ
ルフェルミ閾値電界効果トランジスタ(ここではバイナルFETとも呼ぶ)の構
造について、次に説明する。当業者には明らかなように、PチャネルバイナルF
ETは、NおよびP領域の導電型を逆にすることにより得られる。
Short-Channel Fermi-FET with Drain Field Termination The structure of a short-channel Fermi threshold field-effect transistor (also referred to herein as a vinyl FET ) with a drain field termination in Application No. 08 / 597,711 is now described. explain. As will be apparent to those skilled in the art, the P-channel vinyl F
ET is obtained by reversing the conductivity types of the N and P regions.

【0073】 図6および7は、バイナルFETの第一および第二の実施例を各々示している
。図6に示すように、バイナルFET60は、第一の導電型、ここではP型の半
導体基板21を有する。当業者には明らかなように、半導体基板21は、基板面
21aが実際には、バルク半導体材料の外面でなく、エピタキシャル層の外面と
なるように、半導体バルク材料上に、一つまたは複数のエピタキシャル層を有す
ることもできる。
FIGS. 6 and 7 show first and second embodiments of a vinyl FET, respectively. As shown in FIG. 6, the vinyl FET 60 has a semiconductor substrate 21 of a first conductivity type, here a P-type. As will be apparent to those skilled in the art, the semiconductor substrate 21 may have one or more semiconductor bulk materials on the semiconductor bulk material such that the substrate surface 21a is not actually the outer surface of the bulk semiconductor material, but the outer surface of the epitaxial layer. It can also have an epitaxial layer.

【0074】 さらに図6を参照すると、第二の導電型(ここではN型)の第一タブ領域62
は、基板21の面21aに形成し、基板面21aから基板の第一の深さY3に達
している。第一の導電型、ここではP型の第二タブ領域64は、第一タブ領域6
2内に配置する。第二タブ領域64は、基板面21aから基板の第二の深さY2
に達し、第二の深さY2は第一の深さY3より小さい。第一タブ領域62内の第二
タブ領域64は、第一タブ62を越えて、横方向に広がっていてもよい。第二タ
ブ64は、下記に説明するドレイン電界終端領域(DFT)となる。第二の導電
型、ここではN型の第三タブ領域66は、第二タブ領域64内に配置する。第三
タブ領域66は、基板面から基板21の第三の深さY1に達し、第三の深さY1
第二の深さより小さい。第三タブ66は、好ましくは下記に説明するように、エ
ピタキシャル層内に形成する。
Still referring to FIG. 6, the first tub region 62 of the second conductivity type (here, N-type)
Is formed on the surface 21a of the substrate 21, it extends from the substrate surface 21a to a first depth Y 3 of the substrate. The first conductivity type, here the P-type second tub region 64,
2 The second tab region 64 is formed from the substrate surface 21a to the second depth Y 2 of the substrate.
And the second depth Y 2 is less than the first depth Y 3 . The second tab area 64 in the first tab area 62 may extend laterally beyond the first tab 62. The second tub 64 becomes a drain field termination region (DFT) described below. A third tab region 66 of the second conductivity type, here N-type, is located in the second tab region 64. Third tub region 66 reaches from the substrate surface to a third depth Y 1 of the substrate 21, the third depth Y 1 is less than the second depth. The third tub 66 is preferably formed in the epitaxial layer, as described below.

【0075】 さらに図6を参照すると、間隙部を備えたソース/ドレイン領域23、24は
、各々第二の導電型(ここではN+型)を有し、第二タブ領域62内に形成され
、基板面21aから基板の第四の深さY4に達している。図6に示すように、第
四の深さY4は、第三の深さY1より大きい。図6に示すように、第四の深さY4
は、同様に第二の深さY2より大きいが、第一の深さY3よりは小さい。従って、
ソース/ドレイン拡散領域23および24は、第三および第四タブ66および6
4を貫通し、第一タブ62内に各々達している。図7に示すように、バイナルF
ET60′の第二の実施例において、第四の深さY4は、第三の深さY1より大き
いが、第二の深さY2より小さく、ソース/ドレイン領域は、第三タブ66を貫
通し、第二タブ64に達するが、第一タブ62には達しない。
Still referring to FIG. 6, the source / drain regions 23 and 24 with the gaps each have a second conductivity type (here, N + type) and are formed in the second tub region 62. , The fourth depth Y 4 of the substrate from the substrate surface 21a. As shown in FIG. 6, the fourth depth Y 4 is greater than the third depth Y 1. As shown in FIG. 6, the fourth depth Y 4
Likewise greater second depth Y 2 is smaller than the first depth Y 3. Therefore,
Source / drain diffusion regions 23 and 24 are provided with third and fourth tabs 66 and 6
4 and each reach a first tab 62. As shown in FIG.
In a second embodiment of ET60 ', the fourth depth Y 4 is greater than the third depth Y 1 is smaller than the second depth Y 2, the source / drain region, the third tab 66 And reaches the second tab 64, but does not reach the first tab 62.

【0076】 図6および7のバイナルFETトランジスタ60および60′は各々、ゲート
絶縁層26とゲート電極も有しており、ゲート電極は、第一の導電型、ここでは
P型の多結晶シリコン層28を有する。ソース、ゲートおよびドレイン接点31
、29および32もまた、既に説明したように配置される。さらに、基板接点3
4も配置される。基板接点は基板面21aの反対側に示されているが、これまで
の実施例と同様に、隣接する基板面21aに形成してもよい。
The vinyl FET transistors 60 and 60 ′ of FIGS. 6 and 7 each also have a gate insulating layer 26 and a gate electrode, wherein the gate electrode is of a first conductivity type, here a P-type polysilicon layer. 28. Source, gate and drain contacts 31
, 29 and 32 are also arranged as described above. Furthermore, substrate contact 3
4 are also arranged. Although the substrate contacts are shown on the opposite side of the substrate surface 21a, they may be formed on the adjacent substrate surface 21a as in the previous embodiments.

【0077】 図6および7のバイナルFET60および60′も、ソース/ドレイン領域2
4の間に広がる基板21内の層から見て説明される。この点から見ると、第三タ
ブ66は、基板面に第二の導電型の第一層66aを形成し、第一層66aは、ソ
ース領域23からドレイン領域24に達し、基板面から基板内の第一の深さY1
まで達している。第二タブ64は、基板内に第一の導電型の第二層64aを形成
し、第二層64aは、ソース領域23からドレイン領域24に達し、基板内の第
一の深さY1から第二の深さY2まで達している。第二層64aは、下記に説明す
るように、ドレイン電界終端手段として機能する。第一タブ62は、基板内に第
二の導電型の第三層62aを形成し、第三層62aは、ソース23からドレイン
24に達し、基板内の第二の深さY2から第三の深さY3まで達している。
The vinyl FETs 60 and 60 ′ of FIGS.
4 will be described in view of the layers in the substrate 21 extending between the four. From this point, the third tab 66 forms the first layer 66a of the second conductivity type on the substrate surface, and the first layer 66a extends from the source region 23 to the drain region 24 and from the substrate surface to the inside of the substrate. First depth Y 1
Has reached. The second tab 64, the first conductivity type in the second layer 64a is formed in the substrate, the second layer 64a reaches from the source region 23 to drain region 24, from the first depth Y 1 of the substrate and it reaches the second depth Y 2. The second layer 64a functions as a drain electric field terminating means as described below. The first tab 62, a second conductivity type third layer 62a is formed in the substrate, the third layer 62a is reached from the source 23 to the drain 24, the third from the second depth Y 2 in the substrate and it reaches a depth Y 3.

【0078】 この様にしてみると、図6の実施例において、第三層62aもまた、領域62
bで示されるように、ソース底部23aからドレイン底部24aまで達している
。図7の実施例では、第二、第三層64aおよび62aは、各々領域64bおよ
び62bに示されるように、どちらもソース底部23aからドレイン底部24a
まで達している。
In this way, in the embodiment shown in FIG. 6, the third layer 62 a is also provided in the region 62.
As shown by b, it extends from the source bottom 23a to the drain bottom 24a. In the embodiment of FIG. 7, both the second and third layers 64a and 62a have a source bottom 23a to a drain bottom 24a, as shown in regions 64b and 62b, respectively.
Has reached.

【0079】 また、図6および7のバイナルFETは、元のタブ内に逆ドープ埋込みタブ6
4を有するタブFETと見なしてもよい。さらにまた、バイナルFETは、チャ
ネル領域66aの下に、第一の導電型の埋込み層64aを有するタブFETと見
なしてもよい。下記に詳しく説明するように、第二層64aを有する第二タブ6
4は、ドレイン電界終端(DFT)手段として機能し、印加したドレインバイア
スによって、ソース領域からチャネル領域内へ、またはチャネル領域の下へ、キ
ャリアが注入されないようにすることで、ソース領域を遮蔽する。従って、第二
タブ64と第二層64aも、ドレイン電界終端(DFT)領域と呼ぶことができ
る。
The vinyl FET of FIGS. 6 and 7 has a reverse doped buried tub 6 in the original tub.
4 may be considered as a tab FET. Furthermore, the vinyl FET may be regarded as a tab FET having a buried layer 64a of the first conductivity type below the channel region 66a. As described in detail below, a second tab 6 having a second layer 64a
4 functions as a drain field termination (DFT) means, and shields the source region by preventing carriers from being injected from the source region into the channel region or below the channel region by the applied drain bias. . Therefore, the second tub 64 and the second layer 64a can also be referred to as a drain field termination (DFT) region.

【0080】 図6および7のバイナルFETトランジスタ60および60′の動作は、出願
番号第08/597,711号で詳しく説明されており、ここでは繰り返して説
明しない。
The operation of the vinyl FET transistors 60 and 60 ′ of FIGS. 6 and 7 is described in detail in application Ser. No. 08 / 597,711, and will not be described again here.

【0081】フェルミFETの低電圧動作 この発明の金属ゲートフェルミFETについて説明する前に、低電圧動作に対
する一般的な考慮事項について説明する。
Low Voltage Operation of Fermi-FET Before describing the metal gated Fermi-FET of the present invention, general considerations for low voltage operation will be described.

【0082】 式5は、電界効果トランジスタからの利用可能最大飽和電流を表している。低
電圧用途または小トランジスタ構成のために、動作電圧Vdが小さくなると、量
d−Vtはゼロに近づき、生じうる電流が制限される。
Equation 5 represents the maximum available saturation current from the field effect transistor. For low voltage applications or small transistor configuration, when the operating voltage V d becomes smaller, the amount V d -V t approaches zero can occur current is limited.

【数5】 (Equation 5)

【0083】 短チャネルフェルミFET素子の閾値電圧は、同じ大きさのMOSFETより
高くなる。これは、表面チャネルまたは既存の埋込みチャネルMOSFET素子
より、フェルミFETでより著しい面積効果を克服するために、意図的に行われ
る。Vdが閾値電圧Vtより大きければ(例えばVd≧3Vt)、フェルミFETチ
ャネル内の横方向のキャリア速度の増大によって、飽和電流が増える。
The short channel Fermi-FET device has a higher threshold voltage than a MOSFET of the same size. This is intentionally done to overcome more significant area effects in Fermi-FETs than surface channel or existing buried channel MOSFET devices. If V d is greater than the threshold voltage V t (eg, V d ≧ 3 V t ), an increase in the lateral carrier velocity in the Fermi-FET channel will increase the saturation current.

【0084】 式6は、フェルミFETトランジスタの閾値電圧の元となる条件を表している
。閾値電圧(短チャネル効果によってΔVtの項は無視する)は、一般に四つの
異なる電圧成分を含む。
Equation 6 represents the condition that is the source of the threshold voltage of the Fermi-FET transistor. The threshold voltage (ignoring the ΔV t term due to short channel effects) generally includes four different voltage components.

【数6】 (Equation 6)

【0085】 式6の四つの電圧成分は、図8に図示されている。図8は、図4と同様の短チ
ャネルフェルミFETを示している。説明を簡略化するために、タブ深さYf
0は、ソース/ドレイン深さXjと同じに設定する。
The four voltage components of Equation 6 are illustrated in FIG. FIG. 8 shows a short channel Fermi-FET similar to FIG. To simplify the description, the tab depth Y f +
Y 0 is set to be the same as the source / drain depth X j .

【0086】 図8を参照すると、V1は、P型ポリシリコンゲートの配線と、フェルミタブ
構造下部のPウェル領域の配線の間の接触電位差に起因する。V2は、フェルミ
タブ/Pウェル接合部の下の空乏領域で誘導される電圧である。V3は、フェル
ミタブ自体の電圧を表す。長チャネル素子では、フェルミタブ/P型ウェル接合
部上の空乏領域と、ゲート電界による、接合誘導領域とシリコン表面の間の空乏
が含まれる。最後に、V4は、V3によって規制される領域内の電荷で、ポリシリ
コンゲートからの電界を終端することにより、ゲート酸化物に発生する電圧であ
る。
Referring to FIG. 8, V 1 is caused by a contact potential difference between the wiring of the P-type polysilicon gate and the wiring of the P well region below the Fermi-tub structure. V 2 is the voltage induced in the depletion region below the Fermitab / P-well junction. V 3 represents the voltage of the Fermi tab itself. The long channel device includes a depletion region on the Fermitab / P-type well junction and a depletion between the junction induction region and the silicon surface due to a gate electric field. Finally, V 4 is the charge in the area is restricted by V 3, by terminating the electric field from the poly-silicon gate, a voltage generated at the gate oxide.

【0087】 集積回路用電界効果トランジスタの集積度は、増大し続けている。この傾向は
、近い将来も続くことが期待できる。形状が1μmより十分小さくなると、より
小さくなったチャネル長内で制御を維持するために、トランジスタの動作電圧も
低減することが一般に望まれる。トランジスタ閾値電圧における同等に低減も一
般的に望ましい。
The degree of integration of field effect transistors for integrated circuits has been increasing. This trend can be expected to continue in the near future. When the feature becomes much smaller than 1 μm, it is generally desirable to reduce the operating voltage of the transistor in order to maintain control within the smaller channel length. An equivalent reduction in transistor threshold voltage is also generally desirable.

【0088】 フェルミFET閾値電圧を低減する一つの方法は、ポリシリコンゲートドーピ
ング濃度Npolyを下げることである。こうすると、基板の他の条件を変化させる
ことなく、V1の項の値が小さくなる。残念ながら、全ポリシリコンドーピング
レベルは、ショットキー障壁接触を避け、トランジスタをオフにしたとき、ポリ
劣化を最小にするために、一般に1020cm-3レベル以上にしなければならない
。余分なポリ劣化は、短チャネルフェルミFET素子において漏れレベルの増大
をもたらす。
One way to reduce the Fermi-FET threshold voltage is to reduce the polysilicon gate doping concentration N poly . In this way, without changing the other conditions of the substrate, the value of the term of V 1 is reduced. Unfortunately, the total polysilicon doping level must generally be above the 10 20 cm -3 level to avoid Schottky barrier contact and to minimize poly degradation when the transistor is turned off. Extra poly degradation leads to increased leakage levels in short channel Fermi-FET devices.

【0089】 Npoly=1.0×1020およびNwell=3.0×1016でV1を解くと、電圧
は約+0.210Vとなる。これは、ポリシリコンを使用する場合のV1の最小
値である。残念ながら、これでは閾値電圧は十分下がらない。
Solving V 1 with N poly = 1.0 × 10 20 and N well = 3.0 × 10 16 results in a voltage of about + 0.210V. This is the minimum value of V 1 when using polysilicon. Unfortunately, this does not lower the threshold voltage sufficiently.

【0090】 短チャネル素子を低ドレイン電圧で動かす場合も、閾値電圧は、十分な飽和電
流が生成されるように低減しなければならない。図9は、市販の二次元プロセス
デバイスシミュレーションプログラムでシミュレーションを行ったIdg曲線を
示している。
When operating a short channel device at a low drain voltage, the threshold voltage must be reduced so that sufficient saturation current is generated. Figure 9 shows the I d V g curves of the simulation with a commercial two-dimensional process device simulation program.

【0091】 シミュレーションにより図9の曲線を生成したトランジスタは、フェルミタブ
構造の深さY0を増大させることによって、閾値電圧を低減しようとしている。
トランジスタは全て、4nmのゲート酸化物と0.25μmのゲート長を有する
。電気的シミュレーションのドレイン電圧は1.8Vとした。このため、Vt
ドレイン電流が5.0×10-7A/μmに到達するゲート電圧として定義した。
この値は、各Idg曲線上の丸で示されている。
The transistor that generated the curve of FIG. 9 by simulation attempts to reduce the threshold voltage by increasing the depth Y 0 of the Fermi-tub structure.
All transistors have a gate oxide of 4 nm and a gate length of 0.25 μm. The drain voltage of the electric simulation was 1.8 V. Therefore, V t is defined as the gate voltage drain current reaches 5.0 × 10 -7 A / μm.
This value is indicated by a circle on each I d V g curve.

【0092】 最初の素子(図9の右端の曲線)は、閾値電圧が0.95Vとなり、優れた短
チャネル特性を有する。残念ながら、そのような高Vtでは、トランジスタの幅
方向に225μA/μmの駆動電流が生じる。これは、既存のMOSFET素子
にすぎない。低電流は、主として式5の項Vd−Vtによる。
The first element (the rightmost curve in FIG. 9) has a threshold voltage of 0.95 V and has excellent short-channel characteristics. Unfortunately, in such a high V t, the width direction of the transistor drive current 225μA / μm occur. This is only an existing MOSFET device. The low current is mainly due to the term V d -V t in Equation 5.

【0093】 閾値の低減は、フェルミタブの深さを増大することによっても達成できる。図
9に示すように、タブ深さを増大させると、閾値下の振れは、最初の二段階では
初期の曲線と同じままである。しかし、Vtがいったん約0.80V以下になる
と、閾値下の振れは段階が進むにつれて小さくなり始める。そうなると、閾値の
低減に対して、漏れ電流が急激に増大する。タブ構造が深くなると、タブ構造の
深さに対して、ドレインとソースが接近することによって、面積効果に対する感
度が増大するので、閾値下の振れが移動するようになる。
[0093] Reduction of the threshold can also be achieved by increasing the depth of the Fermi-tub. As shown in FIG. 9, as the tab depth is increased, the sub-threshold swing remains the same as the initial curve in the first two stages. However, once V t falls below about 0.80 V, the sub-threshold swing begins to decrease as the stages progress. Then, the leakage current increases sharply with respect to the reduction of the threshold value. As the tab structure becomes deeper, the sensitivity to the area effect increases as the drain and source approach the depth of the tab structure, so that the sub-threshold swing moves.

【0094】 漏れ量の条件が1.0×10-12A/μmより小さいこととすると、この方法
での最小閾値は約0.75Vとなる。この漏れレベルで生じる駆動電流は、31
5μA/μmとなり、40%向上したが、さらにオーバードライブすると、性能
を劇的に増大できる。残念ながら、この閾値電圧でも十分低くはないかもしれな
い。
Assuming that the condition of the leakage amount is smaller than 1.0 × 10 −12 A / μm, the minimum threshold value in this method is about 0.75 V. The drive current generated at this leakage level is 31
5 μA / μm, a 40% improvement, but further overdrive can dramatically increase performance. Unfortunately, this threshold voltage may not be low enough.

【0095】 閾値を下げる別の方法は、Y0を大きくせずに、フェルミタブドーピング濃度
を高くすることである。この方法の結果については、図10に示す。期待される
ように、フェルミタブドーピング濃度を高くすると、タブが浅くなることによっ
て、ドレイン誘導注入(DII)を妨げるいくつかの方法が提供されるので、面
積効果の開始を遅らすことができる。しかし、Vtが下がると、なお閾値下の振
れが著しく小さくなり、Idssが1.0×10-12A/μmより小さいと、最小閾
値は約0.65Vとなる。駆動電流をゆっくり増大させると、閾値をさらに10
0mV低減できる。この方法で生じた電流は、シミュレーションでは229μA
/μmであり、閾値を100mV下げても、タブ深さを大きくするより、やや低
くできる。このことは、チャネル内の高ドープ化に伴う自由キャリア移動度の低
減によると思われる。
Another way to lower the threshold is to increase the Fermitab doping concentration without increasing Y 0 . The result of this method is shown in FIG. As expected, increasing the Fermi-tub doping concentration can delay the onset of the area effect, because the shallower tub provides several ways to prevent drain-induced implantation (DII). However, when V t decreases still swing subthreshold significantly reduced, and I dss is 1.0 × 10 -12 A / μm smaller than the minimum threshold value is about 0.65V. Slowly increasing the drive current will increase the threshold by an additional 10
0 mV can be reduced. The current generated by this method was 229 μA in the simulation.
/ Μm, and even if the threshold value is lowered by 100 mV, it can be made a little lower than increasing the tab depth. This is thought to be due to a decrease in free carrier mobility due to high doping in the channel.

【0096】 従って、これらの方法で閾値電圧を低減すると、代わりに漏れ電流の増大、駆
動電流の減少および/または好ましくないショットキー接触等の問題が生じる。
これらのトレードオフは、低電圧フェルミFETトランジスタの作製においては
認めることができない。
Thus, reducing the threshold voltage in these ways instead causes problems such as increased leakage current, reduced drive current and / or undesirable Schottky contact.
These tradeoffs cannot be seen in the fabrication of low voltage Fermi-FET transistors.

【0097】金属ゲートフェルミFETトランジスタ この発明によると、フェルミFETトランジスタの閾値電圧の低減は、フェル
ミFETに、逆ドープポリゲートではなく金属ゲートを用いることによって、漏
れ電流の過度の増大および/または飽和電流の過度の減少なしに実現できる。
Metal-Gate Fermi-FET Transistor According to the present invention, the reduction of the threshold voltage of a Fermi-FET transistor can be achieved by using a metal gate for the Fermi-FET instead of a reverse-doped polygate, resulting in excessive increase in leakage current and / or saturation It can be realized without excessive reduction of current.

【0098】 図11は、金属ゲートフェルミFETの一実施例を示している。この実施例は
、米国特許第5,543,654号のNチャネル、短チャネルフェルミFETで
あって、この明細書の図4に示したものに従ってパターン形成している。しかし
、当業者には明らかなように、金属ゲートフェルミFET法は、全てのフェルミ
FETに対して、その閾値電圧を低減するために適用することができる。
FIG. 11 shows an embodiment of the metal gate Fermi-FET. This embodiment is an N-channel, short-channel Fermi-FET of U.S. Pat. No. 5,543,654, patterned according to that shown in FIG. 4 of this specification. However, as will be apparent to those skilled in the art, the metal gate Fermi-FET method can be applied to all Fermi-FETs to reduce their threshold voltage.

【0099】 図11に示すように、金属ゲートフェルミFET110は、図4のP型のポリ
シリコンゲート28と金属ゲート電極層29ではなく、金属ゲート28′を有す
る。図を簡略化するために、トランジスタ110の他の構成要素は全て、図4と
同一のものとしている。従って、図11に示すように、金属ゲート28′は、ゲ
ート絶縁層26上に直接配置する。つまり、フェルミFET110の金属ゲート
28′は、ゲート絶縁層26上にドープ済みポリシリコンを直接有しない。従っ
て、接触電位は、ポリシリコンのフェルミポテンシャルによって制御されない。
金属ゲートが複数の層を有し、ゲート絶縁層のすぐ上の層がドープ済みポリシリ
コンを有しなければよいことは明らかである。
As shown in FIG. 11, the metal gate Fermi-FET 110 has a metal gate 28 ′ instead of the P-type polysilicon gate 28 and the metal gate electrode layer 29 of FIG. To simplify the drawing, all other components of the transistor 110 are the same as those in FIG. Therefore, as shown in FIG. 11, the metal gate 28 ′ is disposed directly on the gate insulating layer 26. That is, the metal gate 28 ′ of the Fermi-FET 110 does not have the doped polysilicon directly on the gate insulating layer 26. Therefore, the contact potential is not controlled by the Fermi potential of polysilicon.
Obviously, the metal gate has multiple layers, and the layer immediately above the gate insulating layer need not have doped polysilicon.

【0100】 金属ゲート28′が、他の問題を過度に発生させずに、フェルミFET閾値電
圧を低減できることについては、まだ説明していない。上記で説明したように、
ショットキー障壁の形成を避けるために使われる、ポリシリコンドーピングレベ
ルを最小にすることによって、V1は下限を有する。しかし、他の材料は、異な
る特性を有し、V1の項の制限を取り除くために使用できる。
It has not yet been described that metal gate 28 'can reduce the Fermi-FET threshold voltage without unduly causing other problems. As explained above,
Used to avoid the formation of Schottky barrier, by minimizing the polysilicon doping level, V 1 has a lower limit. However, other materials, different characteristics have, can be used to remove the limitations of sections V 1.

【0101】 特に、シリコンの禁制帯の中心付近の仕事関数を備えた金属、珪化物、または
他の合金は、問題となる面積効果を過度に増大させることなく、フェルミFET
の閾値を十分に低減できる。
In particular, metals, silicides, or other alloys with a work function near the center of the silicon forbidden band can be used without increasing the problematic area effects unduly.
Can be sufficiently reduced.

【0102】 金属、珪化物、または他の非半導体をゲート材料として使用する場合、V1
対する式(6)は、ゲート電極との接触電位ではなく、仕事関数の違いを反映さ
せて、次のように修正する。
When a metal, silicide, or other non-semiconductor is used as a gate material, Equation (6) for V 1 reflects the difference in work function instead of the contact potential with the gate electrode, and Modify as follows.

【数7】 ここで、φgateは、ゲート用材料の仕事関数で、φsiは、シリコンの禁制帯中央
(固有)レベル、つまり4.85Vである。
(Equation 7) Here, φ gate is the work function of the gate material, and φ si is the center (specific) level of the forbidden band of silicon, that is, 4.85 V.

【0103】 図12は、フェルミFETゲート構造として使用可能ないくつかの材料の仕事
関数を示している。4.85V付近の仕事関数を備えた材料は、対称的なNチャ
ネルおよびPチャネルドープを行えるので、フェルミFET構造にとって特に好
ましい。他の材料は、必要な性能に応じて、NまたはPチャネル素子のどちらか
一方に対して、相対的な閾値を低くするために用いることができる。好ましくは
、図12の破線で示されるように、P型のシリコンとN型のシリコンの間の仕事
関数を備えた金属または合金が用いられる。
FIG. 12 shows the work functions of some materials that can be used as Fermi-FET gate structures. Materials with a work function near 4.85 V are particularly preferred for Fermi-FET structures because they can perform symmetric N-channel and P-channel doping. Other materials can be used to lower the relative threshold for either N or P channel devices, depending on the required performance. Preferably, a metal or an alloy having a work function between P-type silicon and N-type silicon is used as shown by a broken line in FIG.

【0104】 図13は、図9および10でシミュレーションを行ったものと同じ高閾値Nチ
ャネルトランジスタを、異なるゲート材料を使ってシミュレーションを行ってお
り、V1の変化によって、閾値電圧が動く様子を示している。図13は、最初0
.95Vであった素子をゲート材料を変えて示している。基板の形状や接合は、
全く変更しなかった。図のように、様々なIdg曲線は、電圧成分V1によって
のみオフセットされる。曲線は全て、同一の閾値下振れ値を有する。
FIG. 13 shows the same high-threshold N-channel transistor as the one simulated in FIGS. 9 and 10 simulated using different gate materials, and shows how the threshold voltage changes with the change of V 1. Is shown. FIG.
. The element which was 95 V is shown by changing the gate material. The shape and bonding of the board
No change at all. As shown, the various I d V g curves are offset only by the voltage component V 1 . All curves have the same under threshold value.

【0105】 従って、ゲート材料を適切に選択すると、高閾値のオフ状態性能パラメータを
有する低閾値フェルミFETトランジスタを構成できる。金属ゲートフェルミF
ETは、ゲート仕事関数の変更を利用して独自に配置される。特に、VTにおけ
る垂直方向の電界が逆になることによって、仕事関数が、N型とP型のポリシリ
コンの間の中心範囲付近にあれば、フェルミFETは、単一のゲート材料を使っ
て、NチャネルとPチャネルの素子を両方とも最適化できる。
Thus, with proper selection of the gate material, low threshold Fermi-FET transistors with high threshold off-state performance parameters can be constructed. Metal gate Fermi F
ETs are uniquely located using changes in the gate work function. In particular, by an electric field in the vertical direction in the V T is reversed, work function, if in the vicinity of the center range between N-type and P-type polysilicon, Fermi FET uses a single gate material , N-channel and P-channel devices can be optimized.

【0106】 仕事関数が4.85V付近で、MOSFET技術で使われる材料には、タング
ステン、タングステン珪化物、ニッケル、コバルトおよびコバルト珪化物が含ま
れるが、これらに限らない。図9および10と同じNチャネルトランジスタで、
ゲート材料としてタングステンを使ってシミュレーションを行うと、DIBLま
たは閾値下の振れを変えることなく、飽和電流が225μA/μmから423μ
A/μmに増大する。図14は、上記のタングステンゲートシミュレーションに
従って、フェルミタブ深さとフェルミタブドープ量を最適化したP型ポリシリコ
ンを使用した、対数目盛上のIdg曲線を示している。図のように、閾値電圧は
劇的に低減でき、金属ゲート構造に対して、閾値下の振れを改善できる。図15
は、同様の関係を均等目盛で示している。
At work functions near 4.85 V, materials used in MOSFET technology include, but are not limited to, tungsten, tungsten silicide, nickel, cobalt and cobalt silicide. The same N-channel transistor as in FIGS. 9 and 10,
Simulations using tungsten as the gate material show that the saturation current can be from 225 μA / μm to 423 μm without changing DIBL or subthreshold swing.
A / μm. 14, in accordance with tungsten gate simulation described above was used optimized P-type polysilicon Fermi tabs depth and Fermi tab doping amount shows I d V g curve on a logarithmic scale. As can be seen, the threshold voltage can be dramatically reduced and sub-threshold swing can be improved for metal gate structures. FIG.
Indicates a similar relationship on an even scale.

【0107】 この発明のゲート仕事関数技術による閾値電圧低減の効果を示すために、いく
つかのインバータ構造の大信号遷移応答についてシミュレーションを行った。既
存のCMOS、ポリシリコンゲートフェルミFETおよび金属ゲートフェルミF
ET構造について比較を行った。三つ全てのシミュレーションを表す回路図は、
図16に示されている。固定負荷容量0.05fFは、単一インバータの最大有
効ゲート容量、つまり1の展開をエミュレートするために使用した。これらのシ
ミュレーションで使われる素子は全て、チャネル長0.4μm、ゲート酸化物の
厚さ60Åである。供給電圧は、比較のためMOSFETの設計値に合わせて2
.5Vとした。MOSFETは、測定に関係するDC素子特性をシミュレーショ
ンした。
In order to show the effect of threshold voltage reduction by the gate work function technology of the present invention, simulations were performed on large signal transition responses of some inverter structures. Existing CMOS, polysilicon gate Fermi FET and metal gate Fermi F
A comparison was made for the ET structure. The circuit diagram representing all three simulations is
This is shown in FIG. A fixed load capacitance of 0.05 fF was used to emulate the maximum effective gate capacitance of a single inverter, i. All devices used in these simulations have a channel length of 0.4 μm and a gate oxide thickness of 60 °. The supply voltage is set to 2 in accordance with the design value of the MOSFET for comparison.
. 5V. The MOSFET simulated DC device characteristics related to the measurement.

【0108】 インバータは、既存の業界標準の小型解析モデルまたは、物理的な素子構造に
基づく完全な二次元数値解でモデル化可能な、混合モードハイブリッドシミュレ
ータでシミュレーションを行った。従って、重要な素子または小型解析モデルが
まだ開発されていない素子は、通常の回路シミュレーション環境で、既存の素子
と回路要素と共に数値的にシミュレーションしてもよい。既存の回路解析プログ
ラム内と同様に、DC、ACおよび/または大信号遷移(larg signa
l transient)シミュレーションを含む標準回路解析は、ハイブリッ
ドシミュレータで実施される。
The inverter was simulated with an existing industry-standard compact analysis model or a mixed-mode hybrid simulator that can be modeled with a complete two-dimensional numerical solution based on the physical device structure. Thus, important elements or elements for which a small analytical model has not yet been developed may be numerically simulated with existing elements and circuit elements in a normal circuit simulation environment. As in existing circuit analysis programs, DC, AC and / or large signal transitions (large signal)
Standard circuit analysis, including l transient simulation, is performed on a hybrid simulator.

【0109】 これらのシミュレーションにおいて、各素子のDC特性は素子のシミュレーシ
ョンから既に分かっていたので、大信号遷移シミュレーションだけを実施した。
各インバータに対して、供給電圧は、回路接点が、初期のDC状態の入力をロー
に設定できるように、十分な遅延を伴ってVdまで立ち上がった。次に、入力パ
ルスはハイになり、全ての接点が安定状態に到達できる十分長い遅延時間の後に
再びローになった。
In these simulations, since the DC characteristics of each element were already known from the element simulation, only the large signal transition simulation was performed.
For each inverter, the supply voltage, circuit contacts, so that it can set the input of the initial DC state to low, rises to V d with a delay sufficient. Next, the input pulse went high and went low again after a long enough delay that all contacts could reach a stable state.

【0110】 結果の出力応答はまとめて、図17に示されている。異なる遅延特性が見られ
る。既存のフェルミFETインバータは、MOSFETに比べて、立ち上がり、
立ち下がり時間が著しく改善されており、金属ゲートフェルミFETではさらに
改善されていることがわかる。
The resulting output responses are summarized and shown in FIG. Different delay characteristics are seen. Existing Fermi-FET inverter rises compared to MOSFET,
It can be seen that the fall time is remarkably improved, and the metal gate Fermi FET is further improved.

【0111】 禁制帯中央(mid−gap)の仕事関数を備えた材料をゲート電極に用いる
ことで、閾値が適切な値まで下がるように、素子のチャネル埋込みを設計できる
。結果として、固定負荷容量を駆動する素子によって、さらなるオーバードライ
ブ(Vgs−Vt)を提供できる。既存のフェルミFETから金属ゲートフェルミ
FETへの改善によって、実質的に供給電圧を1.5Vに近づける、あるいは1
.5V以下にすることもできる。従って、フェルミFETトランジスタの低電圧
動作を改善できる。
When a material having a work function at the center of the forbidden band (mid-gap) is used for a gate electrode, channel embedding of an element can be designed so that a threshold value is reduced to an appropriate value. As a result, additional overdrive (V gs -V t ) can be provided by the element driving the fixed load capacitance. Improvements from existing Fermi-FETs to metal-gate Fermi-FETs substantially bring the supply voltage closer to 1.5V, or
. It can be set to 5V or less. Therefore, the low voltage operation of the Fermi FET transistor can be improved.

【0112】 図面および明細書では、発明の一般的な好ましい実施例を開示し、特定の条件
を用いたが、それらは一般的に記述するために用いられ、限定するものはなく、
発明の範囲は請求項に示される。
In the drawings and specification, which disclose the general preferred embodiments of the invention and use certain conditions, they are used to describe the invention in general and, without limitation,
The scope of the invention is set forth in the claims.

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

【図1】 米国特許第5,374,836号のNチャネル高電流フェルミFETの垂直断
面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of an N-channel high current Fermi-FET of US Pat. No. 5,374,836.

【図2A】 米国特許第5,374,836号の短チャネル低漏れ電流フェルミFETの第
一の実施例の垂直断面図である。
FIG. 2A is a vertical cross-sectional view of a first embodiment of a short channel, low leakage current Fermi-FET of US Pat. No. 5,374,836.

【図2B】 米国特許第5,374,836号の短チャネル低漏れ電流フェルミFETの第
二の実施例の垂直断面図である。
FIG. 2B is a vertical cross-sectional view of a second embodiment of the short channel low leakage Fermi FET of US Pat. No. 5,374,836.

【図3】 米国特許第5,543,654号のNチャネル異形タブフェルミFETの垂直
断面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of an N-channel profiled Tab Fermi FET of US Pat. No. 5,543,654.

【図4】 米国特許第5,543,654号のNチャネル短チャネルフェルミFETの垂
直断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of an N-channel short-channel Fermi-FET of US Pat. No. 5,543,654.

【図5】 出願番号第08/505,085のNチャネル短チャネルフェルミFETの第
二の実施例の垂直断面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional view of a second embodiment of the N-channel short-channel Fermi-FET of application number 08 / 505,085.

【図6】 出願番号第08/597,711のバイナルFETの第一の実施例の垂直断面
図である。
FIG. 6 is a vertical sectional view of a first embodiment of a vinyl FET of application number 08 / 597,711.

【図7】 出願番号第08/597,711のバイナルFETの第二の実施例の垂直断面
図である。
FIG. 7 is a vertical sectional view of a second embodiment of the vinyl FET of the application number 08 / 597,711.

【図8】 フェルミFETトランジスタの閾値電圧への寄与を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a contribution of a Fermi-FET transistor to a threshold voltage.

【図9】 異なるフェルミタブ深さを有するフェルミFETトランジスタについて、印加
したゲートバイアスの関数として、ドレイン電流を表すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing drain current as a function of applied gate bias for Fermi-FET transistors having different Fermi-tub depths.

【図10】 様々なフェルミタブドーピングレベルについて、印加したゲートバイアスの関
数として、ドレイン電流を表すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing drain current as a function of applied gate bias for various Fermitab doping levels.

【図11】 本発明の金属ゲートフェルミFETの一実施例の垂直断面図である。FIG. 11 is a vertical sectional view of one embodiment of the metal gate Fermi-FET of the present invention.

【図12】 様々な材料の仕事関数を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing work functions of various materials.

【図13】 様々なゲート材料を有するフェルミFETトランジスタについて、印加したゲ
ートバイアスの関数として、ドレイン電流を表すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing drain current as a function of applied gate bias for Fermi-FET transistors with different gate materials.

【図14】 様々なフェルミFETトランジスタについて、印加したゲートバイアスの関数
として、ドレイン電流を対数目盛で表すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the drain current on a logarithmic scale as a function of applied gate bias for various Fermi-FET transistors.

【図15】 様々なフェルミFETトランジスタについて、印加したゲートバイアスの関数
として、ドレイン電流を均等目盛で表すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing, on a uniform scale, drain current as a function of applied gate bias for various Fermi-FET transistors.

【図16】 インバータの概略回路図である。FIG. 16 is a schematic circuit diagram of an inverter.

【図17】 様々な技術の電界効果トランジスタを有するインバータについて、時間の関数
として出力電圧を表すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing output voltage as a function of time for inverters having field effect transistors of various technologies.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成11年10月1日(1999.10.1)[Submission date] October 1, 1999 (1999.10.1)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャーズ,ウィリアム・アール,ジュニ ア アメリカ合衆国ノースカロライナ州27615, ケアリー,メドウ・ドライヴ 200 Fターム(参考) 5F040 DA00 DA06 DA11 DA12 EA05 EC01 EC04 EC07 EC08 EC09 EC13 ED04 EE01 EE04 EF01 EF13 EM00 EM01 EM02 FA07 FC14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (72) Inventor Richards, William Earl, Jr. 27615, North Carolina, USA Cary, Meadow Drive 200 F term (reference) 5F040 DA00 DA06 DA11 DA12 EA05 EC01 EC04 EC07 EC08 EC09 EC13 ED04 EE01 EE04 EF01 EF13 EM00 EM01 EM02 FA07 FC14

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 集積回路基板内の互いに離隔したソース/ドレイン領域と、 互いに離隔したソース/ドレイン領域間にある集積回路基板内のフェルミFE
Tチャネルと、 互いに離隔したソース/ドレイン領域間にある集積回路基板上のゲート絶縁層
と、 ゲート絶縁層のすぐ上にある金属ゲートと、 を有するフェルミ閾値電界効果トランジスタ(フェルミFET)。
A fermi-FE in an integrated circuit substrate between source / drain regions separated from each other in an integrated circuit substrate and a source / drain region separated from each other in a integrated circuit substrate.
A Fermi threshold field effect transistor (Fermi FET) comprising: a T-channel; a gate insulating layer on an integrated circuit substrate between source / drain regions separated from each other; and a metal gate immediately above the gate insulating layer.
【請求項2】 集積回路基板内のフェルミFETチャネルの下にフェルミF
ETタブを更に有する請求項1記載のフェルミFET。
2. The method of claim 1, further comprising the steps of:
2. The Fermi-FET of claim 1, further comprising an ET tab.
【請求項3】 金属ゲートが、合金ゲートからなる請求項1記載のフェルミ
FET。
3. The Fermi-FET of claim 1, wherein the metal gate comprises an alloy gate.
【請求項4】 合金ゲートが、金属珪化物ゲートからなる請求項3記載のフ
ェルミFET。
4. The Fermi-FET according to claim 3, wherein the alloy gate comprises a metal silicide gate.
【請求項5】 金属ゲートが、P型のポリシリコンとN型のポリシリコンと
の間の仕事関数を備えた金属からなる請求項1記載のフェルミFET。
5. The Fermi-FET according to claim 1, wherein the metal gate is made of a metal having a work function between P-type polysilicon and N-type polysilicon.
【請求項6】 金属ゲートが、約4.85Vの仕事関数を備えた金属からな
る請求項5記載のフェルミFET。
6. The Fermi-FET of claim 5, wherein the metal gate comprises a metal having a work function of about 4.85V.
【請求項7】 約0.5V以下の閾値電圧を有する請求項1記載のフェルミ
FET。
7. The Fermi-FET of claim 1, having a threshold voltage of about 0.5V or less.
【請求項8】 集積回路基板内の互いに離隔したソース/ドレイン領域と、 互いに離隔したソース/ドレイン領域間にある集積回路基板内のフェルミFE
Tチャネルと、 互いに離隔したソース/ドレイン領域間にある集積回路基板上のゲート絶縁層
と、 ゲート絶縁層のすぐ上に設けられたドープ済みポリシリコンを含まないゲート
層と、 を有するフェルミ閾値電界効果トランジスタ(フェルミFET)。
8. A fermi-FE in an integrated circuit substrate between source / drain regions separated from each other in an integrated circuit substrate and a source / drain region separated from each other in a integrated circuit substrate.
A Fermi threshold electric field comprising: a T-channel; a gate insulating layer on the integrated circuit substrate between source / drain regions spaced apart from each other; and a doped polysilicon-free gate layer disposed immediately above the gate insulating layer. Effect transistor (Fermi FET).
【請求項9】 集積回路基板内のフェルミFETチャネルの下にフェルミF
ETタブを更に有する請求項8記載のフェルミFET。
9. A fermi-FET under a Fermi-FET channel in an integrated circuit substrate.
9. The Fermi-FET of claim 8, further comprising an ET tab.
【請求項10】 ドープ済みポリシリコンを含まないゲート層が、金属ゲー
ト層からなる請求項8記載のフェルミFET。
10. The Fermi-FET of claim 8, wherein the gate layer without doped polysilicon comprises a metal gate layer.
【請求項11】 金属ゲート層が、合金ゲート層からなる請求項10記載の
フェルミFET。
11. The Fermi-FET according to claim 10, wherein the metal gate layer comprises an alloy gate layer.
【請求項12】 合金ゲート層が、金属珪化物ゲート層からなる請求項11
記載のフェルミFET。
12. An alloy gate layer comprising a metal silicide gate layer.
Fermi-FET as described.
【請求項13】 ドープ済みポリシリコンを含まないゲート層が、P型のポ
リシリコンとN型のポリシリコンとの間の仕事関数を備えた材料からなる請求項
8記載のフェルミFET。
13. The Fermi-FET of claim 8, wherein the gate layer without doped polysilicon comprises a material having a work function between P-type polysilicon and N-type polysilicon.
【請求項14】 材料が約4.85Vの仕事関数を備えた請求項13記載の
フェルミFET。
14. The Fermi-FET of claim 13, wherein the material has a work function of about 4.85V.
【請求項15】 約0.5V以下の閾値電圧を有する請求項8記載のフェル
ミFET。
15. The Fermi-FET of claim 8, having a threshold voltage less than about 0.5V.
【請求項16】 集積回路基板内の互いに離隔したソース/ドレイン領域と
、 互いに離隔したソース/ドレイン領域間にある集積回路基板内のフェルミFE
Tチャネルと、 互いに離隔したソース/ドレイン領域間にある集積回路基板上のゲート絶縁層
と、 P型のポリシリコンとN型のポリシリコンとの間の仕事関数を備えたゲート絶
縁層上のゲートと、 を有するフェルミ閾値電界効果トランジスタ(フェルミFET)。
16. A fermi-FE in an integrated circuit substrate between source / drain regions separated from each other in an integrated circuit substrate and a source / drain region separated from each other in a integrated circuit substrate.
A gate insulating layer on the integrated circuit substrate between the T-channel and the source / drain regions spaced apart from each other; and a gate on the gate insulating layer with a work function between P-type polysilicon and N-type polysilicon. And a Fermi threshold field effect transistor (Fermi FET) comprising:
【請求項17】 集積回路基板内のフェルミFETチャネルの下にフェルミ
FETタブを更に有する請求項16記載のフェルミFET。
17. The Fermi-FET of claim 16, further comprising a Fermi-FET tab below the Fermi-FET channel in the integrated circuit substrate.
【請求項18】 ゲートが、金属ゲートからなる請求項16記載のフェルミ
FET。
18. The Fermi-FET according to claim 16, wherein the gate comprises a metal gate.
【請求項19】 金属ゲートが、合金ゲートからなる請求項18記載のフェ
ルミFET。
19. The Fermi-FET of claim 18, wherein the metal gate comprises an alloy gate.
【請求項20】 合金ゲートが、金属珪化物ゲートからなる請求項19記載
のフェルミFET。
20. The Fermi-FET of claim 19, wherein the alloy gate comprises a metal silicide gate.
【請求項21】 ゲートが、約4.85Vの仕事関数を備えた材料からなる
請求項16記載のフェルミFET。
21. The Fermi-FET of claim 16, wherein the gate is made of a material having a work function of about 4.85V.
【請求項22】 約0.5V以下の閾値電圧を有する請求項16記載のフェ
ルミFET。
22. The Fermi-FET of claim 16, having a threshold voltage less than about 0.5V.
【請求項23】 金属ゲートフェルミ閾値電界効果トランジスタ(フェルミ
FET)。
23. A metal gate Fermi threshold field effect transistor (Fermi FET).
JP2000514336A 1997-09-26 1998-09-22 Metal gate Fermi threshold field effect transistor Pending JP2002527882A (en)

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