JP2007180576A - Field-effect transistor and method of manufacturing same - Google Patents

Field-effect transistor and method of manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
JP2007180576A
JP2007180576A JP2007038174A JP2007038174A JP2007180576A JP 2007180576 A JP2007180576 A JP 2007180576A JP 2007038174 A JP2007038174 A JP 2007038174A JP 2007038174 A JP2007038174 A JP 2007038174A JP 2007180576 A JP2007180576 A JP 2007180576A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
insulating film
gate insulating
effect transistor
silicate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2007038174A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukie Sugawara
幸江 菅原
Shin Fukushima
伸 福島
Takeshi Yamaguchi
豪 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2007038174A priority Critical patent/JP2007180576A/en
Publication of JP2007180576A publication Critical patent/JP2007180576A/en
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem, where in order to maintain/improve performance while promoting micronization for a high integration of LSI, a gate insulating film of high dielectric constant, with proper interface characteristics, is required. <P>SOLUTION: A field effect transistor, as well as a method of manufacturing the field effect transistor, are provided: which includes a gate insulating film 33 where a silicide film or a silicate film of two mono layers or less on an Si substrate 31, over which an insulating film is laminated; and which includes a gate insulating film where after an Si surface is terminated with a silicide film and a silicate film of two mono layers or less, an insulating film is laminated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子及び製造方法に係わり、特にMOS、MIS構造の電界効果トラ
ンジスタ及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method, and more particularly, to a field effect transistor having a MOS or MIS structure and a manufacturing method thereof.

LSIの高速化・高集積化はスケーリング則によるMOS型電界効果トランジスタ(FE
T:Field-Effective-Transistor)の微細化によって進められてきた。これは絶縁膜、ゲー
ト長等のMOS型電界効果トランジスタの各部分を高さ方向と横方向の寸法を同時に縮小
することで微細化時に素子の特性を正常に保ち、また性能を上げることを可能にしてきた
High-speed and high-integration LSIs are based on MOS type field effect transistors (FE
T: Field-Effective-Transistor). It is possible to maintain normal device characteristics and improve performance when miniaturizing by simultaneously reducing the height and lateral dimensions of each part of the MOS field effect transistor such as the insulating film and gate length. I did it.

スケーリング則によると、MOS型電界効果トランジスタは微細化の一途をたどってお
り、西暦2000年以降の次世代MOS型電界効果トランジスタにはSiO2ゲート絶縁
膜は2nm以下の膜厚が要求されている。しかし、この膜厚領域は直接トンネル電流が流
れ始める厚さであり、リーク電流の抑制ができず、消費電力の増加等の問題を回避できな
い。よって、SiO2よりも誘電率が高い材料を用いて、シリコン酸化膜換算実効膜厚を
2nm以下に抑えつつ、物理膜厚を稼いでリーク電流を抑えることが必要である。また、
MOS型電界効果トランジスタではリーク電流の抑制とともに、電界効果トランジスタで
あるために、Si界面特性が特に重要である。よって、高誘電率であり、かつ界面特性を
良好に保持できるゲート絶縁膜が必要となる。
According to the scaling law, MOS field effect transistors are being miniaturized, and next-generation MOS field effect transistors from the year 2000 AD are required to have a thickness of 2 nm or less for the SiO 2 gate insulating film. However, this film thickness region is a thickness at which the tunnel current begins to flow directly, and the leakage current cannot be suppressed, and problems such as an increase in power consumption cannot be avoided. Therefore, it is necessary to use a material having a dielectric constant higher than that of SiO2 to increase the physical film thickness and suppress the leakage current while suppressing the effective thickness in terms of silicon oxide film to 2 nm or less. Also,
Since the MOS field effect transistor is a field effect transistor as well as suppressing leakage current, Si interface characteristics are particularly important. Therefore, a gate insulating film that has a high dielectric constant and can maintain good interface characteristics is required.

ゲート絶縁膜として使用されるTiO2やZrO2などの高誘電材料は、スパッタ法や
CVD法を用いてSi基板上に成膜する。しかし、成膜時あるいはその後の熱処理により
Si基板との界面に形成される低誘電率のシリコン酸化膜(SiOx)が基板/ゲート間
の容量を低下させ、換算膜厚が十分に小さいゲートを形成することが困難であるという大
きな問題点がある。近年、分子線エピタキシ(MBE)法を用いて、SrTiO3をSi
基板上にエピタキシャル成長させたゲート絶縁膜を用いたFETが報告されている(K. E
isenbeiserら,App.Phys.Lett. 76, 1324(2000))。この報告でもSi基板とSrTiO
3膜界面には、シリコン酸化物と考えられるアモルファス層が形成されている。シリコン
酸化膜の形成を抑制するために、SrTiO3膜の成膜時にSrシリサイドをサブモノレ
イヤ形成する試みが行われ、Si上にSrTiO3が直接成膜されている(R.A.McKeeら
, Phys.Rev.Lett. 81, 3014(1998))。しかしながら、SrはSiに比べて共有結合半
径が大きく、SrシリサイドとSiとの界面には大きなミスマッチが存在する。このため
、この構造では、シリコン酸化膜生成を抑制できても、良好な界面特性を期待することは
難しい。
A high dielectric material such as TiO 2 or ZrO 2 used as a gate insulating film is formed on a Si substrate by sputtering or CVD. However, the silicon oxide film (SiOx) with a low dielectric constant formed at the interface with the Si substrate during film formation or subsequent heat treatment reduces the capacitance between the substrate and the gate and forms a gate with a sufficiently small equivalent film thickness. There is a big problem that it is difficult to do. In recent years, using molecular beam epitaxy (MBE) method, SrTiO3 is changed to Si.
An FET using a gate insulating film epitaxially grown on a substrate has been reported (K. E
isenbeiser et al., App.Phys.Lett. 76, 1324 (2000)). In this report as well, Si substrate and SrTiO
An amorphous layer considered to be silicon oxide is formed at the interface between the three films. In order to suppress the formation of the silicon oxide film, an attempt was made to form a submonolayer of Sr silicide during the formation of the SrTiO3 film, and SrTiO3 was directly formed on Si (RAMcKee et al., Phys. Rev. Lett. 81, 3014 (1998)). However, Sr has a larger covalent bond radius than Si, and a large mismatch exists at the interface between Sr silicide and Si. For this reason, in this structure, it is difficult to expect good interface characteristics even if the generation of the silicon oxide film can be suppressed.

上記のように、LSIの高集積化を目指し、性能を維持、向上させながら微細化を進め
るには、高誘電率であり、かつ界面特性を良好に保持できる絶縁膜ゲート絶縁膜が必要と
なる。しかし、Si基板との界面にシリコン酸化膜を形成することなく高誘電率を保ち、
かつ、良好な界面特性を持つゲート絶縁膜は実現されていない。
As described above, in order to advance miniaturization while maintaining and improving performance with the aim of higher integration of LSI, an insulating film gate insulating film that has a high dielectric constant and can maintain good interface characteristics is required. . However, maintaining a high dielectric constant without forming a silicon oxide film at the interface with the Si substrate,
In addition, a gate insulating film having good interface characteristics has not been realized.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、高誘電率でかつ界
面特性を良好に保持できるゲート絶縁膜を備えた電界効果トランジスタ及びその製造方法
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such problems, and provides a field effect transistor having a gate insulating film that has a high dielectric constant and can satisfactorily maintain interface characteristics, and a method for manufacturing the same. Objective.

上記目的を達成するために、本発明では、Si基板上に2モノレイヤ以下のシリサイド
膜を設け、その上に絶縁膜を積層したゲート絶縁膜を用いることを基本とする。このゲー
ト絶縁膜を形成するには、2モノレイヤ以下のシリサイド膜でSi表面をターミネイト(
終端化)した後に絶縁膜を積層する製造方法を用いて実現できる。さらに、前記シリサイ
ド膜がその組成に希土類金属であるLa、Ce、Pr、Nd、Smの何れかを主として含
む場合に、特に良好な界面特性を得ることができる。
In order to achieve the above object, the present invention basically uses a gate insulating film in which a silicide film of two monolayers or less is provided on a Si substrate and an insulating film is stacked thereon. To form this gate insulating film, the Si surface is terminated with a silicide film of 2 monolayers or less (
This can be realized by using a manufacturing method in which an insulating film is stacked after termination. Furthermore, particularly good interface characteristics can be obtained when the silicide film mainly contains any of the rare earth metals La, Ce, Pr, Nd, and Sm in its composition.

本発明で用いるSr、Baなどのアルカリ土類金属はSiに比べて共有結合半径が大き
い。Siの共有結合半径が1.11Åであるの対して、Srは1.91Å、Baは1.9
8Åである。よって、Si基板上にSrシリサイド膜を形成した時には、共有結合半径差
による大きなミスマッチの存在により、Siダングリングボンドが生じやすいという問題
がある。これが界面特性の劣化をもたらす。このような界面構造の存在する界面において
は、シリコン酸化膜が形成されやすい傾向がある。一方、Laの共有結合半径は1.69
Å、Ceは1.65Å、Prは1.64Åと小さく、Siとのミスマッチも小さいのでS
iダングリングボンドが生じにくい。このため、これらの金属を含むシリサイド膜でSi
表面をターミネイトすると、安定なシリサイド表面構造が得られる。このような表面上に
絶縁膜を堆積してゲート絶縁膜とすると、シリコン酸化膜が形成されにくいことが明らか
となった。さらに、ミスマッチの低減により界面準位の低減が可能となり、界面特性の良
好なゲート絶縁膜が実現でき、電界効果トランジスタとしての特性も向上する。
Alkaline earth metals such as Sr and Ba used in the present invention have a larger covalent bond radius than Si. Whereas the Si covalent bond radius is 1.11 Å, Sr is 1.91 Å and Ba is 1.9.
It is 8cm. Therefore, when the Sr silicide film is formed on the Si substrate, there is a problem that Si dangling bonds are likely to occur due to the presence of a large mismatch due to the difference in covalent bond radius. This leads to deterioration of the interface characteristics. A silicon oxide film tends to be easily formed at the interface where such an interface structure exists. On the other hand, the covalent bond radius of La is 1.69.
Å, Ce is 1.65Å, Pr is 1.64Å, and mismatch with Si is also small.
i Dangling bonds are unlikely to occur. For this reason, a silicide film containing these metals is used to form Si.
When the surface is terminated, a stable silicide surface structure is obtained. It has been found that when an insulating film is deposited on such a surface to form a gate insulating film, it is difficult to form a silicon oxide film. In addition, the interface state can be reduced by reducing the mismatch, a gate insulating film with good interface characteristics can be realized, and the characteristics as a field effect transistor can be improved.

以上説明した本発明によれば、界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高い、
良好な特性を持つゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタが得られる。
According to the present invention described above, the interface state is small and the mobility of the inversion layer is high.
A field effect transistor having a gate insulating film with good characteristics can be obtained.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図3は、本発明の基本的な実施形態に係わるnチャネルMOS型電界効果トランジスタ
の断面構成を示した図である。31はp型シリコン基板、32は素子分離領域、33はゲ
ート絶縁膜である。ゲート絶縁膜の構造及び製造方法は後述する。34はポリシリコンか
らなるゲート電極、35はn型不純物が導入された拡散層(ソース・ドレイン領域)であ
る。36は、ゲート電極34の側壁に形成された絶縁膜(例えばCVDシリコン窒化膜な
ど)、37は層間絶縁膜(例えばCVDシリコン酸化膜など)であり、この層間絶縁膜3
7に設けられたコンタクト孔を介して、ゲート電極34およびソース・ドレイン領域35
にAl配線38が接続されている。
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an n-channel MOS field effect transistor according to a basic embodiment of the present invention. 31 is a p-type silicon substrate, 32 is an element isolation region, and 33 is a gate insulating film. The structure and manufacturing method of the gate insulating film will be described later. 34 is a gate electrode made of polysilicon, and 35 is a diffusion layer (source / drain region) into which an n-type impurity is introduced. Reference numeral 36 denotes an insulating film (for example, a CVD silicon nitride film) formed on the side wall of the gate electrode 34, and reference numeral 37 denotes an interlayer insulating film (for example, a CVD silicon oxide film).
7 and the source / drain regions 35 through the contact holes provided in the
An Al wiring 38 is connected to this.

図3に示したような構造を有するMOS型電界効果トランジスタは次のようにして製造
する。その製造方法(第1の実施形態)(参考例)について図1を参照にして説明する。
まず、面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン基板11上に、反応性イオ
ンエッチングにより、素子分離のための溝を形成する。続いて、例えばLP−TEOS膜
を埋め込むことにより素子分離領域12を形成する(図1(a))。一例として、MBE
法を用いてゲート絶縁膜を形成する場合について説明する。Si表面はまず、希フッ酸で
ウエット処理を行い、表面を水素でターミネイト(終端化)する。次に、この基板をMB
E装置に導入する。基板温度を300℃とし、金属Laを蒸発源として用いてSi基板上
にLaを1モノレイヤ蒸着した後、Si基板温度を600℃に昇温することにより1モノ
レイヤのLaシリサイド(LaSi2)膜13を形成しSi表面をターミネイトする(図
1(b))。シリサイド膜は金属であるが、本発明によるように2モノレイヤ以下の厚さ
であれば、ゲート絶縁膜の一部として使用することが可能である。その後、基板温度を3
00℃に下げ、Laと酸素ガスを同時に供給して、Laシリサイド膜13上に高誘電率を
持つLa2O3アモルファス層の高誘電体膜14を5nm積層する(図1(c))。
The MOS field effect transistor having the structure as shown in FIG. 3 is manufactured as follows. The manufacturing method (first embodiment) (reference example) will be described with reference to FIG.
First, a trench for element isolation is formed on a p-type silicon substrate 11 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm by reactive ion etching. Subsequently, the element isolation region 12 is formed by embedding an LP-TEOS film, for example (FIG. 1A). As an example, MBE
A case where a gate insulating film is formed using a method will be described. The Si surface is first wet-treated with dilute hydrofluoric acid, and the surface is terminated (terminated) with hydrogen. Next, this board is
Introduce to E equipment. The substrate temperature is set to 300 ° C., La is deposited as a monolayer on the Si substrate using metal La as an evaporation source, and then the Si substrate temperature is raised to 600 ° C. to thereby form a monolayer La silicide (LaSi 2) film 13. Then, the Si surface is terminated (FIG. 1B). Although the silicide film is a metal, it can be used as a part of the gate insulating film if it has a thickness of 2 monolayers or less as in the present invention. Then set the substrate temperature to 3
The temperature is lowered to 00 ° C., La and oxygen gas are simultaneously supplied, and a high dielectric film 14 of La2O3 amorphous layer having a high dielectric constant is laminated on the La silicide film 13 by 5 nm (FIG. 1C).

上述のような製造方法を用いることにより、Si基板との界面にシリコン酸化膜が形成
されること無く、ゲート絶縁膜を作製することが可能となった。本実施形態で作製したゲ
ート絶縁膜のシリコン酸化膜換算実効膜厚は1nmを達成することができた。一方、La
シリサイド膜でSi表面をターミネイトすることなく、La2O3を直接成膜した場合に
は界面にシリコン酸化膜が2.5nm形成された。この場合、シリコン酸化膜換算実効膜
厚は3nm以上となり、次世代LSIに要求される2nm以下の換算膜厚を実現すること
は不可能であった。
By using the manufacturing method as described above, a gate insulating film can be formed without forming a silicon oxide film at the interface with the Si substrate. The effective thickness in terms of silicon oxide film of the gate insulating film produced in this embodiment can be 1 nm. On the other hand, La
When La2O3 was formed directly without terminating the Si surface with a silicide film, a silicon oxide film of 2.5 nm was formed at the interface. In this case, the effective equivalent thickness of the silicon oxide film is 3 nm or more, and it is impossible to realize the equivalent thickness of 2 nm or less required for the next generation LSI.

図3に示したようなMOS型電界効果トランジスタを作製するためには、図1で示した
ようなゲート絶縁膜作製工程後に、化学気相成長法によってポリシリコン膜を全面に堆積
し、このポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極34を形成する。続いて、例えば
450℃、圧力0.1Pa〜1気圧において、窒素ガスで希釈したSiH4ガスとNH3
ガスの混合ガスを用いて、例えば5〜200 nmのCVDシリコン窒化膜36を堆積す
る。以後の工程は、通常のMOS型電界効果トランジスタの製造工程と同様である。すな
わち、例えば加速電圧20keV、ドーズ量1×1015 cm−2で砒素のイオン注入
を行い、ソース領域及びドレイン領域35を形成する。続いて、化学気相成長法によって
全面に層間絶縁膜37となるCVDシリコン酸化膜を堆積し、この層間絶縁膜にコンタク
ト孔を開口する。続いて、スパッタ法によって全面にAl膜を堆積し、このAl膜を反応
性イオンエッチングによってパターニングすることにより、図1に示したようなゲート絶
縁膜を有するMOS型電界効果トランジスタが完成する。このようにして作製したMOS
型電界効果トランジスタは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高いことから
、良好な特性が得られていることが確かめられた。
In order to manufacture the MOS field effect transistor as shown in FIG. 3, a polysilicon film is deposited on the entire surface by chemical vapor deposition after the gate insulating film manufacturing process as shown in FIG. A gate electrode 34 is formed by patterning the silicon film. Subsequently, for example, SiH 4 gas diluted with nitrogen gas and NH 3 at 450 ° C. and a pressure of 0.1 Pa to 1 atm.
A CVD silicon nitride film 36 of, for example, 5 to 200 nm is deposited using a gas mixture. Subsequent processes are the same as the manufacturing process of a normal MOS field effect transistor. That is, for example, arsenic ions are implanted at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 to form a source region and a drain region 35. Subsequently, a CVD silicon oxide film to be an interlayer insulating film 37 is deposited on the entire surface by chemical vapor deposition, and contact holes are opened in the interlayer insulating film. Subsequently, an Al film is deposited on the entire surface by sputtering, and this Al film is patterned by reactive ion etching, thereby completing a MOS field effect transistor having a gate insulating film as shown in FIG. MOS fabricated in this way
Since the field effect transistor has few interface states and the mobility of the inversion layer is high, it was confirmed that good characteristics were obtained.

図3に示したような構造を有するMOS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の製造
方法を変更した例について第2の実施形態として説明する。まず、第1の実施形態と同様
に、シリコン基板上に素子分離のための溝を形成し、素子分離領域を形成する。表面を水
素でターミネイトしたSi基板をMBE装置に導入する。基板温度を300℃とし、金属
Laを蒸発源として用いてSi基板上にLaを1モノレイヤ蒸着した後、Si基板温度を
600℃に昇温することにより1モノレイヤのLaシリサイド(LaSi2)膜を形成し
、Si表面をターミネイトする。その後、基板温度を400℃に下げ、Si、Zr、酸素
ガスを同時に供給して、Laシリサイド上に高誘電率を持つZrシリケイト(ZrO2−
SiO2)膜を5nm積層する。上述のような製造方法を用いることにより、Si基板と
の界面にシリコン酸化膜が形成されること無く、高誘電率を有するゲート絶縁膜を形成す
ることできた。本実施形態で作製したゲート絶縁膜のシリコン酸化膜換算実効膜厚は1.
6nmを達成することができた。このゲート絶縁膜を用いたMOS型電界効果トランジス
タは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高いことから、良好な特性が得られ
ていることが確かめられた。また、本実施形態では、Laシリサイドを用いたが、Srシ
リサイドを形成した上に、Zrシリケイト絶縁膜を形成した場合にも同等の特性が得られ
た。
An example in which the method for manufacturing the gate insulating film of the MOS field effect transistor having the structure as shown in FIG. 3 is modified will be described as a second embodiment. First, as in the first embodiment, a trench for element isolation is formed on a silicon substrate to form an element isolation region. A Si substrate whose surface is terminated with hydrogen is introduced into the MBE apparatus. A single monolayer La silicide (LaSi2) film is formed by evaporating one monolayer of La on a Si substrate using a metal La as an evaporation source and then raising the Si substrate temperature to 600 ° C. Then, the Si surface is terminated. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 400 ° C., Si, Zr, and oxygen gas are simultaneously supplied, and Zr silicate (ZrO2− having a high dielectric constant on La silicide).
A SiO2) film is laminated to 5 nm. By using the manufacturing method as described above, a gate insulating film having a high dielectric constant could be formed without forming a silicon oxide film at the interface with the Si substrate. The effective thickness of the gate insulating film manufactured in this embodiment in terms of silicon oxide film is 1.
6 nm could be achieved. The MOS field effect transistor using this gate insulating film has few interface states and high mobility of the inversion layer, so that it was confirmed that good characteristics were obtained. In this embodiment, La silicide is used. However, the same characteristics can be obtained when the Zr silicate insulating film is formed after the Sr silicide is formed.

図3に示したような構造を有するMOS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の製造
方法を変更した例について第3の実施形態(参考例)として説明する。まず、第1の実施
形態と同様に、シリコン基板上に素子分離のための溝を形成し、素子分離領域を形成する
。Si表面を水素でターミネイトしたSi基板をMBE装置に導入する。基板温度を30
0℃とし、金属Laを蒸発源として用いてSi基板上にLaを1モノレイヤ蒸着した後、
Si基板温度を600℃に昇温することにより1モノレイヤのLaシリサイド(LaSi
2)膜を形成しSi表面をターミネイトする。その後、基板温度を300℃に下げ、Sr
、Ti、酸素ガスを同時に供給して、Laシリサイド膜上に高誘電率を持つエピタキシャ
ルSrTiO3膜を10nm積層する。上述のような製造方法を用いることにより、Si
基板との界面にシリコン酸化膜が形成されること無く、高誘電率を有するゲート絶縁膜を
作製することできた。本実施形態で形成したゲート絶縁膜のシリコン酸化膜換算実効膜厚
は0.2nmを達成することができた。このゲート絶縁膜を用いたMOS型電界効果トラ
ンジスタは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高いことから、良好な特性が
得られていることが確かめられた。本実施形態ではLaシリサイド上にSrTiO3膜を
積層したが、SrZrO3を積層した場合にも同等の効果が得られる。この場合の換算膜
厚は、0.7nmであった。
An example in which the method for manufacturing the gate insulating film of the MOS field effect transistor having the structure as shown in FIG. 3 is modified will be described as a third embodiment (reference example). First, as in the first embodiment, a trench for element isolation is formed on a silicon substrate to form an element isolation region. A Si substrate having a Si surface terminated with hydrogen is introduced into the MBE apparatus. 30 substrate temperature
After depositing 1 monolayer of La on the Si substrate using metal La as the evaporation source at 0 ° C.,
By raising the temperature of the Si substrate to 600 ° C., one monolayer La silicide (LaSi
2) Form a film and terminate the Si surface. After that, the substrate temperature is lowered to 300 ° C.
Ti, oxygen gas are simultaneously supplied, and an epitaxial SrTiO 3 film having a high dielectric constant is laminated on the La silicide film by 10 nm. By using the manufacturing method as described above, Si
A gate insulating film having a high dielectric constant could be produced without forming a silicon oxide film at the interface with the substrate. The effective thickness of the gate insulating film formed in this embodiment in terms of silicon oxide film can be 0.2 nm. The MOS field effect transistor using this gate insulating film has few interface states and high mobility of the inversion layer, so that it was confirmed that good characteristics were obtained. In this embodiment, the SrTiO 3 film is laminated on the La silicide, but the same effect can be obtained even when SrZrO 3 is laminated. The converted film thickness in this case was 0.7 nm.

なお、上述した第1〜3の実施形態では、Laシリサイド膜またはSrシリサイド膜を
用いたが、他の金属のシリサイド膜を用いることもできる。特に、La、Ce、Pr、N
d、Smの何れのシリサイド膜を用いた場合に顕著な効果が得られる。また、高誘電体膜
としてLa2O3、Zrシリケイト、SrTiO3、SrZrO3を用いたが、TiO2
、Ta2O5、Al2O3、ZrO2などの他のアモルファス層、LaAlO3などの結
晶層、Hfシリケイト、Laシリケイトなど、広範囲にわたる高誘電体層を用いることが
可能である。
In the first to third embodiments described above, the La silicide film or the Sr silicide film is used, but a silicide film of another metal can also be used. In particular, La, Ce, Pr, N
A remarkable effect is obtained when either of the silicide films of d and Sm is used. Also, La2O3, Zr silicate, SrTiO3, SrZrO3 were used as the high dielectric film, but TiO2
It is possible to use a wide range of high dielectric layers such as other amorphous layers such as Ta2O5, Al2O3, ZrO2, crystal layers such as LaAlO3, Hf silicate, La silicate, and the like.

次に、図3に示したような構造を有するMOS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜
の製造方法を変更した例について第4の実施形態(参考例)として説明する(図2参照)
。まず、面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン基板21上に、反応性イ
オンエッチングにより、素子分離のための溝を形成する。続いて、例えばLP−TEOS
膜を埋め込むことにより素子分離領域22を形成する(図2(a))。一例として、MB
E法を用いてゲート絶縁膜を形成する場合について説明する。Si表面はまず、希フッ酸
でウエット処理を行い、表面を水素でターミネイトする。次に、この基板をMBE装置に
導入する。基板温度を300℃とし、金属Ceを蒸発源として用いてSi基板上にCeを
1モノレイヤ蒸着した後、Si基板温度を600℃に昇温することにより1モノレイヤの
Ceシリサイド(CeSi2)膜23を形成しSi表面をターミネイトする(図2(b)
)。次に、MBE装置に1×10−4Paの酸素を導入して、シリサイド膜23を酸化さ
せてシリケイト膜に変化させる(図2(c))。その後、基板温度を300℃に下げ、S
r、Ti、酸素ガスを同時に供給して、Ceシリケイト膜24上に高誘電率を持つSrT
iO3膜の高誘電体膜25をエピタキシャル成長する。膜厚は10nmとした(図2(d
))。
Next, an example in which the manufacturing method of the gate insulating film of the MOS field effect transistor having the structure shown in FIG. 3 is changed will be described as a fourth embodiment (reference example) (see FIG. 2).
. First, a trench for element isolation is formed on a p-type silicon substrate 21 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm by reactive ion etching. Subsequently, for example, LP-TEOS
The element isolation region 22 is formed by embedding the film (FIG. 2A). As an example, MB
A case where a gate insulating film is formed using the E method will be described. The Si surface is first wet-treated with dilute hydrofluoric acid, and the surface is terminated with hydrogen. Next, this substrate is introduced into the MBE apparatus. The substrate temperature is set to 300 ° C., and Ce is deposited as a monolayer on the Si substrate by using metal Ce as an evaporation source, and then the Si substrate temperature is raised to 600 ° C. to thereby form a monolayer Ce silicide (CeSi 2) film 23. Form and terminate the Si surface (Fig. 2 (b)
). Next, oxygen of 1 × 10 −4 Pa is introduced into the MBE apparatus to oxidize the silicide film 23 and change it into a silicate film (FIG. 2C). Thereafter, the substrate temperature is lowered to 300 ° C.
SrT having a high dielectric constant on the Ce silicate film 24 by simultaneously supplying r, Ti and oxygen gas
An iO3 high dielectric film 25 is epitaxially grown. The film thickness was 10 nm (FIG. 2 (d
)).

上述したような製造方法を用いることにより、Si基板との界面にシリコン酸化膜が形
成されること無く、ゲート絶縁膜を作製することができる。本実施形態で形成したゲート
絶縁膜のシリコン酸化膜換算実効膜厚は0.2nmを達成することができた。本実施形態
によるゲート絶縁膜形成後、第1の実施形態で示したのと同様の方法で、図3に示すよう
なMOS型電界効果トランジスタを作製した。このようにして作製したMOS型電界効果
トランジスタは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高いことから、良好な特
性が得られていることが確かめられた。
By using the manufacturing method as described above, a gate insulating film can be produced without forming a silicon oxide film at the interface with the Si substrate. The effective thickness of the gate insulating film formed in this embodiment in terms of silicon oxide film can be 0.2 nm. After forming the gate insulating film according to the present embodiment, a MOS field effect transistor as shown in FIG. 3 was fabricated by the same method as described in the first embodiment. It was confirmed that the MOS type field effect transistor manufactured in this way has good characteristics because it has few interface states and the mobility of the inversion layer is high.

次に、図3に示したような構造を有するMOS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜
の製造方法を変更した例について第5の実施形態(参考例)として説明する。まず、シリ
コン基板上に素子分離のための溝を形成し、素子分離領域を形成する。Si表面は水素で
ターミネイトして、MBE装置に導入する。基板温度を300℃とし、金属Zrを蒸発源
として用いてSi基板上にZrを1モノレイヤ蒸着した後、Si基板温度を600℃に昇
温することにより1モノレイヤのZrシリサイド(ZrSi2)膜を形成しSi表面をタ
ーミネイトする。次に、MBE装置に1×10−4Paの酸素を導入して、シリサイド膜
を酸化させてシリケイト膜に変化させる。その後、基板温度を300℃に下げ、Sr、Z
r、酸素ガスを同時に供給して、Zrシリケイト上に高誘電率を持つSrZrO3をエピ
タキシャル成長する。膜厚は5nmとした。このような製造方法を用いることにより、S
i基板との界面にシリコン酸化膜が形成されること無く、ゲート絶縁膜を作製することが
できる。本実施形態で形成したゲート絶縁膜のシリコン酸化膜換算実効膜厚は0.3nm
を達成することができた。このようにして作製したMOS型電界効果トランジスタは界面
準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高いことから、良好な特性が得られているこ
とが確かめられた。
Next, an example in which the method for manufacturing the gate insulating film of the MOS field effect transistor having the structure shown in FIG. 3 is modified will be described as a fifth embodiment (reference example). First, a trench for element isolation is formed on a silicon substrate to form an element isolation region. The Si surface is terminated with hydrogen and introduced into the MBE apparatus. One monolayer of Zr silicide (ZrSi2) film is formed by evaporating one monolayer of Zr on a Si substrate using a metal Zr as an evaporation source at a substrate temperature of 300 ° C. and then raising the Si substrate temperature to 600 ° C. Terminate the Si surface. Next, oxygen of 1 × 10 −4 Pa is introduced into the MBE apparatus to oxidize the silicide film and change it into a silicate film. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 300 ° C., and Sr, Z
r and oxygen gas are simultaneously supplied to epitaxially grow SrZrO3 having a high dielectric constant on the Zr silicate. The film thickness was 5 nm. By using such a manufacturing method, S
A gate insulating film can be produced without forming a silicon oxide film at the interface with the i substrate. The effective thickness of the gate insulating film formed in this embodiment in terms of silicon oxide film is 0.3 nm.
Could be achieved. It was confirmed that the MOS type field effect transistor manufactured in this way has good characteristics because it has few interface states and the mobility of the inversion layer is high.

第4、5の実施形態では、CeシリケイトまたはZrシリケイト膜を用いたが、他の金
属のシリケイト膜を用いることもできる。特に、La、Ce、Pr、Nd、Smの何れの
シリケイトを用いた場合には顕著な効果が得られる。また、高誘電体膜としてSrTiO
3、SrZrO3を用いたが、La2O3、TiO2、Ta2O5、Al2O3、ZrO
2などのアモルファス層、LaAlO3などの結晶層、Hfシリケイト膜、Laシリケイ
ト膜、Zrシリケイト膜など、広範囲にわたる高誘電体層を用いることが可能である。
In the fourth and fifth embodiments, Ce silicate or Zr silicate film is used, but other metal silicate films can also be used. In particular, when any silicate of La, Ce, Pr, Nd, and Sm is used, a remarkable effect can be obtained. In addition, SrTiO is used as a high dielectric film.
3, SrZrO3 was used, but La2O3, TiO2, Ta2O5, Al2O3, ZrO
It is possible to use a wide range of high dielectric layers such as amorphous layers such as 2, crystal layers such as LaAlO 3, Hf silicate films, La silicate films, Zr silicate films, and the like.

本発明製造方法の第1の実施形態を説明するための工程断面図。Process sectional drawing for demonstrating 1st Embodiment of this invention manufacturing method. 本発明製造方法の第4の実施形態を説明するための工程断面図。Process sectional drawing for demonstrating 4th Embodiment of this invention manufacturing method. 本発明のMOS型電界効果トランジスタを説明するための図。The figure for demonstrating the MOS type field effect transistor of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11、21、31 … シリコン基板
12、22、32 … 素子分離領域
13、23… シリサイド膜
24 … シリケイト膜
14、25 … 高誘電体膜
33 … ゲート絶縁膜
34 … ゲート電極
35 … 拡散層(ソース・ドレイン領域)
36 … CVDシリコン窒化膜
37 … 層間絶縁膜
38 … Al配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 21, 31 ... Silicon substrate 12, 22, 32 ... Element isolation region 13, 23 ... Silicide film 24 ... Silicate film | membrane 14, 25 ... High dielectric film 33 ... Gate insulating film 34 ... Gate electrode 35 ... Diffusion layer (source)・ Drain region)
36 ... CVD silicon nitride film 37 ... Interlayer insulating film 38 ... Al wiring

Claims (4)

Si半導体基板にソース/ドレイン領域を設け、そのソース/ドレイン領域間上にゲート
絶縁膜を介してゲート電極を備えてなる電界効果トランジスタにおいて、前記Si基板上
に2モノレイヤ以下のLa、Ce、Pr、Nd、Smの何れかを含むシリサイド膜を設け
、その上にシリケイト膜を設けた積層膜をゲート絶縁膜として用いたことを特徴とする電
界効果トランジスタ。
In a field effect transistor in which a source / drain region is provided in a Si semiconductor substrate and a gate electrode is provided between the source / drain regions via a gate insulating film, La, Ce, Pr of 2 monolayers or less are formed on the Si substrate. , Nd, Sm is provided, and a laminated film in which a silicate film is provided thereon is used as a gate insulating film.
前記シリケイト膜はZrシリケイト、Hfシリケイト及びLaシリケイトから選択され
る少なくとも一種であることを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the silicate film is at least one selected from Zr silicate, Hf silicate, and La silicate.
Si半導体基板にソース/ドレイン領域を設け、そのソース/ドレイン領域間上にゲート
絶縁膜を介してゲート電極を備えてなる電界効果トランジスタを製造するに際し、前記S
i基板表面に2モノレイヤ以下のLa、Ce、Pr、Nd、Smの何れかを含むシリサイ
ド膜を形成してSi表面を終端化し、その後にシリケイト膜を積層してゲート絶縁膜を形
成したことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
In manufacturing a field effect transistor having a source / drain region on a Si semiconductor substrate and a gate electrode provided between the source / drain regions via a gate insulating film, the S
Forming a gate insulating film by forming a silicide film containing any of La, Ce, Pr, Nd, and Sm of 2 monolayers or less on the surface of the i substrate to terminate the Si surface, and then laminating a silicate film A method for manufacturing a field effect transistor, which is characterized.
前記シリケイト膜はZrシリケイト、Hfシリケイト及びLaシリケイトから選択され
る少なくとも一種であることを特徴とする請求項2記載の電界効果トランジスタの製造方
法。
3. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 2, wherein the silicate film is at least one selected from Zr silicate, Hf silicate, and La silicate.
JP2007038174A 2007-02-19 2007-02-19 Field-effect transistor and method of manufacturing same Abandoned JP2007180576A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007038174A JP2007180576A (en) 2007-02-19 2007-02-19 Field-effect transistor and method of manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007038174A JP2007180576A (en) 2007-02-19 2007-02-19 Field-effect transistor and method of manufacturing same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000290649A Division JP3940552B2 (en) 2000-09-25 2000-09-25 Field effect transistor and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007180576A true JP2007180576A (en) 2007-07-12

Family

ID=38305362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007038174A Abandoned JP2007180576A (en) 2007-02-19 2007-02-19 Field-effect transistor and method of manufacturing same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007180576A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9590100B2 (en) Semiconductor devices containing an epitaxial perovskite/doped strontium titanate structure
TWI331781B (en) Semiconductor fabrication method, method of forming a strained semiconductor structure
TWI254369B (en) Silicon oxycarbide and silicon carbonitride based materials for MOS devices
KR100809327B1 (en) Semiconductor device and Method for fabricating the same
US6607952B1 (en) Semiconductor device with a disposable gate and method of manufacturing the same
US9362280B2 (en) Semiconductor devices with different dielectric thicknesses
US9070617B2 (en) Reduced S/D contact resistance of III-V mosfet using low temperature metal-induced crystallization of n+ Ge
US8673711B2 (en) Methods of fabricating a semiconductor device having a high-K gate dielectric layer and semiconductor devices fabricated thereby
JP3875477B2 (en) Semiconductor element
JP2004006891A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP4025542B2 (en) Insulating film forming method, semiconductor device and manufacturing method thereof
CN104681440A (en) Semiconductor device and preparation method thereof
TW200908156A (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR20150025623A (en) Method of forming compound semiconductor film and method of manufacturing transistor including compound semiconductor film
US20040229412A1 (en) Inverter made of complementary p and n channel transistors using a single directly-deposited microcrystalline silicon film
JP3940552B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2002270828A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR20060079958A (en) Silicon thin film transistor
JP2007180576A (en) Field-effect transistor and method of manufacturing same
JP2003257968A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US7071038B2 (en) Method of forming a semiconductor device having a dielectric layer with high dielectric constant
KR100400253B1 (en) Method for forming the thin film transistor of semiconductor device
JP2002057155A (en) Manufacturing method of tantalum pentoxide film
JP3779556B2 (en) Field effect transistor
US11581423B2 (en) Integrated circuit devices including an element having a non-linear shaped upper surface and methods of forming the same

Legal Events

Date Code Title Description
A762 Written abandonment of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

Effective date: 20100121