JP2007531258A - 適切なソース、ドレイン及びチャネル材料を有する電界効果トランジスタとそれを有する集積回路 - Google Patents
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Abstract
ノーマリーオンのトランジスタはソース(10)、ドレイン(11)及びチャネル(7)を備える。ソース、ドレイン及びチャネル材料は、NMOS型トランジスタではドレイン材料の電子親和力Xdがチャネル材料の電子親和力Xcより低く、ソース材料の電子親和力Xsがチャネル材料の電子親和力Xcより高くなるように(Xd<Xc<Xs)選択される。さらに、PMOS型トランジスタではドレイン材料の価電子帯の上限Edがチャネル材料の価電子帯の上限Ecより高く、ソース材料の価電子帯の上限Esがチャネル材料の価電子帯の上限Ecより低くなるように(Es<Ec<Ed)材料が選択される。
Description
[発明の背景]
本発明はソース、ドレイン及びチャネルを有する電界効果トランジスタ、特に、NMOS型トランジスタではドレイン材料の電子親和力Xdがチャネル材料の電子親和力Xcより小さくなるように選択され、PMOS型トランジスタではドレイン材料の価電子帯の上限Edがチャネル材料の価電子帯の上限Ecよりも高くなるように選択されたソース、ドレイン及びチャネル材料により形成されるものに関する。
本発明はソース、ドレイン及びチャネルを有する電界効果トランジスタ、特に、NMOS型トランジスタではドレイン材料の電子親和力Xdがチャネル材料の電子親和力Xcより小さくなるように選択され、PMOS型トランジスタではドレイン材料の価電子帯の上限Edがチャネル材料の価電子帯の上限Ecよりも高くなるように選択されたソース、ドレイン及びチャネル材料により形成されるものに関する。
[従来の技術]
従来、薄膜上に形成された電界効果トランジスタは、ゲート電極により制御されるチャネルにより接続されたソース及びドレインを有する。電荷キャリアは一方ではチャネル通過の際に拡散により減速され、他方ソースとチャネルの間ではトランジスタの切替速度を制限する。典型的には、この問題を解決するために、ソース及びドレイン領域は強くドープされ、ソース及びドレイン材料においてドーパントの強力な活性化が必要となる。もしこれらの材料が半導体であれば、ドーパントの活性は材料内のドーパントの制限された化学的溶解度により制限される。
従来、薄膜上に形成された電界効果トランジスタは、ゲート電極により制御されるチャネルにより接続されたソース及びドレインを有する。電荷キャリアは一方ではチャネル通過の際に拡散により減速され、他方ソースとチャネルの間ではトランジスタの切替速度を制限する。典型的には、この問題を解決するために、ソース及びドレイン領域は強くドープされ、ソース及びドレイン材料においてドーパントの強力な活性化が必要となる。もしこれらの材料が半導体であれば、ドーパントの活性は材料内のドーパントの制限された化学的溶解度により制限される。
シリコンチャネルとゲルマニウムのソース及び/又はドレインの使用がよく知られている。例えば文献JP63122177にはゲルマニウムのチャネルと、それぞれN型ドープ又はP型ドープのゲルマニウム層及びシリコン層を有するソース及びドレイン電極を備えるMOSトランジスタが記載されている。チャネルはN型又はP型にできる。この文献はCMOS回路内でのそのトランジスタの使用を提案している。
文献JP63013379にはシリコンチャネルとそれぞれシリコンに堆積されたN型ドープのゲルマニウム層により形成されるソース及びドレイン電極を備えるトランジスタが記載されている。
文献US2004/0014276にはそれぞれシリコンのチャネルとゲルマニウムのソース及びドレインを有するNMOS及びPMOSトランジスタが記載されている。
Lindert et al.による論文“Quasis-Planar FinFETs with Selectively Grown Germanium Raised Source/Drain”にはソースとドレインの間にフィンを有する電界効果トランジスタが記載されている。フィンがチャネルを形成する。チャネルはシリコンにより作られ、ソース又はドレインはゲルマニウムで作ることができる。
[発明の目的]
本発明の目的は、これらの欠点を改善し、特により高速の動作を可能にするトランジスタをつくることである。
本発明の目的は、これらの欠点を改善し、特により高速の動作を可能にするトランジスタをつくることである。
本発明によれば、この目的は添付の請求の範囲により達成され、特に、トランジスタはNMOSトランジスタのソース材料の電子親和力Xsが前記NMOSトランジスタのチャネル材料の電子親和力Xcより高く、PMOSトランジスタのソース材料の価電子帯の上限Esが前記PMOSトランジスタのチャネル材料の価電子帯の上限Ecより低いノーマリーオン型であるという事実により達成される。
本発明のさらなる目的は本発明によるPMOS型及びNMOS型の電界効果トランジスタを有する集積回路を提供することである。
他の利点及び特徴は、非制限的な例としてのみ与えられる、本発明の実施形態によるトランジスタの製造方法を示す添付の図面、図1から図5に表される後述の本発明の特定の実施形態の説明からより明らかとなるであろう。
[特定の実施例の説明]
本発明によるトランジスタはそれぞれ所定の材料、例えばシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ダイヤモンド状炭素(diamond−like C)、ガリウムヒ素(GaAs)又はアンチモン化インジウム(InSb)、で作られているチャネルを有する。
本発明によるトランジスタはそれぞれ所定の材料、例えばシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ダイヤモンド状炭素(diamond−like C)、ガリウムヒ素(GaAs)又はアンチモン化インジウム(InSb)、で作られているチャネルを有する。
本発明によれば、NMOSトランジスタのソース及びドレイン材料はそれらの電子親和力Xs及びXdに従って選択され、一方PMOSトランジスタでは、ソース及びドレイン材料はそれらの価電子帯の上限Es及びEdに従って選択される。
NMOSトランジスタのドレイン材料はドレイン材料の電子親和力Xdが前記NMOSトランジスタのチャネル材料の電子親和力Xcより低く(Xd<Xc)なるように選択される。PMOSトランジスタのドレイン材料は価電子帯の上限Edが前記PMOSトランジスタのチャネル材料の価電子帯の上限Ecよりも高く(Ed>Ec)なるように選択される。
NMOS及びPMOSトランジスタはノーマリーオン型又はノーマリーオフ型にできる。(オン型及びオフ型)どちらの場合も、ドレイン材料は上記した法則に従ってNMOS及びPMOSトランジスタそれぞれについて選択される。ソース材料にはチャネル材料とは違う材料が選択される。以下においては、ソース材料の選択はノーマリーオンのトランジスタに限定している。
ノーマリーオンのトランジスタでは、NMOSトランジスタのソース材料は、ソース材料の電子親和力Xs(on)が前記NMOSトランジスタのチャネル材料の電子親和力Xc(on)より高く(Xs(on)>Xc(on))なるように選択される。ノーマリーオンのPMOSトランジスタのソース材料の価電子帯の上限Es(on)は前記PMOSトランジスタのチャネル材料の価電子帯の上限Ec(on)より低い(Es(on)<Ec(on))。
これらの法則はトランジスタにより良い性能を与えるためにチャネル材料と適合するようドレイン及びソース材料を選択させることができる。特に、チャネル材料と異なる適切なソース材料の選択により、チャネルにおける電荷キャリアの速度が、ソース材料がチャネル材料と同じ化学的性質であるが逆導電型に高ドープされている場合に得られる速度である参照流動速度よりも自動的に速くなる。さらに、ソースにおける電荷キャリアの速度はチャネルにおけるキャリアの速度よりも速い。ドレイン材料はチャネル材料と異なり、ソース材料はチャネル材料と異なる。ソースとドレインの材料も互いに異なる。
NMOSトランジスタでは、チャネルが例えばシリコン(電子親和力Xが−4.05eV)で作られているとき、ドレインは例えばゲルマニウム(X=−4.13eV)、ガリウム(X=−4.07eV)又はアンチモン化インジウム(X=−4.59eV)で作ることができる。このようにすべての場合において、ドレイン材料の電子親和力Xdがチャネル材料の電子親和力Xcより低い(Xd<Xc)。チャネルがシリコンで作られているノーマリーオンのトランジスタでは、ソースは例えばダイヤモンド状炭素(電子親和力Xが0eV)で作ることができる。従って、ソース材料の電子親和力Xs(on)はチャネル材料の電子親和力Xc(on)より高い。
PMOSトランジスタでは、チャネルが例えばシリコン(価電子帯の上限Eが−5.17eV)で作られているとき、ドレインは例えばゲルマニウム(E=−4.79eV)又はアンチモン化インジウム(E=−4.75eV)で作ることができる。このようにすべての場合において、ドレイン材料の価電子帯の上限Edはチャネル材料の価電子帯の上限(Ec)より高い(Ed>Ec)。チャネルがシリコンで作られているノーマリーオンのトランジスタでは、ソースは条件Es(on)<Ec(on)を満たす例えばガリウムヒ素(E=−5.49eV)又はダイヤモンド状炭素(E=−5.47eV)で作ることができる。
本発明は上記した材料の組み合わせに限定されないが、電界効果トランジスタのチャネル、ソース又はドレインを形成しやすいあらゆる材料、ただし上記2つの条件を満たす、に適用される。ソース及びドレイン材料はドープしてもよく、またトランジスタの性能をさらに改良しなくてもよい。
本発明によるトランジスタの製造方法の特定の実施例では、図1に示されるように、チャネルを形成するよう設計された第1の膜1が基板2上に堆積される。基板は表面に例えば高誘電率の酸化物の膜やアルミナの薄い絶縁膜を有する。そして第1の膜1上にゲート絶縁膜3を堆積する。そして導電膜4がゲート絶縁膜3上に堆積される。図1に示されるように、導電膜4は、第1の導電膜4aと、導電性でも非導電性でもよくエッチング時のマスクとして用いることができる第2の膜4bと、の重ね合わせで形成される。導電膜4aは低圧力の化学気相堆積又はエピタキシにより堆積できる。エッチング工程はゲート電極5を形成するために導電膜4がマスク(図示せず)を用いて横方向に輪郭を描くことを可能にする。そしてゲート電極5の側面上への絶縁材料の堆積によりゲート電極5の側部絶縁体6を形成することができる。側部絶縁体6は、マスク(図示せず)によるエッチングの後に続く、ゲート電極5周囲の導電膜4の厚さに対応した厚さを有する膜の堆積により実現される。
図2には、ゲート電極5及び絶縁体6に覆われていない基板2の領域におけるゲート絶縁膜3のエッチングが示されている。このエッチングは塩化混合物及び熱陰極を用いて行うことができる。
図3に示されるように、第1の膜1のエッチングはチャネル7を横方向に輪郭が描ける。図3に示されるように、第1の膜1は異方性又は等方性のエッチング処理をすることができる。等方性エッチングにより第1の膜1の除去部8がゲート絶縁膜3の下に得られ、望ましくはゲート電極5の下まで伸びる凹部を作る。異方性エッチングは反応性イオンエッチングにより行うことができる。
図4はそれぞれソース及びドレインを形成するために設計されたソース材料9a及びドレイン材料9bの堆積、例えばチャネル7の各側部の基板2上へのエピタキシによる、を示す。
図5に示されるように、ゲート電極及び側部絶縁体6に覆われていない基板2上の領域のソース材料9a及びドレイン材料9bの異方性エッチングによりソース材料9a及びドレイン材料9bは横方向に輪郭形成され、ソース10及びドレイン11が形成される。特に半導体材料のエッチングによりサイズの小さいトランジスタが得られる。トランジスタの製造は、基板2上への金属12の堆積、例えば化学的機械研磨による平坦化、及び金属12のエッチングによるソース10及びドレイン11に接続されるコンタクト部の形成により完了する。
ソース10及びドレイン11が異なる材料で形成されたとき、トランジスタの製造方法は好ましくは、ドレイン11が位置する場所の基板2上への第1のマスクの堆積及び基板2上へのソース材料9aの堆積を含む。第1のマスクは例えばシリカ(SiO2)で作られた無機物のマスクであり、化学気相成長により堆積される。ソース材料9aの堆積はエピタキシにより行うことができる。そして第1のマスクを例えばフッ化水素酸(HF)により除去し、例えばシリカで作られた第2のマスクをソース材料9a上に堆積する。そして例えばエピタキシによりドレイン材料9bを堆積し、第2のマスクを除去する。材料9a及び9bは先に述べたように、それぞれソース10及びドレイン11を輪郭形成するように異方性エッチング処理される。このようにコンタクトが形成され、厚いシリカ膜で覆われたトランジスタが得られる。
特に、本発明は、好ましくは本発明によるPMOS型の電界効果トランジスタ及びNMOS型のトランジスタを有する集積回路の製造に適用できる。
Claims (2)
- NMOS型トランジスタではドレイン材料の電子親和力(Xd)がチャネル材料の電子親和力(Xc)より低くなるように、PMOS型トランジスタではドレイン材料の価電子帯の上限(Ed)がチャネル材料の価電子帯の上限(Ec)より高くなるように選択されたソース、ドレイン及びチャネル材料によりそれぞれ形成されるソース、ドレイン及びチャネルを備え、ノーマリーオン型のトランジスタではNMOSトランジスタのソース材料の電子親和力(Xs)が前記NMOSトランジスタのチャネル材料の電子親和力(Xc)より高く、PMOSトランジスタのソース材料の価電子帯の上限(Es)は前記PMOSトランジスタのチャネル材料の価電子帯の上限(Ec)より低いことを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項1記載のPMOS型及びNMOS型の電界効果トランジスタを備えることを特徴とする集積回路。
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