JP2003249648A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2003249648A
JP2003249648A JP2002048958A JP2002048958A JP2003249648A JP 2003249648 A JP2003249648 A JP 2003249648A JP 2002048958 A JP2002048958 A JP 2002048958A JP 2002048958 A JP2002048958 A JP 2002048958A JP 2003249648 A JP2003249648 A JP 2003249648A
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film
semiconductor
semiconductor film
semiconductor device
silicon
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Application number
JP2002048958A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Miyauchi
昭浩 宮内
Ryoichi Furukawa
亮一 古川
Tomoshi Yamamoto
智志 山本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure of a strain silicon channel transistor with small gate leakage current and a method for manufacturing it, since, in a strain silicon channel transistor using a buffer film, gate leakage current caused by crystallinity and roughness of the surface of a strain silicon film is generated so that an operation characteristic of the transistor is deteriorated. <P>SOLUTION: A field effect transistor comprises a first semiconductor film that is formed on a principal surface of a semiconductor substrate and acts as a source region, a second semiconductor film laminated on the first semiconductor film, and a third semiconductor film that is laminated on the second semiconductor film and acts as a drain region. A fourth semiconductor film is formed on a side surface of the second semiconductor film. This semiconductor device comprises the fourth semiconductor film as a channel region. By directly forming the fourth semiconductor film which acts as the channel region on the side surface of the second semiconductor film, a strain silicon film with less crystal defect and small roughness of the surface is acquired, and gate leakage current is decreased. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は歪シリコンをチャネ
ルに用いた電界効果トランジスタである歪シリコンチャ
ネル電界効果トランジスタおよびその製造方法に係り、
特にゲートリーク電流の小さい縦型歪シリコンチャネル
電界効果トランジスタ構造とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a strained silicon channel field effect transistor which is a field effect transistor using strained silicon as a channel and a method for manufacturing the same.
In particular, the present invention relates to a vertical strained silicon channel field effect transistor structure having a small gate leak current and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来知られているシリコンゲルマニウム
を適用した電界効果トランジスタの構造を図2を用いて
説明する。主表面の結晶面が(100)の単結晶シリコ
ンの基板201の上にはシリコンゲルマニウムからなる
バッファ膜202が形成されている。バッファ膜202
の厚さは例えば5マイクロメーターで、Ge組成比は図
3に示すように膜厚方向にGe組成比が傾斜するように
変調されている。シリコンゲルマニウム膜中のGe組成
比が増加するとシリコンゲルマニウム膜の結晶格子の格
子距離が大きくなる。バッファ膜202の上にシリコン
膜を形成すると、シリコン膜は下地となるシリコンゲル
マニウム膜の結晶格子定数に合わせて結晶成長するため
に、本来のシリコン結晶の格子が基板201の主表面と
平行な面内で引っ張られるために、歪シリコン膜203
が形成される。歪シリコン膜203の上にはゲート絶縁
膜204が形成されている。ゲート絶縁膜204の上に
はゲート電極205が形成されており、ゲート電極20
5の側面にはサイドスペーサ206が形成されている。
ゲート絶縁膜204の下のチャネル領域は歪シリコン膜
203の中に形成される。M. V.FischettiとS. E. Laux
がジャーナル オブアプライド フィジックス 第80
巻15号1996年の2234ページから2252ペー
ジ(Journal of Applied Physics, vol. 80 No.15
(1996)pp.2234−2252)で報告している
ように、歪シリコン中の電子や正孔の移動度は歪のない
シリコンに比べ、数十%から数百%増加する。よって、
ソース領域207aとドレイン領域207bの間を流れ
る電子や正孔はゲート絶縁膜204の下のチャネル領域
を高速に走行でき、トランジスタを高速に動作させるこ
とができる。このように歪ませたシリコン結晶をチャネ
ルに適用するデバイスは例えば2001年ブイエルエス
アイ シンポジウム テクニカルダイジェスト59ペー
ジから60ページ(2001 Symposium on VLSI Technology
pp59−60)に記載されている。
2. Description of the Related Art The structure of a conventionally known field effect transistor using silicon germanium will be described with reference to FIG. A buffer film 202 made of silicon germanium is formed on a substrate 201 of single crystal silicon whose main surface has a crystal plane of (100). Buffer film 202
Is 5 micrometers, for example, and the Ge composition ratio is modulated so that the Ge composition ratio is inclined in the film thickness direction as shown in FIG. When the Ge composition ratio in the silicon germanium film increases, the lattice distance of the crystal lattice of the silicon germanium film increases. When a silicon film is formed on the buffer film 202, the silicon film grows according to the crystal lattice constant of the underlying silicon germanium film, so that the original silicon crystal lattice is parallel to the main surface of the substrate 201. In order to be pulled inside, the strained silicon film 203
Is formed. A gate insulating film 204 is formed on the strained silicon film 203. A gate electrode 205 is formed on the gate insulating film 204.
A side spacer 206 is formed on the side surface of the No. 5.
The channel region under the gate insulating film 204 is formed in the strained silicon film 203. MV Fischetti and SE Laux
Is the Journal of Applied Physics 80th
Volume 15, Pages 2234 to 2252, 1996 (Journal of Applied Physics, vol. 80 No. 15
(1996) pp. 2234-2252), the mobility of electrons and holes in strained silicon increases by several tens% to several hundreds of% as compared with unstrained silicon. Therefore,
Electrons and holes flowing between the source region 207a and the drain region 207b can travel in the channel region under the gate insulating film 204 at high speed, and the transistor can operate at high speed. A device applying such a strained silicon crystal to a channel is, for example, the 2001 BUILS I Symposium Technical Digest page 59 to 60 (2001 Symposium on VLSI Technology).
pp. 59-60).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来構造では、
チャネル領域を形成するシリコン膜に引っ張り応力をか
けるために、格子緩和したシリコンゲルマニウム膜を形
成する必要がある。格子緩和したシリコンゲルマニウム
膜の形成には、シリコン基板上へのシリコンゲルマニウ
ム膜の形成時に、SiとGe組成比を徐々に増加させた
バッファ膜(バッファSiGe層)をシリコン基板と緩
和シリコンゲルマニウム層(膜)との間に設ける必要が
あった。このバッファ膜は結晶性が悪く、表面に凹凸が
発生するため、バッファ膜の上に形成する歪シリコン膜
の結晶性や表面ラフネスは劣化してしまう問題があっ
た。歪シリコン膜の結晶性やラフネスが劣化するとゲー
ト電極からチャネル領域への漏れ電流(ゲートリーク電
流)が発生し、トランジスタの動作特性が劣化してしま
う。
SUMMARY OF THE INVENTION In the above conventional structure,
In order to apply tensile stress to the silicon film forming the channel region, it is necessary to form a lattice-relaxed silicon germanium film. To form a lattice-relaxed silicon germanium film, when forming a silicon germanium film on a silicon substrate, a buffer film (buffer SiGe layer) in which the composition ratio of Si and Ge is gradually increased is formed on the silicon substrate and the relaxed silicon germanium layer ( Membrane). Since this buffer film has poor crystallinity and unevenness occurs on the surface, there is a problem that the crystallinity and surface roughness of the strained silicon film formed on the buffer film deteriorate. When the crystallinity or roughness of the strained silicon film is deteriorated, a leak current (gate leak current) from the gate electrode to the channel region is generated, which deteriorates the operating characteristics of the transistor.

【0004】本発明の目的は、ゲートリーク電流の少な
い歪シリコントランジスタを提供することである。
An object of the present invention is to provide a strained silicon transistor having a small gate leak current.

【0005】本発明の他の目的は、ゲートリーク電流の
少ない歪シリコントランジスタの製造方法を提供するこ
とである。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a strained silicon transistor having a small gate leak current.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的のゲートリーク
電流の少ない半導体装置のためには、半導体基板の主表
面上に形成された第1半導体膜と、前記第1半導体膜上
に積層される第2半導体膜と、前記第2半導体膜上に積
層された第3半導体膜と、前記第2半導体膜の積層され
ていない側面に定常状態の結晶格子定数とは異なった結
晶格子定数を有する物質によって形成された第4半導膜
とを有している半導体装置を達成することである。
For a semiconductor device having a small gate leakage current for the above purpose, a first semiconductor film formed on the main surface of a semiconductor substrate and a first semiconductor film are laminated on the first semiconductor film. A material having a second semiconductor film, a third semiconductor film stacked on the second semiconductor film, and a crystal lattice constant different from a steady-state crystal lattice constant on a side surface of the second semiconductor film on which the second semiconductor film is not stacked. To achieve a semiconductor device having a fourth semiconductor film formed by.

【0007】また、ゲートリーク電流の少ない半導体装
置の製造方法のためには、半導体基板の主表面上に第1
絶縁膜を形成する工程と、第1絶縁膜の上に第2絶縁膜
を形成する工程と、第2絶縁膜の上に第3絶縁膜を形成
する工程と、第3絶縁膜の上に第4絶縁膜を形成する工
程と、第4絶縁膜の上に第5絶縁膜を形成する工程と、
第1絶縁膜から第5絶縁膜を開口して半導体基板の表面
を露出させる工程と、開口部に第1半導体膜を形成する
工程と、第1半導体膜の上に第2半導体膜を形成する工
程と、第2半導体膜の上に第3半導体膜を形成する工程
とを有する製造方法によって達成される。
Further, in order to manufacture a semiconductor device having a small gate leakage current, the first surface is formed on the main surface of the semiconductor substrate.
A step of forming an insulating film, a step of forming a second insulating film on the first insulating film, a step of forming a third insulating film on the second insulating film, and a step of forming a third insulating film on the third insulating film. A step of forming a fourth insulating film, a step of forming a fifth insulating film on the fourth insulating film,
Opening the fifth insulating film from the first insulating film to expose the surface of the semiconductor substrate, forming the first semiconductor film in the opening, and forming the second semiconductor film on the first semiconductor film. This is achieved by a manufacturing method including a step and a step of forming a third semiconductor film on the second semiconductor film.

【0008】さらに、前述の製造方法に加えて、第2の
半導体膜の側面上に第4の半導体膜を形成する工程を有
する製造方法によって、達成される。
Furthermore, in addition to the above-described manufacturing method, a manufacturing method having a step of forming a fourth semiconductor film on the side surface of the second semiconductor film can be achieved.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下に図36を用いて、本発明の
縦型ゲートMOSの構造の概要を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The structure of a vertical gate MOS of the present invention will be outlined below with reference to FIG.

【0010】図36において、3501はMOSトラン
ジスタのドレイン、3505はゲート、3508はソー
スとなる。ゲートの下には、ゲート絶縁膜3502が設
けられ、この下に歪シリコンが形成されている。更に、
歪シリコンは、SiGe層の上に形成されている。35
03と3507はそれぞれドレインとソースの絶縁物
で、例えば、リンがドープされたガラス(PSG)など
が用いられる。また、3504及び3506はそれぞれ
ドレインとソースのSiNなどによる絶縁物である。本
願発明では、ゲート絶縁膜下の歪シリコンのチャネル内
を正孔が高速に移動することが可能となり、高速なスイ
ッチングや信号伝達が可能な半導体素子を提供できる。
In FIG. 36, 3501 is the drain of the MOS transistor, 3505 is the gate, and 3508 is the source. A gate insulating film 3502 is provided under the gate, and strained silicon is formed under the gate insulating film 3502. Furthermore,
The strained silicon is formed on the SiGe layer. 35
Reference numerals 03 and 3507 denote drain and source insulators, for example, phosphorus-doped glass (PSG) or the like is used. Reference numerals 3504 and 3506 are insulators made of SiN or the like for the drain and the source, respectively. According to the present invention, holes can move at high speed in the strained silicon channel under the gate insulating film, and a semiconductor element capable of high-speed switching and signal transmission can be provided.

【0011】このようにSiGe層にSi層を設けるこ
とで、Si層は歪Si層となり、高速なチャネルを形成
できる。これは、歪SiとSiGe層とでの格子定数の
違いから、Siの図36中の縦方向が広げられて歪Si
となる。
By thus providing the Si layer on the SiGe layer, the Si layer becomes a strained Si layer and a high-speed channel can be formed. This is because the difference in lattice constant between the strained Si and the SiGe layer causes the vertical direction of Si in FIG.
Becomes

【0012】このような構成によって、従来のバッファ
層を無くすことが可能となり、欠陥発生の低い歪シリコ
ン層を形成できる。また、膜圧制御によって、ゲート長
(図中縦方向)を例えば20nm以下などに短くでき
る。
With such a structure, it is possible to eliminate the conventional buffer layer, and it is possible to form a strained silicon layer with low defect generation. Further, by controlling the film pressure, the gate length (vertical direction in the drawing) can be shortened to, for example, 20 nm or less.

【0013】又、本願の構造は、円筒形でも立方体でも
構成できるので、円筒形であれば、円周上のいずれの部
位からゲートを取り出す、または、ゲート電極を形成す
る構造にもできる。また、立方体であれば、いずれの面
からもゲートを取り出す、または、ゲート電極を形成す
ることが可能となる。
Further, since the structure of the present application can be formed in a cylindrical shape or a cubic shape, the cylindrical shape can be a structure in which the gate is taken out from any portion on the circumference or the gate electrode is formed. Further, if it is a cube, it is possible to take out the gate or form the gate electrode from any surface.

【0014】(実施例1)以下、本発明の一実施例を説
明する。本実施例では、バッファ膜を使用せずに歪シリ
コン膜をチャネル領域として動作させる縦型電界効果ト
ランジスタについて、図1を用いて説明する。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described below. In this embodiment, a vertical field effect transistor that operates using a strained silicon film as a channel region without using a buffer film will be described with reference to FIG.

【0015】主表面の結晶面が(100)の単結晶シリ
コンの基板101には、リン濃度が1015〜1016/cm
3 のn型ウェル102が形成されている。n型ウェル1
02の上面には、配線となる濃度1019〜1020/cm3
のp型拡散膜103が形成されている。また、n型ウェ
ル102はトレンチ分離法によって形成された分離用酸
化膜104によって他の領域と電気的に絶縁されてい
る。p型拡散膜103の上には第1シリコン膜105が
形成されている。第1シリコン膜105の側面には第1
p型シリコン膜106が形成されており、第1p型シリ
コン膜106の側面にはボロンを含む第1酸化膜107
が形成されており、第1酸化膜107の上には第1窒化
膜112が積層されている。第1シリコン膜105の上
にはシリコンゲルマニウム膜108が積層されている。
シリコンゲルマニウム膜108の側面には歪シリコン膜
109が形成されている。歪シリコン膜109の側面に
はゲート絶縁膜110が形成されており、ゲート絶縁膜
110の側面にはゲート電極111が形成されている。
シリコンゲルマニウム膜108の上には第2シリコン膜
113が積層されている。第2シリコン膜113の側面
には第2p型シリコン膜114が形成されている。第2
p型シリコン膜114の側面にはボロンを含む第2酸化
膜115と第2窒化膜116が形成されている。第2シ
リコン膜113の上部にはソースまたはドレイン電極と
なる多結晶シリコン膜117が形成されており、多結晶
シリコン膜117の上部には第3窒化膜118が形成さ
れている。
A substrate 101 made of single crystal silicon whose main surface has a crystal plane of (100) has a phosphorus concentration of 10 15 to 10 16 / cm 3.
Three n-type wells 102 are formed. n-type well 1
On the upper surface of 02, the concentration of wiring is 10 19 to 10 20 / cm 3
P-type diffusion film 103 is formed. The n-type well 102 is electrically insulated from other regions by the isolation oxide film 104 formed by the trench isolation method. A first silicon film 105 is formed on the p-type diffusion film 103. On the side surface of the first silicon film 105,
A p-type silicon film 106 is formed, and a first oxide film 107 containing boron is formed on the side surface of the first p-type silicon film 106.
And a first nitride film 112 is laminated on the first oxide film 107. A silicon germanium film 108 is stacked on the first silicon film 105.
A strained silicon film 109 is formed on the side surface of the silicon germanium film 108. A gate insulating film 110 is formed on the side surface of the strained silicon film 109, and a gate electrode 111 is formed on the side surface of the gate insulating film 110.
A second silicon film 113 is laminated on the silicon germanium film 108. A second p-type silicon film 114 is formed on the side surface of the second silicon film 113. Second
A second oxide film 115 containing boron and a second nitride film 116 are formed on the side surface of the p-type silicon film 114. A polycrystalline silicon film 117 serving as a source or drain electrode is formed on the second silicon film 113, and a third nitride film 118 is formed on the polycrystalline silicon film 117.

【0016】この構造では、ソースまたはドレイン領域
としての第1p型シリコン膜106と第2p型シリコン
膜114,チャネル領域となる歪シリコン膜109、そ
してゲート絶縁膜110とゲート電極111が形成され
て、縦型電界トランジスタを構成している。本トランジ
スタの動作測定を調べた結果、ゲートリーク電流はゲー
ト電圧1.0ボルトのとき、7×10-4アンペア/cm2
なり、十分に小さいことが分かった。
In this structure, the first p-type silicon film 106 and the second p-type silicon film 114 as the source or drain region, the strained silicon film 109 as the channel region, and the gate insulating film 110 and the gate electrode 111 are formed, It constitutes a vertical electric field transistor. As a result of examining the operation measurement of this transistor, it was found that the gate leakage current was 7 × 10 −4 Amps / cm 2 at a gate voltage of 1.0 V, which was sufficiently small.

【0017】(実施例2)以下、本発明の他の一実施例
を説明する。本実施例では、インバータ回路を構成した
トランジスタ構造に関して説明する。
(Embodiment 2) Another embodiment of the present invention will be described below. In this embodiment, a transistor structure forming an inverter circuit will be described.

【0018】図4は作製したインバータ回路の断面概略
構造図である。主表面の結晶面が(100)の単結晶シ
リコンの基板101には、リン濃度が1015 〜1016
/cm3 のn型ウェル102aとボロン濃度が1015〜1
16/cm3 のp型ウェル102bが形成されている。n
型ウェル102aの上面には、配線となる濃度1019
1020/cm3 のp型拡散膜103aが形成され、p型ウ
ェル102bの上面には、配線となる濃度1019〜10
20/cm3 のn型拡散膜103bが形成されている。ま
た、n型ウェル102aやp型ウェル102bはトレン
チ分離法によって形成された分離用酸化膜104によっ
て他の領域と電気的に絶縁されている。p型拡散膜10
3aの上には第1シリコン膜105aが形成され、n型
拡散膜103bの上には第1シリコン膜105bが形成
されている。第1シリコン膜105aの側面には第1p
型シリコン膜106aが形成され、第1シリコン膜10
5bの側面には第1n型シリコン膜106bが形成され
ている。第1p型シリコン膜106aの側面にはボロン
を含む第1酸化膜107aが形成され、第1n型シリコ
ン膜106bの側面にはリンを含む第1酸化膜107b
が形成されている。第1酸化膜107a,第1酸化膜1
07bの上には第1窒化膜112が積層されている。第
1シリコン膜105aの上にはシリコンゲルマニウム膜
108aが積層され、第1シリコン膜105bの上にはシ
リコンゲルマニウム膜108bが積層されている。シリ
コンゲルマニウム膜108aの側面には歪シリコン膜1
09aが形成され、シリコンゲルマニウム膜108bの
側面には歪シリコン膜109bが形成されている。歪シ
リコン膜109aや歪シリコン膜109bの側面には厚
さ2.0 ナノメートルのシリコン酸化膜のゲート絶縁膜
110が形成されている。ゲート絶縁膜110の側面に
は多結晶シリコンのゲート電極111aやゲート電極1
11bが形成されている。シリコンゲルマニウム膜10
8aの上には第2シリコン膜113aが積層され、シリ
コンゲルマニウム膜108bの上には第2シリコン膜1
13bが積層されている。第2シリコン膜113aの側
面には第2p型シリコン膜114aが形成され、第2シ
リコン膜113bの側面には第2n型シリコン膜114
bが形成されている。第2p型シリコン膜114aの側
面にはボロンを含む第2酸化膜115aが形成され、第
2n型シリコン膜114bの側面にはリンを含む第2酸
化膜115bが形成されている。第2シリコン膜113
aの上部にはソースまたはドレイン電極となる多結晶シ
リコン膜117aが形成され、第2シリコン膜113b
の上部にはソースまたはドレイン電極となる多結晶シリ
コン膜117bが形成されている。多結晶シリコン膜11
7aや多結晶シリコン膜117bの上部には第3窒化膜1
18が形成されている。第3窒化膜118の一部は開口
されており、銅の第1電極401aや銅の第1電極40
1bが接続されている。また、p型拡散層103aの一
部には銅の第2電極402aが接続されており、n型拡
散層103bの一部には銅の第2電極402bが接続され
ている。第1電極401a,第1電極401b,第2電
極402a,第2電極402b,ゲート電極111a,ゲ
ート電極111bは第3酸化膜403によって電気的に
絶縁されている。
FIG. 4 is a cross-sectional schematic structural diagram of the produced inverter circuit. A substrate 101 made of single crystal silicon whose main surface has a crystal plane of (100) has a phosphorus concentration of 10 15 to 10 16.
/ Cm 3 n-type well 102a and boron concentration 10 15 -1
A p-type well 102b of 0 16 / cm 3 is formed. n
On the upper surface of the mold well 102a, a wiring concentration of 10 19 to
A p-type diffusion film 103a having a concentration of 10 20 / cm 3 is formed, and a concentration of 10 19 to 10 10 to be wiring is formed on the upper surface of the p-type well 102b.
An n-type diffusion film 103b of 20 / cm 3 is formed. The n-type well 102a and the p-type well 102b are electrically insulated from other regions by the isolation oxide film 104 formed by the trench isolation method. p-type diffusion film 10
A first silicon film 105a is formed on 3a, and a first silicon film 105b is formed on the n-type diffusion film 103b. The first p film is formed on the side surface of the first silicon film 105a.
The type silicon film 106a is formed, and the first silicon film 10 is formed.
A first n-type silicon film 106b is formed on the side surface of 5b. A first oxide film 107a containing boron is formed on the side surface of the first p-type silicon film 106a, and a first oxide film 107b containing phosphorus is formed on the side surface of the first n-type silicon film 106b.
Are formed. First oxide film 107a, first oxide film 1
A first nitride film 112 is laminated on 07b. A silicon germanium film is formed on the first silicon film 105a.
108a is laminated, and a silicon germanium film 108b is laminated on the first silicon film 105b. The strained silicon film 1 is formed on the side surface of the silicon germanium film 108a.
09a is formed, and a strained silicon film 109b is formed on the side surface of the silicon germanium film 108b. A gate insulating film 110 of a silicon oxide film having a thickness of 2.0 nm is formed on the side surface of the strained silicon film 109a and the strained silicon film 109b. On the side surface of the gate insulating film 110, the gate electrode 111a made of polycrystalline silicon and the gate electrode 1 are formed.
11b is formed. Silicon germanium film 10
The second silicon film 113a is laminated on the silicon 8a and the second silicon film 1a is formed on the silicon germanium film 108b.
13b are stacked. A second p-type silicon film 114a is formed on the side surface of the second silicon film 113a, and a second n-type silicon film 114 is formed on the side surface of the second silicon film 113b.
b is formed. A second oxide film 115a containing boron is formed on the side surface of the second p-type silicon film 114a, and a second oxide film 115b containing phosphorus is formed on the side surface of the second n-type silicon film 114b. Second silicon film 113
A polycrystalline silicon film 117a serving as a source or drain electrode is formed on the upper part of a, and the second silicon film 113b is formed.
A polycrystalline silicon film 117b serving as a source or drain electrode is formed on the upper part of the. Polycrystalline silicon film 11
The third nitride film 1 is formed on the 7a and the polycrystalline silicon film 117b.
18 is formed. A part of the third nitride film 118 is opened, and the copper first electrode 401a and the copper first electrode 40 are formed.
1b is connected. The copper second electrode 402a is connected to part of the p-type diffusion layer 103a, and the copper second electrode 402b is connected to part of the n-type diffusion layer 103b. The first electrode 401a, the first electrode 401b, the second electrode 402a, the second electrode 402b, the gate electrode 111a, and the gate electrode 111b are electrically insulated by the third oxide film 403.

【0019】図4に示した構造では、ソースまたはドレ
イン領域としての第1p型シリコン膜106aと第2p
型シリコン膜114a,チャネル領域となる歪シリコン
膜109a、そしてゲート絶縁膜110とゲート電極1
11から成るp型電界トランジスタが構成されている。
また、同時に、ソースまたはドレイン領域としての第1
n型シリコン膜106bと第2n型シリコン膜114
b,チャネル領域となる歪シリコン膜109b、そして
ゲート絶縁膜110とゲート電極111から成るn型電
界トランジスタも構成されている。n型トランジスタと
p型トランジスタを構成できることから、二つのトラン
ジスタを接続することで様々なロジック回路を構成でき
る。
In the structure shown in FIG. 4, the first p-type silicon film 106a serving as the source or drain region and the second p-type silicon film 106a are formed.
Type silicon film 114a, strained silicon film 109a to be a channel region, and gate insulating film 110 and gate electrode 1
A p-type field transistor 11 is constructed.
At the same time, the first as a source or drain region
n-type silicon film 106b and second n-type silicon film 114
b, a strained silicon film 109b serving as a channel region, and an n-type electric field transistor including a gate insulating film 110 and a gate electrode 111 are also formed. Since an n-type transistor and a p-type transistor can be formed, various logic circuits can be formed by connecting two transistors.

【0020】図5は一例として、インバータ回路を構成
した際の配線状況を説明する平面図である。
As an example, FIG. 5 is a plan view for explaining the wiring condition when an inverter circuit is constructed.

【0021】図37は構成した半導体装置の等価回路で
ある。第2電極402aに+1.5Vの電位を与え、第
2電極402bには−1.5V の電位を与えた。また、
ゲート電極111aに接続されている第3電極501a
とゲート電極111bに接続されている第3電極501
bとを結線して、入力信号を与えた。そして、第1電極
401aと第1電極401bを接続し出力信号を取り出
した。このインバータ回路は正常に動作した。
FIG. 37 is an equivalent circuit of the constructed semiconductor device. A potential of + 1.5V was applied to the second electrode 402a, and a potential of -1.5V was applied to the second electrode 402b. Also,
Third electrode 501a connected to gate electrode 111a
And a third electrode 501 connected to the gate electrode 111b
The input signal was given by connecting with b. Then, the first electrode 401a and the first electrode 401b were connected and an output signal was taken out. This inverter circuit worked normally.

【0022】図38はn型トランジスタの実効移動度の
評価結果である。破線はシリコン材料が本来有する移動
度の電界依存性である。実線で示しているのは、シリコ
ンに歪を入れた本発明のn型トランジスタである。本発
明のトランジスタにおける電子の移動度は、一般的なシ
リコンの移動度に比べて増大しており、高速な回路動作
が可能となったことが分かる。
FIG. 38 shows the evaluation result of the effective mobility of the n-type transistor. The broken line is the electric field dependence of the mobility which the silicon material originally has. The solid line shows the n-type transistor of the present invention in which silicon is strained. The mobility of electrons in the transistor of the present invention is higher than that of general silicon, which shows that high-speed circuit operation is possible.

【0023】また、図38のグラフによれば、本発明の
電子の実効移動度は、通常の結晶格子定数を有するシリ
コンの実効移動度に対して、電界強度0.75M(V/c
m)から1.4M(V/cm)の範囲において、1.35倍か
ら1.70倍の実行移動度の向上が認められる。
Further, according to the graph of FIG. 38, the effective electron mobility of the present invention is 0.75 M (V / c) with respect to the effective mobility of silicon having a normal crystal lattice constant.
In the range of m) to 1.4 M (V / cm), an improvement in execution mobility of 1.35 times to 1.70 times is recognized.

【0024】(実施例3)以下、本発明の他の一実施例
を説明する。本実施例では、インバータ回路を構成した
トランジスタの製造方法に関して説明する。
(Embodiment 3) Another embodiment of the present invention will be described below. In this embodiment, a method of manufacturing a transistor that forms an inverter circuit will be described.

【0025】図6から図35は作製したインバータ回路
の製造方法を説明するための断面概略構造図である。図
6に示すように、主表面の結晶面が(100)の単結晶
シリコンの基板101にドライエッチングによる浅溝形
成と酸化膜埋め込みによって素子分離用酸化膜104を
形成した。
6 to 35 are schematic sectional structural views for explaining the manufacturing method of the manufactured inverter circuit. As shown in FIG. 6, an element isolation oxide film 104 was formed on a substrate 101 of single crystal silicon whose main surface has a crystal plane of (100) by dry etching to form a shallow groove and bury an oxide film.

【0026】次に図7に示すように、レジスト601を
塗布,パターニング後、イオン打ち込み方によって、リ
ン濃度が1015〜1016/cm3 のn型ウェル102aを
形成し、さらにイオン打ち込み法によって配線となるボ
ロン濃度1019 〜1020/cm3 のp型拡散膜103a
を形成した。
Next, as shown in FIG. 7, after applying a resist 601 and patterning, an n-type well 102a having a phosphorus concentration of 10 15 to 10 16 / cm 3 is formed by an ion implantation method, and further, an ion implantation method is used. A p-type diffusion film 103a having a boron concentration of 10 19 to 10 20 / cm 3 for wiring.
Was formed.

【0027】次に図8に示すように、レジスト601を
塗布,パターニング後、イオン打ち込み方によって、ボ
ロン濃度が1015〜1016/cm3 のp型ウェル102b
を形成し、さらにイオン打ち込み法によって配線となる
リン濃度1019 〜1020/cm3 のn型拡散膜103b
を形成した。
Next, as shown in FIG. 8, after the resist 601 is applied and patterned, the p-type well 102b having a boron concentration of 10 15 to 10 16 / cm 3 is formed by ion implantation.
And an n-type diffusion film 103b having a phosphorus concentration of 10 19 to 10 20 / cm 3 to form wiring by ion implantation.
Was formed.

【0028】次に図9に示すように、素子分離用酸化膜
104,p型拡散膜103a及びn型拡散膜103bの
上に化学気相成長(CVD)法によって、厚さ50ナノ
メートルの第1酸化膜107を形成した。
Next, as shown in FIG. 9, a 50 nm-thick first oxide film 104 for element isolation, a p-type diffusion film 103a and an n-type diffusion film 103b are formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. The 1-oxide film 107 was formed.

【0029】次に図10に示すように、レジスト601
を塗布,パターニング後、イオン打ち込み方によって第
1酸化膜107にリンを打ち込み、リン濃度1020/cm
3 の第1酸化膜107bを形成した。
Next, as shown in FIG. 10, a resist 601.
After coating and patterning, phosphorus is implanted into the first oxide film 107 by an ion implantation method so that the phosphorus concentration is 10 20 / cm 2.
A third first oxide film 107b was formed.

【0030】次に図11に示すように、レジスト601
を塗布,パターニング後、イオン打ち込み方によって第
1酸化膜107にボロンを打ち込み、ボロン濃度1020
/cm3の第1酸化膜107aを形成した。
Next, as shown in FIG. 11, a resist 601.
After coating and patterning, boron is implanted into the first oxide film 107 by an ion implantation method so that the boron concentration is 10 20
/ Cm 3 of the first oxide film 107a was formed.

【0031】次に図12に示すように、レジスト601
を剥離した後、厚さ10ナノメートルの第1窒化膜11
2をCVD法で堆積し、さらに厚さ20ナノメートルの
第1犠牲酸化膜1201をCVD法で形成した。そし
て、厚さ10ナノメートルの第2窒化膜116をCVD
法で形成した。
Next, as shown in FIG. 12, a resist 601.
After peeling off the first nitride film 11 having a thickness of 10 nm
2 was deposited by the CVD method, and further a first sacrificial oxide film 1201 having a thickness of 20 nanometers was formed by the CVD method. Then, the second nitride film 116 having a thickness of 10 nm is formed by CVD.
Formed by the method.

【0032】次に図13に示すように、第2窒化膜11
6の上に厚さ50ナノメートルの第2酸化膜115をC
VD法で形成後、レジスト601を塗布,パターニング
した。そして、イオン打ち込み方によって第2酸化膜1
15にリンを打ち込み、リン濃度1020/cm3 の第2酸
化膜115bを形成した。
Next, as shown in FIG. 13, the second nitride film 11 is formed.
A second oxide film 115 having a thickness of 50 nm is formed on
After forming by the VD method, a resist 601 was applied and patterned. Then, the second oxide film 1 is formed by the ion implantation method.
Phosphorus was implanted into 15 to form a second oxide film 115b having a phosphorus concentration of 10 20 / cm 3 .

【0033】次に図14に示すように、レジスト601
を塗布,パターニング後、イオン打ち込み方によってボ
ロンを打ち込み、ボロン濃度1020/cm3 の第2酸化膜
115aを形成した。
Next, as shown in FIG. 14, a resist 601.
After coating and patterning, boron is ion-implanted to form a second oxide film with a boron concentration of 10 20 / cm 3 .
Formed 115a.

【0034】次に図15に示すように、レジスト601
を塗布,パターニング後、ドライエッチングによって第
1開口部1501を形成した。
Next, as shown in FIG. 15, a resist 601.
After coating and patterning, a first opening 1501 was formed by dry etching.

【0035】次に図16に示すように、第1開口部15
01の底部から順に選択エピタキシャル成長法によっ
て、第1シリコン膜105b,シリコンゲルマニウム膜
108b,第2シリコン膜113bを形成した。
Next, as shown in FIG. 16, the first opening 15
01 from the bottom to a first silicon film 105b and a silicon germanium film by a selective epitaxial growth method.
108b and the second silicon film 113b were formed.

【0036】次に図17に示すように、化学機械研磨
(CMP)法によって、第2酸化膜115aや第2酸化
膜115bの表面から飛び出している第2シリコン膜11
3bを除去し、第2シリコン膜113bを平坦化した。
Next, as shown in FIG. 17, the second silicon film 11 protruding from the surface of the second oxide film 115a or the second oxide film 115b is formed by the chemical mechanical polishing (CMP) method.
3b was removed and the second silicon film 113b was flattened.

【0037】次に図18に示すように、レジスト601
を塗布,パターニング後、ドライエッチングによって第
2開口部1801を形成した。
Next, as shown in FIG. 18, a resist 601.
After coating and patterning, a second opening 1801 was formed by dry etching.

【0038】次に図19に示すように、第2開口部18
01の底部から順に選択エピタキシャル成長法によっ
て、第1シリコン膜105a,シリコンゲルマニウム膜
108a,第2シリコン膜113aを形成した。
Next, as shown in FIG. 19, the second opening 18
01 from the bottom to a first silicon film 105a and a silicon germanium film by a selective epitaxial growth method.
108a and the 2nd silicon film 113a were formed.

【0039】次に図20に示すように、CMP法によっ
て、第2酸化膜115aや第2酸化膜115bの表面か
ら飛び出している第2シリコン膜113aを除去し、第
2シリコン膜113aを平坦化した。
Next, as shown in FIG. 20, the second silicon film 113a protruding from the surfaces of the second oxide film 115a and the second oxide film 115b is removed by CMP to planarize the second silicon film 113a. did.

【0040】次に図21に示すように、CVD法によっ
て、厚さ50ナノメートルの多結晶シリコン膜117を
形成し、さらに、レジスト601を塗布,パターニング
した。そして、イオン打ち込み方によって多結晶シリコ
ン膜117にリンを打ち込み、リン濃度1020/cm3
多結晶シリコン膜117bを形成した。
Next, as shown in FIG. 21, a polycrystalline silicon film 117 having a thickness of 50 nm was formed by the CVD method, and a resist 601 was applied and patterned. Then, phosphorus was implanted into the polycrystalline silicon film 117 by the ion implantation method to form a polycrystalline silicon film 117b having a phosphorus concentration of 10 20 / cm 3 .

【0041】次に図22に示すように、レジスト601
を塗布,パターニングした。そして、イオン打ち込み方
によって多結晶シリコン膜117にボロンを打ち込み、
ボロン濃度1020/cm3 の多結晶シリコン膜117aを
形成した。
Next, as shown in FIG. 22, a resist 601.
Was applied and patterned. Then, boron is implanted into the polycrystalline silicon film 117 by the ion implantation method,
A polycrystalline silicon film 117a having a boron concentration of 10 20 / cm 3 was formed.

【0042】次に図23に示すように、レジスト601
を剥離した後、厚さ40ナノメートルの第3窒化膜11
8をCVD法で堆積した。
Next, as shown in FIG. 23, a resist 601.
And then the third nitride film 11 having a thickness of 40 nm is peeled off.
8 was deposited by the CVD method.

【0043】次に図24に示すように、レジスト601
を塗布,パターニングした後、レジスト601をマスク
にして第3窒化膜118,多結晶シリコン膜117aと
多結晶シリコン膜117b,第2酸化膜115aと第2
酸化膜115bをドライエッチング法で除去した。
Next, as shown in FIG. 24, a resist 601.
After coating and patterning, using the resist 601 as a mask, the third nitride film 118, the polycrystalline silicon film 117a and the polycrystalline silicon film 117b, the second oxide film 115a and the second
The oxide film 115b was removed by a dry etching method.

【0044】次に図25に示すように、CVD法によっ
て、厚さ30ナノメートルの第4窒化膜2501を形成
した。なお、第2窒化膜116や第3窒化膜118の上
にも第4窒化膜2501が形成されるため、互いに区分
できなくなる。この後の説明では、第4窒化膜2501
や第3窒化膜118は第2窒化膜116の一部とみな
す。
Next, as shown in FIG. 25, a fourth nitride film 2501 having a thickness of 30 nm was formed by the CVD method. Since the fourth nitride film 2501 is formed on the second nitride film 116 and the third nitride film 118, they cannot be separated from each other. In the following description, the fourth nitride film 2501
The third nitride film 118 is regarded as a part of the second nitride film 116.

【0045】次に図26に示すように、異方性ドライエ
ッチングによって、多結晶シリコン膜117aと多結晶
シリコン膜117b,第2酸化膜115aと第2酸化膜
115bの側面に第2窒化膜116を残した。
Next, as shown in FIG. 26, the polycrystalline silicon film 117a and the polycrystalline silicon film 117b, the second oxide film 115a and the second oxide film are anisotropically dry-etched.
The second nitride film 116 was left on the side surface of 115b.

【0046】次に図27に示すように、フッ酸水による
ウエットエッチングによって、第1犠牲酸化膜1201
を除去した。
Next, as shown in FIG. 27, the first sacrificial oxide film 1201 is formed by wet etching with hydrofluoric acid water.
Was removed.

【0047】次に図28に示すように、熱酸化法によっ
てシリコンゲルマニウム膜108aとシリコンゲルマニ
ウム膜108bの側面を酸化することで、第2犠牲酸化
膜2801を形成した。
Next, as shown in FIG. 28, the second sacrificial oxide film 2801 was formed by oxidizing the side surfaces of the silicon germanium film 108a and the silicon germanium film 108b by a thermal oxidation method.

【0048】次に図29に示すように、フッ酸水による
ウエットエッチングによって、第2犠牲酸化膜2801
を除去し、エッチバック領域2901を形成した。
Next, as shown in FIG. 29, the second sacrificial oxide film 2801 is formed by wet etching with hydrofluoric acid water.
Was removed to form an etch back region 2901.

【0049】次に図30に示すように、選択エピタキシ
ャル成長法によってシリコンゲルマニウム膜108aと
シリコンゲルマニウム膜108bの側面に厚さ15ナノ
メートルの歪シリコン膜109aと歪シリコン膜109
bを形成した。
Next, as shown in FIG. 30, the strained silicon film 109a and the strained silicon film 109 having a thickness of 15 nm are formed on the side surfaces of the silicon germanium film 108a and the silicon germanium film 108b by the selective epitaxial growth method.
b was formed.

【0050】次に図31に示すように、歪シリコン膜1
09aと歪シリコン膜109bの側壁に、熱酸化法によ
って厚さ2.0 ナノメートルの酸化膜を形成後、アンモ
ニア雰囲気中で熱処理することでゲート絶縁膜110を
形成した。
Next, as shown in FIG. 31, the strained silicon film 1
An oxide film having a thickness of 2.0 nm was formed on the sidewalls of the 09a and the strained silicon film 109b by a thermal oxidation method, and then heat-treated in an ammonia atmosphere to form a gate insulating film 110.

【0051】次に図32に示すように、熱CVD法によ
って厚さ50ナノメートルの多結晶シリコン膜のゲート
電極111を第2窒化膜116の周囲,ゲート絶縁膜1
10の側面,第1窒化膜112の上面に形成した。
Next, as shown in FIG. 32, the gate electrode 111 of a polycrystalline silicon film having a thickness of 50 nm is formed around the second nitride film 116 and the gate insulating film 1 by the thermal CVD method.
It was formed on the side surface of 10 and the upper surface of the first nitride film 112.

【0052】次に図33に示すように、ドライエッチン
グ法によってゲート電極111をエッチングし、第4窒
化膜2501をマスクとしてゲート電極111aとゲー
ト電極111bを形成した。
Next, as shown in FIG. 33, the gate electrode 111 was etched by the dry etching method to form the gate electrode 111a and the gate electrode 111b using the fourth nitride film 2501 as a mask.

【0053】次に図34に示すように、第3酸化膜40
3をCVD法で形成後、CMP法で表面を平坦化した。
Next, as shown in FIG. 34, the third oxide film 40
After forming 3 by the CVD method, the surface was flattened by the CMP method.

【0054】次に図35に示すように、第1電極401
aと第1電極401bを多結晶シリコン膜117aと多
結晶シリコン膜117bにそれぞれ接続させた。同様
に、第2電極402aと第2電極402bをp型拡散層
103aとn型拡散層103bにそれぞれ接続させた。
Next, as shown in FIG. 35, the first electrode 401
a and the first electrode 401b were connected to the polycrystalline silicon film 117a and the polycrystalline silicon film 117b, respectively. Similarly, the second electrode 402a and the second electrode 402b were connected to the p-type diffusion layer 103a and the n-type diffusion layer 103b, respectively.

【0055】以上、説明したようにp型トランジスタと
n型トランジスタを同一の基板101の上に形成できた。
As described above, the p-type transistor and the n-type transistor can be formed on the same substrate 101.

【0056】なお、使用した図面の縦横の寸法は説明の
都合上、見やすいように適宜、縮小拡大させた。また、
酸化膜中にボロンやリンをイオン打ち込み法によって注
入したが、例えばCVD成膜中にホスフィンガス(PH
3)やジボランガス(B26)を混入させることで、リン
やボロンを含む酸化膜を形成してもよい。
For convenience of description, the vertical and horizontal dimensions of the drawings used are appropriately reduced or enlarged for easy viewing. Also,
Boron or phosphorus was injected into the oxide film by the ion implantation method. For example, phosphine gas (PH
An oxide film containing phosphorus or boron may be formed by mixing 3 ) or diborane gas (B 2 H 6 ).

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明では、半導体基板の主表面上に形
成されたソース領域となる第1半導体膜と、第1半導体
膜上に積層された第2半導体膜と、第2半導体膜上に積
層されたドレイン領域となる第3半導体膜を有する電界
効果型トランジスタにおいて、第2半導体膜の側面上に
チャネル領域となる第4半導膜をバッファ膜なしで形成
することによって、結晶欠陥が少なく、表面ラフネスの
小さい歪シリコン膜を得られた。そして、歪シリコン膜
の結晶欠陥や表面ラフネスを抑制できるために、これま
で問題であったゲートリーク電流を低減できる効果を得
られた。
According to the present invention, the first semiconductor film serving as the source region formed on the main surface of the semiconductor substrate, the second semiconductor film laminated on the first semiconductor film, and the second semiconductor film formed on the second semiconductor film. In the field-effect transistor having the stacked third semiconductor film which becomes the drain region, crystal defects are reduced by forming the fourth semiconductor film which becomes the channel region on the side surface of the second semiconductor film without the buffer film. A strained silicon film having a small surface roughness was obtained. Since the crystal defects and the surface roughness of the strained silicon film can be suppressed, the effect of reducing the gate leak current, which has been a problem so far, was obtained.

【0058】また、本発明では、半導体基板の主表面上
に、第1絶縁膜を形成する工程と、第1絶縁膜の上に第
2絶縁膜を形成する工程と、第2絶縁膜の上に第3絶縁
膜を形成する工程と、第3絶縁膜の上に第4絶縁膜を形
成する工程と、第4絶縁膜の上に第5絶縁膜を形成する
工程と、第1絶縁膜から第5絶縁膜を開口して半導体基
板の表面を露出させる工程を有する半導体装置の製造方
法において、開口部にソース領域となる第1半導体膜を
形成する工程と、第1半導体膜の上に第2半導体膜を形
成する工程と、第2半導体膜の上にドレイン領域となる
第3半導体膜を形成する工程と、第2半導体膜の側面に
チャネル領域となる第4半導体膜を形成する工程によっ
て結晶欠陥が少なく、表面ラフネスの小さい歪シリコン
膜を製造できた。そして、この製造方法では、歪シリコ
ン膜の結晶欠陥や表面ラフネスを抑制でき、ゲートリー
ク電流を低減できる効果を得られた。
Further, in the present invention, the step of forming the first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate, the step of forming the second insulating film on the first insulating film, and the step of forming the second insulating film on the second insulating film. A step of forming a third insulating film on the first insulating film, a step of forming a fourth insulating film on the third insulating film, a step of forming a fifth insulating film on the fourth insulating film, and In a method of manufacturing a semiconductor device, which includes a step of exposing a surface of a semiconductor substrate by opening a fifth insulating film, a step of forming a first semiconductor film to be a source region in the opening, and a step of forming a first semiconductor film on the first semiconductor film. The step of forming the second semiconductor film, the step of forming the third semiconductor film to be the drain region on the second semiconductor film, and the step of forming the fourth semiconductor film to be the channel region on the side surface of the second semiconductor film. A strained silicon film having few crystal defects and small surface roughness could be manufactured. Then, with this manufacturing method, the crystal defects and surface roughness of the strained silicon film can be suppressed, and the effect of reducing the gate leakage current can be obtained.

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

【図1】本発明の実施例1に係る半導体装置の一断面
図。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来の半導体装置の一断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.

【図3】従来の半導体装置のバッファ膜中のゲルマニウ
ム組成比を説明する図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a germanium composition ratio in a buffer film of a conventional semiconductor device.

【図4】本発明の実施例2に係る半導体装置の一断面
図。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the invention.

【図5】本発明の実施例2に係る半導体装置の一平面
図。
FIG. 5 is a plan view of a semiconductor device according to a second embodiment of the invention.

【図6】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程
を説明するための半導体装置の断面図。
FIG. 6 is a sectional view of the semiconductor device for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the invention.

【図7】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程
において、図6に示す工程の後の工程を説明するための
半導体装置の断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 6 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程
において、図7に示す工程の後の工程を説明するための
半導体装置の断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 7 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程
において、図8に示す工程の後の工程を説明するための
半導体装置の断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 8 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図9に示す工程の後の工程を説明するため
の半導体装置の断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 9 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図10に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 10 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the invention.

【図12】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図11に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 11 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図12に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 12 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the invention.

【図14】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図13に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 13 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図14に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 14 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図15に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 15 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図16に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 16 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図17に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 17 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図18に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 18 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図19に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 19 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図20に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 21 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 20 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図22】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図21に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
22 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 21 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the invention. FIG.

【図23】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図22に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図24】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図23に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 23 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図25】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図24に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 25 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 24 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図26】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図25に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 26 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 25 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図27】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図26に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 27 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 26 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図28】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図27に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 28 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 27 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図29】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図28に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 29 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 28 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図30】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図29に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 30 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 29 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図31】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図30に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 31 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 30 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図32】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図31に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
32 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 31 in the manufacturing process of the semiconductor device according to Working Example 3 of the invention. FIG.

【図33】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図32に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 33 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 32 in the manufacturing process of the semiconductor device according to Working Example 3 of the invention.

【図34】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図33に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
34 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 33 in the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG.

【図35】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工
程において、図34に示す工程の後の工程を説明するた
めの半導体装置の断面図。
FIG. 35 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining a step that follows the step shown in FIG. 34 in the process for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図36】本発明の実施態様に係る半導体装置の構造
例。
FIG. 36 is a structural example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図37】本発明の実施態様に係る半導体装置の等価回
路。
FIG. 37 is an equivalent circuit of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図38】本発明の実施態様に係る半導体装置の測定デ
ータ例。
FIG. 38 is an example of measurement data of the semiconductor device according to the embodiment of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…基板、102…n型ウェル、103…p型拡散
膜、104…分離用酸化膜、105…第1シリコン膜、
106…第1p型シリコン膜、107…第1酸化膜、1
08…シリコンゲルマニウム膜、109…歪シリコン
膜、110…ゲート絶縁膜、111…ゲート電極、11
2…第1窒化膜、113…第2シリコン膜、114…第
2p型シリコン膜、115…第2酸化膜、116…第2
窒化膜、117…多結晶シリコン膜、118…第3窒化
膜、401,401a,401b…第1電極、402,
402a,402b…第2電極、501,501a,50
1b…第3電極、1201…第1犠牲酸化膜、1501
…第1開口部、1801…第2開口部、2501…第4
窒化膜、2801…第2犠牲酸化膜、2901…エッチ
バック領域、3501…ドレイン、3502…ゲート絶
縁膜(SiON)、3503,3507…絶縁物(PS
G:リンドープガラス)、3504,3506…絶縁物
(SiN)、3505…ゲート、3508…ソース。
101 ... Substrate, 102 ... N-type well, 103 ... P-type diffusion film, 104 ... Isolation oxide film, 105 ... First silicon film,
106 ... First p-type silicon film, 107 ... First oxide film, 1
08 ... Silicon germanium film, 109 ... Strained silicon film, 110 ... Gate insulating film, 111 ... Gate electrode, 11
2 ... First nitride film, 113 ... Second silicon film, 114 ... Second p-type silicon film, 115 ... Second oxide film, 116 ... Second
Nitride film, 117 ... Polycrystalline silicon film, 118 ... Third nitride film, 401, 401a, 401b ... First electrode, 402,
402a, 402b ... Second electrode, 501, 501a, 50
1b ... third electrode, 1201 ... first sacrificial oxide film, 1501
... first opening, 1801 ... second opening, 2501 ... fourth
Nitride film, 2801 ... Second sacrificial oxide film, 2901 ... Etch back region, 3501 ... Drain, 3502 ... Gate insulating film (SiON), 3503, 3507 ... Insulator (PS
G: phosphorus-doped glass), 3504, 3506 ... Insulator (SiN), 3505 ... Gate, 3508 ... Source.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 智志 東京都青梅市新町六丁目16番地の2 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Fターム(参考) 5F048 AA07 AB04 AC03 BA05 BA14 BB01 BB05 BC01 BC03 BD01 BD07 BD09 BE03 BG14 5F140 AA01 AA24 AB03 AC23 AC28 BA01 BA05 BA16 BA17 BB04 BC13 BE07 BE16 BF01 BF04 BG08 BG14 BG28 BG38 BH02 BH05 BJ01 BJ04 BJ27 BK13 CB04 CC03 CC12 CE07 CE20   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Satoshi Yamamoto             2 shares of 6-16 Shinmachi, Ome City, Tokyo             Hitachi Device Development Center F-term (reference) 5F048 AA07 AB04 AC03 BA05 BA14                       BB01 BB05 BC01 BC03 BD01                       BD07 BD09 BE03 BG14                 5F140 AA01 AA24 AB03 AC23 AC28                       BA01 BA05 BA16 BA17 BB04                       BC13 BE07 BE16 BF01 BF04                       BG08 BG14 BG28 BG38 BH02                       BH05 BJ01 BJ04 BJ27 BK13                       CB04 CC03 CC12 CE07 CE20

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の主表面上に形成された第1半
導体膜と、 前記第1半導体膜上に積層される第2半導体膜と、 前記第2半導体膜上に積層された第3半導体膜と、 前記第2半導体膜の積層されていない側面に定常状態の
結晶格子定数とは異なった結晶格子定数を有する物質に
よって形成された第4半導膜とを有していることを特徴
とする半導体装置。
1. A first semiconductor film formed on a main surface of a semiconductor substrate, a second semiconductor film laminated on the first semiconductor film, and a third semiconductor laminated on the second semiconductor film. And a fourth semiconductor film formed on a side surface of the second semiconductor film on which the second semiconductor film is not laminated, the fourth semiconductor film being formed of a substance having a crystal lattice constant different from a steady state crystal lattice constant. Semiconductor device.
【請求項2】半導体基板の主表面上に形成された第1半
導体膜を有するソース領域と、 前記第1半導体膜上に積層され、シリコンとシリコンと
は異なる格子定数の物質を含む第2半導体膜と、 前記第2半導体膜上に積層された第3半導体膜を有する
ドレイン領域と、 前記第2半導体膜の側面に歪シリコンによって形成され
た第4半導膜が形成され、前記第4半導体膜上に絶縁膜
を介して形成されたゲート電極とを備えたことを特徴と
する半導体装置。
2. A source region having a first semiconductor film formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a second semiconductor laminated on the first semiconductor film and containing silicon and a substance having a lattice constant different from silicon. A film, a drain region having a third semiconductor film stacked on the second semiconductor film, and a fourth semiconductor film formed of strained silicon on a side surface of the second semiconductor film. A semiconductor device comprising: a gate electrode formed on the film via an insulating film.
【請求項3】請求項1あるいは請求項2において、 第2半導体膜の結晶格子常数が第4半導体膜の結晶格子
常数よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the crystal lattice constant of the second semiconductor film is larger than the crystal lattice constant of the fourth semiconductor film.
【請求項4】請求項1あるいは請求項2において、 第2半導体膜がシリコンゲルマニウム合金であり、第4
半導体膜がシリコンであることを特徴とする半導体装
置。
4. The method according to claim 1 or 2, wherein the second semiconductor film is a silicon germanium alloy.
A semiconductor device, wherein the semiconductor film is silicon.
【請求項5】半導体基板の主表面上に第1絶縁膜を形成
する工程と、 前記第1絶縁膜の上に第2絶縁膜を形成する工程と、 前記第2絶縁膜の上に第3絶縁膜を形成する工程と、 前記第3絶縁膜の上に第4絶縁膜を形成する工程と、 前記第4絶縁膜の上に第5絶縁膜を形成する工程と、 前記第1絶縁膜から第5絶縁膜を開口して前記半導体基
板の表面を露出させる工程と、 前記開口部に第1半導体膜を形成する工程と、 前記第1半導体膜の上に第2半導体膜を形成する工程
と、 前記第2半導体膜の上に第3半導体膜を形成する工程を
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming a first insulating film on the main surface of a semiconductor substrate, a step of forming a second insulating film on the first insulating film, and a third step on the second insulating film. A step of forming an insulating film, a step of forming a fourth insulating film on the third insulating film, a step of forming a fifth insulating film on the fourth insulating film, and A step of opening a fifth insulating film to expose the surface of the semiconductor substrate; a step of forming a first semiconductor film in the opening; and a step of forming a second semiconductor film on the first semiconductor film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a third semiconductor film on the second semiconductor film.
【請求項6】請求項5において、 前記第2半導体膜の側面に第4半導体膜の形成工程を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming a fourth semiconductor film on a side surface of the second semiconductor film.
【請求項7】請求項5又は6において、 前記第2絶縁膜を除去して露出した前記第2半導体膜の
側面に酸化膜を形成し、前記酸化膜を取り除いた前記第
2半導体膜上に歪シリコンを形成する工程を有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
7. The oxide film according to claim 5, wherein an oxide film is formed on a side surface of the second semiconductor film exposed by removing the second insulating film, and the oxide film is removed on the second semiconductor film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming strained silicon.
【請求項8】請求項5乃至7のいずれか1項において、 前記第1半導体膜と前記第2半導体膜と前記第3半導体
膜は、エピタキシャル成長によって形成する工程を有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. The semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming the first semiconductor film, the second semiconductor film, and the third semiconductor film by epitaxial growth. Manufacturing method.
【請求項9】請求項5乃至7のいずれか1項において、 前記第1半導体膜はシリコンを含み、前記第2半導体膜
はシリコンゲルマニウム合金を含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the first semiconductor film contains silicon, and the second semiconductor film contains a silicon germanium alloy.
【請求項10】請求項7において、 前記第2半導体膜の側面を酸化させた後にフッ酸水を含
むエッチング液によって第2半導体膜の側面の前記酸化
膜を除去する工程を有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
10. The method according to claim 7, further comprising the step of oxidizing the side surface of the second semiconductor film and then removing the oxide film on the side surface of the second semiconductor film with an etching solution containing hydrofluoric acid water. Of manufacturing a semiconductor device.
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