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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関するもので、特に、Fin型構造を有するMIS(Metal Insulator Semiconductor)型半導体装置(FinFET:Fin Field Effect Transistor)に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type semiconductor device (FinFET: Fin Field Effect Transistor) having a Fin type structure.
半導体集積回路の発展は、その構成要素であるMOSFET(Metal Oxide Silicon FET)のスケーリング則という優れた特質に依るところが大きい。スケーリング則に則れば、素子の寸法を縮小(素子を微細化)することで、限られたチップ面積内により多くの素子を集積できることになる。しかし、従来のプレーナ(planar)型MOSFET技術の延長による素子の微細化は、近い将来、限界に達すると考えられている。その大きな要因の一つは、微細化が進むと、素子のスタンバイ・パワーが急激に増加することである。原理上、閾値電圧の低下によりカットオフ電流が指数関数的に増大することは避けられない。他にも、不純物濃度の増加による接合リークや表面リークの増大、S係数(サブスレショルド・スイング)の劣化などの問題が関わっている。実際、ハーフピッチが50nm以下の世代では、スタンバイ・パワーがアクティブ・パワーを上回るという試算もある。こうなると、発熱の問題から、素子を微細化しても集積度が上げられなくなる。 The development of semiconductor integrated circuits largely depends on the excellent characteristic of the scaling law of MOSFET (Metal Oxide Silicon FET) which is a component of the semiconductor integrated circuit. According to the scaling law, by reducing the size of the element (miniaturizing the element), more elements can be integrated within a limited chip area. However, device miniaturization by extending the conventional planar MOSFET technology is considered to reach the limit in the near future. One of the major factors is that as the miniaturization progresses, the standby power of the element increases rapidly. In principle, it is inevitable that the cutoff current increases exponentially due to a decrease in the threshold voltage. In addition, problems such as an increase in junction leak and surface leak due to an increase in impurity concentration, and deterioration of S coefficient (subthreshold swing) are involved. In fact, there is a trial calculation that the standby power exceeds the active power in the generation where the half pitch is 50 nm or less. In this case, due to the problem of heat generation, the degree of integration cannot be increased even if the elements are miniaturized.
planar型MOSFETに代わる新しいトランジスタ構造の一つに、FinFETがある(たとえば、非特許文献1,2参照)。これは、二つのMOSFETが互いに対向するように、半導体基板の表面部に形成された凸型形状の半導体領域(以下、フィン)の両側面に、それぞれ、ゲート電極およびソース・ドレイン領域からなるMOSFETを設けるようにしたものである。このFinFETの大きな特長は、フィンの幅を狭くしてチャネルの不純物濃度を薄くすると、S係数および短チャネル効果が改善されることである。ゆえに、素子における、微細化にともなうスタンバイ・パワーの増加を最小限度に抑えることができると期待されている。
One of the new transistor structures replacing the planar type MOSFET is FinFET (see Non-Patent
FinFETは、バルク(bulk)基板を用いるものと、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いるものとに大別できる。bulk基板を用いるFinFET(以下、bulk−FinFET)は、SOI基板を用いるものと比べて、製造コストが安い、ボディ浮遊効果や自己加熱効果によるトランジスタ性能の劣化がないという利点がある。その反面、bulk−FinFETには、フィン下部のゲート電極から隔たった位置でパンチスルーが顕在化することにより、短チャネル効果の制御能力が低下するという問題がある。 FinFETs can be broadly classified into those using a bulk substrate and those using an SOI (Silicon on Insulator) substrate. A FinFET using a bulk substrate (hereinafter referred to as a bulk-FinFET) has an advantage that the manufacturing cost is lower than that using an SOI substrate, and there is no deterioration in transistor performance due to a body floating effect or a self-heating effect. On the other hand, the bulk-FinFET has a problem that the ability to control the short channel effect is lowered due to the manifestation of punch-through at a position separated from the gate electrode below the fin.
この問題を回避するには、従来のplanar型MOSFETと同様、パンチスルーストッパと呼ばれる高濃度の不純物層の導入が不可欠であるとされてきた。しかし、パンチスルーストッパの導入により、接合リークの増加や電流駆動力の劣化などの好ましくない現象が発生する。このため、パンチスルーストッパに代わる、短チャネル効果を効率的に制御できる新しい技術の開発が必要とされている。
本発明は、接合リークの増加や電流駆動力の劣化などを招くことなく、カットオフ時のパンチスルーを抑制でき、短チャネル効果を改善することが可能な半導体装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing punch-through at the time of cut-off and improving the short channel effect without causing an increase in junction leakage or deterioration of current driving force. .
本願発明の一態様によれば、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、長手方向と短手方向とを有する半導体層と、少なくとも前記半導体層の前記短手方向の側面に形成されたゲート電極部と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極部の前記長手方向に隣接して形成されたソース・ドレイン領域と、前記半導体層の側面であって、前記ゲート電極部と前記半導体基板との間に形成され、少なくとも前記ゲート電極部と接する部位が、比誘電率が10以上の高誘電体膜により形成されてなる素子分離用絶縁膜とを具備したことを特徴とする半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and having a longitudinal direction and a lateral direction, and a gate formed on at least a side surface of the semiconductor layer in the lateral direction. An electrode portion; a source / drain region formed in the semiconductor layer and adjacent to the longitudinal direction of the gate electrode portion; and a side surface of the semiconductor layer, the gate electrode portion and the semiconductor substrate, Provided is a semiconductor device characterized in that at least a portion in contact with the gate electrode portion includes an element isolation insulating film formed of a high dielectric film having a relative dielectric constant of 10 or more. Is done.
上記の構成により、接合リークの増加や電流駆動力の劣化などを招くことなく、カットオフ時のパンチスルーを抑制でき、短チャネル効果を改善することが可能な半導体装置を提供できる。 With the above configuration, it is possible to provide a semiconductor device that can suppress punch-through at the time of cut-off and improve the short channel effect without causing an increase in junction leakage or deterioration in current driving force.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものであり、寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic and dimensional ratios and the like are different from actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態にしたがった半導体装置(FinFET)の基本構成を示すものである。なお、ここでは、bulk基板を用いた、ダブルゲート構造型のbulk−FinFETを例に、bulk基板の一部を所望の形状に加工することによって、フィン(一方向の断面が凸型形状を有する、矩形状の半導体層)が形成されてなる場合について説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a basic configuration of a semiconductor device (FinFET) according to a first embodiment of the present invention. In this case, a double gate structure type bulk-FinFET using a bulk substrate is used as an example to process a part of the bulk substrate into a desired shape, thereby forming a fin (a cross section in one direction has a convex shape). A case where a rectangular semiconductor layer) is formed will be described.
図1に示すように、半導体基板であるbulk基板11の表面部には、たとえば単結晶シリコン(Si)からなるフィン12が設けられている。すなわち、フィン12はほぼ矩形状を有し、上記bulk基板11の上方部の、図1に示す短手方向のほぼ中央部に、図1に示す長手方向に沿って設けられている。本実施形態の場合、フィン12は、上記bulk基板11の短手方向に所望の幅(厚さ)Wを有して凸型に形成されるとともに、上記bulk基板11の長手方向と同じ長さ(L)を有して設けられている。また、フィン12は、所望の高さ(H)を有して、上記bulk基板11の上方部に形成されている。
As shown in FIG. 1,
上記フィン12の上面部には、マスクパターン(ハードマスク)として利用される絶縁膜(たとえば、SiN膜)14が選択的に設けられている。この絶縁膜14はマスクパターンとして用いた後、除去してもよい。
An insulating film (for example, SiN film) 14 used as a mask pattern (hard mask) is selectively provided on the upper surface of the
さらに、上記フィン12の各側面の、少なくともチャネル部に相当する部位には、ゲート絶縁膜15を介して、ゲート電極部21が設けられている。ゲート絶縁膜15としては、たとえば、SiO膜、HfSiO膜、HfAlO膜、HfO膜などが用いられる。本実施形態の場合、ゲート電極部21は、上記フィン12の上面部に上記絶縁膜14を介して設けられるとともに、上記フィン12の一部をそれぞれ覆うようにして設けられている。たとえば、ゲート電極部21は、図1に示す上記bulk基板11の長手方向のほぼ中央部に、上記フィン12に直交するようにしてほぼ逆U字型に設けられている。つまり、ゲート電極部21は、上記フィン12の上面部において相互に接続され、一体的に形成されている。
Furthermore, a
また、上記フィン12の各側面の、少なくともチャネル部を除く部位には、それぞれ、上記ゲート電極部21に隣接してソース領域22およびドレイン領域23が形成されている。
A
なお、フィン12の各側面に沿う、上記bulk基板11の表面上には、ゲート電極部21の下部を埋め込むようにして、素子分離のための絶縁膜(素子分離用絶縁膜)13が設けられている。この素子分離用絶縁膜13は積層(複数層)構造を有し、上記bulk基板11に接する下層側が、たとえば比誘電率が3.9程度のSiO2 膜(シリコン酸化膜)13aによって、上記ゲート電極部21と接する上層側が、たとえば比誘電率が10以上の高誘電体膜13bによって、それぞれ形成されている。高誘電体膜13bとしては、たとえば、アルミナ(Al2 O3 )、もしくは、ハフニア(HfO2 )およびそのシリケート(Hf−Si−O混合)またはアルミネート(Hf−Al−O混合)、あるいは、ジルコニア(ZrO2 )およびそのシリケート(Zr−Si−O混合)またはアルミネート(Zr−Al−O混合)が用いられている。
An insulating film (element isolation insulating film) 13 for element isolation is provided on the surface of the
このように、本実施形態のbulk−FinFETは、bulk基板11上に形成されたフィン12の両側面のチャネル部にあたる部分に、互いに対向するように、ゲート絶縁膜15を介してゲート電極部21が形成されてなる構造において、素子分離用絶縁膜13のbulk基板11に接する部分は比誘電率が3.9程度のシリコン酸化膜13aにより形成され、素子分離用絶縁膜13のゲート電極部21に接する部分は比誘電率が10程度の高誘電体膜13bにより形成されている。このような構造とした場合、パンチスルーストッパと呼ばれる高濃度の不純物層を導入せずとも、短チャネル効果の抑制が容易に可能となる。
As described above, the bulk-FinFET of the present embodiment has the
図2(a)〜(j)は、図1に示した構成のbulk−FinFETの製造プロセスを示すものである。ここでは、フィンの上面を厚い絶縁膜で覆うことにより、その絶縁膜に対応するフィンの部分に反転層(チャネル)が形成されないようにした、ダブルゲート構造(図1参照)を例に説明する。なお、各図(a)〜(j)は、図1のII−II線に沿う断面図である。 2A to 2J show a manufacturing process of the bulk-FinFET having the configuration shown in FIG. Here, a double gate structure (see FIG. 1) in which the inversion layer (channel) is not formed in the fin portion corresponding to the insulating film by covering the upper surface of the fin with a thick insulating film will be described as an example. . In addition, each figure (a)-(j) is sectional drawing which follows the II-II line | wire of FIG.
まず、たとえば同図(a)に示すように、bulk基板11の上面に絶縁膜14となる絶縁材料14aを堆積させる。続いて、その絶縁材料14aをRIE(Reactive Ion Etching)により加工し、たとえば同図(b)に示すように、ハードマスク14’を形成する。続いて、たとえば同図(c)に示すように、上記ハードマスク14’を用いて、RIEによりbulk基板11の表面部を加工する。続いて、たとえば同図(d)に示すように、bulk基板11の表面部を熱酸化させて、熱酸化膜(シリコン酸化膜)13a-1を形成する。これにより、図1に示すbulk基板11の短手方向に対する幅(W)が所望の厚さとされた、凸型形状のフィン12が得られる。
First, as shown in FIG. 5A, for example, an
次いで、bulk基板11の全面にシリコン酸化膜13a-2を埋め込んだ後、たとえば同図(e)に示すように、そのシリコン酸化膜13a-2の上面を平坦化する。続いて、上記熱酸化膜13a-1および上記シリコン酸化膜13a-2をリセスし、たとえば同図(f)に示すように、素子分離用絶縁膜13の下層側のシリコン酸化膜13aを所定の厚さとなるように形成する。
Next, after the
次いで、bulk基板11の全面に、上記シリコン酸化膜13aを介して高誘電体膜13bとなる材料13b-1を埋め込んだ後、たとえば同図(g)に示すように、その高誘電体膜材料13b-1の上面を平坦化する。続いて、上記高誘電体膜材料13b-1をリセスし、たとえば同図(h)に示すように、素子分離用絶縁膜13の上層側の高誘電体膜13bを所定の厚さとなるように形成する。
Next, after filling the entire surface of the
次いで、たとえば同図(i)に示すように、露出するフィン12の側面部にそれぞれゲート絶縁膜15となる材料15’を形成する。続いて、たとえば同図(j)に示すように、bulk基板11の全面に、上記素子分離用絶縁膜13を介して電極材料21aを堆積させた後、上記電極材料21aを、上記ゲート絶縁膜材料15’および上記ハードマスク14’と一緒にRIEにより加工する。つまり、上記bulk基板11の長手方向のほぼ中央部にのみ、上記フィン12に直交するようにして、所定のゲート長(L)を有するゲート電極部21が形成される。そして、最後に、フィン12に対するソース領域22およびドレイン領域23の形成が行われることにより、図1に示した構造のbulk−FinFETが完成する。
Next, for example, as shown in FIG. 6I, a material 15 'to be the
上記した構造のbulk−FinFETは、一般的なbulk−FinFETの製造工程に、高誘電体膜材料13b-1の堆積およびリセスの各工程を追加するだけで、簡単に実現できる。
The bulk-FinFET having the above-described structure can be realized simply by adding the steps of depositing and recessing the high
上記したように、本実施形態の構造によれば、ゲート電極部21による電界が、高誘電体膜13bを介してフィン12の下部に作用する。つまり、ゲート電極部21の直下に対し、ゲート電界の回り込み成分が電気的に作用する。これにより、カットオフ時のパンチスルーを抑制でき、短チャネル効果の改善が可能となる。特に、高濃度のパンチスルーストッパを導入する必要がないので、接合リークを抑えると同時に、電流駆動力を稼ぐことが可能となる。よって、オン/オフ比が高く、微細で、しかも、スタンバイ・パワーに優れたトランジスタを安価に製造できるようになる。
As described above, according to the structure of the present embodiment, the electric field generated by the
次に、図1に示した構造のbulk−FinFETにおいて、効果(特性)を検証するためのシミュレーションを行った際の結果について説明する。図3(a),(b)は、電流電圧特性に関するシミュレーションの結果を示すものである(特に、同図(b)は、カットオフ電流を揃えた際のオン電流の様子を示している)。各図とも、横軸はゲート電圧、縦軸はドレイン電流を表している。ここでは、以下に示す3種類のn型bulk−FinFETについて、それぞれ対比して示している。いずれの構造のn型bulk−FinFETも、ゲート長(L)は70nm、フィン幅(W)は30nmである。 Next, the results when a simulation for verifying the effects (characteristics) in the bulk-FinFET having the structure shown in FIG. 1 will be described. 3 (a) and 3 (b) show simulation results relating to current-voltage characteristics (particularly, FIG. 3 (b) shows the state of on-current when the cut-off currents are aligned). . In each figure, the horizontal axis represents the gate voltage, and the vertical axis represents the drain current. Here, the following three types of n-type bulk-FinFETs are shown in comparison. In any structure, the n-type bulk-FinFET has a gate length (L) of 70 nm and a fin width (W) of 30 nm.
同図(a),(b)において、破線Aは、素子分離用絶縁膜を比誘電率が3.9のシリコン酸化膜のみにより形成し、基板中のアクセプタ濃度は一定で、パンチスルーストッパを導入していないn型bulk−FinFET(従来構造1)の特性を示すものである。 In FIGS. 4A and 4B, a broken line A indicates that an element isolation insulating film is formed only by a silicon oxide film having a relative dielectric constant of 3.9, the acceptor concentration in the substrate is constant, and a punch-through stopper is provided. The characteristics of an n-type bulk-FinFET (conventional structure 1) not introduced are shown.
同様に、破線Bは、素子分離用絶縁膜を比誘電率が3.9のシリコン酸化膜のみにより形成し、パンチスルーストッパを導入したn型bulk−FinFET(従来構造2)の特性を示すものである。 Similarly, a broken line B shows the characteristics of an n-type bulk-FinFET (conventional structure 2) in which an element isolation insulating film is formed only of a silicon oxide film having a relative dielectric constant of 3.9 and a punch-through stopper is introduced. It is.
これに対し、実線Cは、本実施形態の構造として、たとえば、幅(高さ)が230nmとされた素子分離用絶縁膜13の一部に、100nmの幅を有して、比誘電率が10の高誘電体膜13bを形成したn型bulk−FinFET(基板中のアクセプタ濃度は一定(従来構造1と同じ))の特性を示すものである。
On the other hand, the solid line C has a structure of the present embodiment, for example, a part of the element
各図(a),(b)からも明らかなように、本実施形態の構造とした場合には、パンチスルーストッパを用いなくても、従来構造2と同等のS係数が得られる。特に、図(b)に示すように、本実施形態の構造とした場合には、それぞれのbulk−FinFETのカットオフ電流を揃えた際のオン電流がもっとも大きくなる。
As is clear from FIGS. 4A and 4B, when the structure of this embodiment is used, an S coefficient equivalent to that of the
以上のことからも、本実施形態の構造により、従来構造に比してオン/オフ比の高いトランジスタを実現できることが証明された。 From the above, it was proved that the transistor of this embodiment can realize a transistor having a higher on / off ratio than the conventional structure.
ここで、本実施形態の構造において、高誘電体膜に要求される条件を見積もってみる。一般に、FinFETにおけるドレイン空乏層の幅xd は、下記の数1の式(1)により近似できる。
ただし、Vd はドレインバイアス、φS はチャネル電位、Na はチャネルの不純物濃度、εSiはシリコンの誘電率、qは素電荷である。 Where V d is the drain bias, φ S is the channel potential, N a is the channel impurity concentration, ε Si is the dielectric constant of silicon, and q is the elementary charge.
フィンが完全に空乏化していると仮定すると、カットオフ時のチャネル電位φS は、下記の数2の式(2)によって表される。
ただし、ΔΦはゲート電極とシリコンのフェルミ準位差、Toxはゲート絶縁膜の厚さ(縦方向の接合の深さ)、εoxはゲート絶縁膜の誘電率、Wはフィン幅である。 Where ΔΦ is the Fermi level difference between the gate electrode and silicon, Tox is the thickness of the gate insulating film (longitudinal junction depth), ε ox is the dielectric constant of the gate insulating film, and W is the fin width.
Vd =ΔΦと仮定すると、下記の数3の式(3)が成り立つ。
ドレイン空乏層の幅xd がゲート長の半分よりも大きくなると、ソース空乏層とドレイン空乏層とが接触してパンチスルーが顕在化する。よって、パンチスルーを抑制するのに必要な高誘電体膜の条件は、下記の数4の式(4)のように近似できる。
たとえば、先のシミュレーションを行った際の、フィン幅Wは30nm、ゲート長L(Lg )は70nmである。ソース・ドレインの拡散層領域は、ゲート電極の下端より下方に対して、深さ30nmの位置まで広がっていると仮定する。すると、この例の場合にはTox=30nmとなり、高誘電体膜を形成する材料に要求される比誘電率は8.7以上と計算される(好ましくは、10程度)。この計算結果は、先のシミュレーション結果と符合する。 For example, in the previous simulation, the fin width W is 30 nm and the gate length L (L g ) is 70 nm. It is assumed that the source / drain diffusion layer region extends to a position with a depth of 30 nm below the lower end of the gate electrode. Then, in this example, T ox = 30 nm, and the relative dielectric constant required for the material forming the high dielectric film is calculated to be 8.7 or more (preferably about 10). This calculation result coincides with the previous simulation result.
また、微細化のファクタが、Tox、W、Lg ともに1/κであるとすれば、高誘電体膜の比誘電率は一定値となる(ただし、κはスケーリングファクタ)。Tox=W≒Lg /2とすれば、高誘電体膜の比誘電率はシリコンと同等程度(10〜12)以上であれば良く、たとえばアルミナやハフニアなどの、半導体プロセスと相性のよい公知の材料を利用することができる。 Further, miniaturization factor, T ox, W, if a L g both 1 / kappa, relative dielectric constant of the high dielectric film is constant (however, kappa scaling factor). If T ox = W≈L g / 2, the relative dielectric constant of the high dielectric film only needs to be about the same as that of silicon (10 to 12) or more, and is compatible with semiconductor processes such as alumina and hafnia. Known materials can be used.
なお、上述した第1の実施形態において、たとえばパンチスルーストッパを併用する構造としてもよい。この場合、従来の構造と比べて、より低濃度で、かつ、より深い位置に、ピークを設定できるようになる。そのため、接合リークと駆動電流の劣化を最小限度に抑えることが可能となる。 In the first embodiment described above, for example, a structure using a punch-through stopper may be used. In this case, the peak can be set at a lower position and deeper than the conventional structure. For this reason, it is possible to minimize junction leakage and drive current degradation.
また、上述した第1の実施形態においては、高誘電体膜13bを単層構造とした場合について説明したが、これに限らず、たとえば図4に示すように、高誘電体膜13bを複数の材料13b-1,13b-2からなる二層、もしくは、それ以上の積層構造とすることもできる。この場合には、各層の膜厚と誘電率とから算出される実効的な誘電率が、上記式(4)を満たすものでなければならない。
In the first embodiment described above, the case where the
また、上述した第1の実施形態においては、たとえば図5に示すように、高誘電体膜13bとフィン12との間に薄いシリコン酸化膜31を形成するようにしてもよい。同様に、たとえば図4に示した構造において、さらに、高誘電体膜13bとフィン12との間に薄いシリコン酸化膜31を形成することも可能である。
In the first embodiment described above, a thin silicon oxide film 31 may be formed between the
また、上述した各構造においては、いずれの場合も、ダブルゲート構造のbulk−FinFETを例に説明したが、これに限らず、たとえば図6に示すように、フィン12の上面部に対しても、側面部と同等の厚さの絶縁膜15’を介してゲート電極部21が形成されてなる、トリプルゲート構造のbulk−FinFETにも同様に適用できる。
In each of the above-described structures, the double-gate structure bulk-FinFET has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The present invention can be similarly applied to a bulk-FinFET having a triple gate structure in which the
[第2の実施形態]
図7は、本発明の第2の実施形態にしたがった半導体装置(FinFET)の基本構成を示すものである。ここでは、bulk基板を用いた、ダブルゲート構造型のbulk−FinFETを例に説明する。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、詳しい説明は割愛する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a basic configuration of a semiconductor device (FinFET) according to the second embodiment of the present invention. Here, a double-gate structure bulk-FinFET using a bulk substrate will be described as an example. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and detailed description is omitted.
本実施形態の場合、bulk基板11上に形成されたフィン12の両側面のチャネル部にあたる部分に、互いに対向するように、ゲート絶縁膜15を介してゲート電極部21が形成されてなるbulk−FinFETにおいて、素子分離用絶縁膜13’のうち、ゲート電極部21の直下の、ゲート電極部21に接する上層部分のみ比誘電率が10程度の高誘電体膜13b’により形成され、それ以外の部分は比誘電率が3.9程度のシリコン酸化膜13a’により形成されている。
In the case of the present embodiment, the bulk − is formed by forming the
本実施形態のこのような構造は、たとえば図2(a)〜(j)に示した製造プロセスの後に、ゲート電極部21をハードマスクにした高誘電体膜13bのRIE、および、シリコン酸化膜13a’となる絶縁材料13a-2の再埋め込みとリセスなどの一連の工程を用いることにより、容易に実現できる。
Such a structure of this embodiment is obtained by, for example, the RIE of the
本実施形態の構造によっても、上述した第1の実施形態に示したbulk−FinFETとほぼ同様の効果が期待できる。すなわち、ゲート電極部21による電界が、高誘電体膜13b’を介してフィン12の下部に作用する。これにより、カットオフ時のパンチスルーを抑制でき、短チャネル効果の改善が可能となる。また、第1の実施形態で示した構造に比して、製造プロセスが多少は煩雑になるものの、高誘電体膜13b’を介したドレイン領域23からのフリンジ電界の影響を緩和できるので、パンチスルー抑制の効果がより向上する。
The structure of this embodiment can be expected to have substantially the same effect as the bulk-FinFET shown in the first embodiment. That is, the electric field generated by the
図8(a),(b)は、図7に示した構造のbulk−FinFETにおいて、効果(特性)を検証するために行った、電流電圧特性に関するシミュレーションの結果を示すものである(特に、同図(b)は、カットオフ電流を揃えた際のオン電流の様子を示している)。なお、シミュレーションの際の諸条件は、上述した第1の実施形態の場合と同様である。 8 (a) and 8 (b) show the results of a simulation regarding the current-voltage characteristics performed to verify the effect (characteristic) in the bulk-FinFET having the structure shown in FIG. FIG. 5B shows the on-current state when the cut-off currents are aligned. Various conditions for the simulation are the same as in the case of the first embodiment described above.
各図(a),(b)からも明らかなように、本実施形態の構造とした場合には、第1の実施形態の構造よりもさらに良好なS係数が得られることがよく分かる。 As is clear from FIGS. 4A and 4B, it can be clearly seen that when the structure of this embodiment is used, a better S coefficient can be obtained than the structure of the first embodiment.
なお、この第2の実施形態の場合においても、上述したように、第1の実施形態の場合と同様に、パンチスルーストッパを併用する構造としてもよい。 Also in the case of the second embodiment, as described above, a structure using a punch-through stopper may be used as in the case of the first embodiment.
また、高誘電体層13b’を、複数の材料による積層構造とすることも可能である。この場合には、各層の膜厚と誘電率とから算出される実効的な誘電率が、上記式(4)を満たすものでなければならない。
In addition, the
また、高誘電体膜13b’とフィン12との間に薄いシリコン酸化膜(図示していない)を形成するようにしてもよい。
A thin silicon oxide film (not shown) may be formed between the
また、いずれの構造の場合においても、ダブルゲート構造のbulk−FinFETに限らず、たとえばトリプルゲート構造のbulk−FinFETにも同様に適用できる。 In any case, the present invention is not limited to the double-gate bulk-FinFET, and can be similarly applied to, for example, a triple-gate bulk-FinFET.
さらには、たとえば図9(a),(b)に示すように、素子分離用絶縁膜13を、上記式(4)を満たす誘電率をもつ単一の材料により形成することも可能である。なお、同図(a)はbulk−FinFETの斜視図であり、同図(b)は同図(a)のVIII−VIII線に沿う断面図である。この場合、素子分離用絶縁膜13とbulk基板11との境界面に、高濃度層41を形成するのが望ましい。
Further, for example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the element
また、上述したいずれの実施形態の場合においても、ゲート電極部21としては、単層構造に限らず、たとえば二層以上の多層構造とすることも可能である。
In any of the above-described embodiments, the
また、上述したいずれの実施形態の場合においても、bulk基板の一部を所望の形状に加工することによってフィンが形成されてなる場合に限らず、たとえば、bulk基板の上面にエピタキシャル層などによりフィンが形成されてなるものにも同様に適用できる。 Further, in any of the above-described embodiments, the fin is not limited to the case where the fin is formed by processing a part of the bulk substrate into a desired shape. For example, the fin is formed on the upper surface of the bulk substrate by an epitaxial layer or the like. The present invention can be similarly applied to a structure in which is formed.
その他、本願発明は、上記(各)実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記(各)実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、(各)実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも1つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果(の少なくとも1つ)が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 In addition, the present invention is not limited to the above (each) embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the above (each) embodiment includes various stages of the invention, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the (each) embodiment, the problem (at least one) described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved. When the effect (at least one of the effects) described in the “Effect” column is obtained, a configuration from which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.
11…bulk基板、12…フィン、13,13’…素子分離用絶縁膜、13a,13a’…シリコン酸化膜、13b,13b’…高誘電体膜、13b-1,13b-2…高誘電体膜材料、15…ゲート絶縁膜、15’…ゲート絶縁膜材料、21…ゲート電極部、31…シリコン酸化膜、41…高濃度層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板上に形成され、長手方向と短手方向とを有する半導体層と、
少なくとも前記半導体層の前記短手方向の側面に形成されたゲート電極部と、
前記半導体層に形成され、前記ゲート電極部の前記長手方向に隣接して形成されたソース・ドレイン領域と、
前記半導体層の側面であって、前記ゲート電極部と前記半導体基板との間に形成され、少なくとも前記ゲート電極部と接する部位が、比誘電率が10以上の高誘電体膜により形成されてなる素子分離用絶縁膜と
を具備したことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and having a longitudinal direction and a transverse direction;
A gate electrode portion formed on at least a lateral side surface of the semiconductor layer;
A source / drain region formed in the semiconductor layer and formed adjacent to the longitudinal direction of the gate electrode portion;
A side surface of the semiconductor layer, which is formed between the gate electrode portion and the semiconductor substrate, and at least a portion in contact with the gate electrode portion is formed of a high dielectric film having a relative dielectric constant of 10 or more. A semiconductor device comprising: an element isolation insulating film.
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