JP2008072104A - シリコンナノワイヤに基づくトンネル効果トランジスタ - Google Patents
シリコンナノワイヤに基づくトンネル効果トランジスタ Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】より高いオン電流を達成するために、他のシリコン(Si)チャネル中にゲルマニウム(Ge)トンネルバリアを備えたナノワイヤベースのTFETが用いられる。ナノワイヤは、シリコンとゲルマニウムの間の格子不整合が、高い欠陥のある界面とならないように導入される。従来のMOSFET構造に比較して、静的電力の低減と共に動的電力の低減が得られる。これにより、多層ロジックは、ナノワイヤSi/GeTFETを用いることで、非常に高いオンチップトランジスタ密度となる。
【選択図】図2
Description
平面内に横たわった基板を提供する工程と、
基板上に、その上に選択的に触媒が形成されるソースコンタクトを形成する工程と、
ナノワイヤが、統合されたソース領域、チャネル領域、ヘテロセクション、およびドレイン領域を有し、ソース領域、チャネル領域、およびドレイン領域が、第1半導体材料からなり、ヘテロセクションが第1半導体材料とは異なった格子定数を有する材料からなるナノワイヤ構造を成長させる工程と、
ソース領域、チャネル領域、ヘテロセクション、およびドレイン領域を、所望のドーピングレベルおよびドーピングタイプに、選択的にドープする工程とを含む。
この方法の幾つかの具体例では、
ナノワイヤ構造の側壁上に、例えばゲート酸化物のようなゲート誘電体を形成する工程と、
ゲート誘電体上に、ゲートコンタクトを形成する工程と、
ドレインコンタクトを、ナノワイヤのドレイン領域の上に形成する工程の、1又はそれ以上の工程を含んでも良い。
ゲートコンタクトは、好ましくは導電性金属から形成され、好ましくは多結晶シリコン、多結晶ゲルマニウム、Al、W、Ta、Ti、Ru、Pd、Rh、Re、Pt、およびそれらの合金、のような金属、TaNやTiNのような金属窒化物、TaSiNのような金属シリコン窒化物、RuO2やReO3のような導電性酸化物、CoSi2、NiSi、およびTiSi2のようなフリーシリサイド金属(FUSI)、フリーゲルマナイド金属(FUGE)、仕事関数調整金属、特定のゲート仕事関数を得るための設計材料の少なくとも1つから選択される。最も好ましくは、ゲートコンタクトは、T−FETの所望のしきい値電圧を得るために、選択されたナノワイヤ材料、ゲート酸化物、およびゲート酸化物の厚み(第1および第2半導体材料)のために仕事関数が設計された金属からなる。
Claims (27)
- 少なくとも1つのナノワイヤを含むトンネル電界効果トランジスタ半導体装置であって、ナノワイヤが、
第1導電型に高ドープされた第1半導体材料からなるソース領域(2)と、
第2導電型に高ドープされた第1半導体材料からなるドレイン領域(5)と、
第2導電型に低ドープされた第1半導体材料からなり、ソース領域とドレイン領域との間に配置されたチャネル領域(4)と、
第1半導体材料とは異なった格子定数を有する材料からなり、ソース領域またはドレイン領域とチャネル領域との間に配置されたヘテロセクション(9)とを含み、
ナノワイヤのチャネル領域上にゲート構造を有し、ゲート構造は、ゲート誘電体(8)と、その上に配置されたゲートコンタクト(7)とを含むトンネル電界効果トランジスタ。 - ゲート構造が、ナノワイヤのチャネル領域を完全に覆う請求項1に記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- 更に、ソース領域とドレイン領域のそれぞれの上に電気コンタクト(2、6)を含む請求項1又は2に記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- 第1半導体材料が、IV族材料およびその2元系化合物、又はIII/V族材料およびその2元系、3元系および4元系化合物、又はII/VI族材料およびその2元系、3元系および4元系化合物の少なくとも1つから選択される請求項1〜3のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- 第1半導体材料が、シリコンを含む請求項1〜4のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ヘテロセクションが、ナノワイヤの第1半導体材料と異なった格子定数を有する第2半導体材料からなる請求項1〜5のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- 第2半導体材料が、IV族材料およびその2元系化合物、又はIII/V族材料およびその2元系、3元系および4元系化合物、又はII/VI族材料およびその2元系、3元系および4元系化合物の少なくとも1つから選択される請求項1〜6のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- 第2半導体材料が、ゲルマニウム又はSi1−xGex(x>0.5)である請求項1〜7のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ヘテロセクションが、金属(Al、W、Ta、Ti、Ru、Pd、Rh、Re、Pt、およびそれらの合金)、シリサイド、ゲルマナイド、金属ナイトライド、導電性酸化物、シリサイド金属、金属ゲルマナイド、およびそれらの合金や化合物の群の少なくとも1つから選択される請求項1〜5のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- 少なくとも1つのナノワイヤの直径が、1nmと500nmの間であり、好適には2nmと200nmの間である請求項1〜9のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- 少なくとも1つのナノワイヤの長さが、5nmと2μmの間であり、好適には10nmと1μmの間である請求項1〜10のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ゲート誘電体が、シリコンベース酸化物、アルミニウム酸化物、高誘電率酸化物、遷移金属のシリケート及び窒化シリケートの少なくとも1つから選択される請求項1〜11のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ゲート誘電体が、ハフニウム酸化物である請求項12に記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ゲートコンタクトが導電性材料からなり、多結晶シリコン、多結晶ゲルマニウム、金属又は金属合金、金属窒化物、金属シリコン窒化物、導電性酸化物、フリーシリサイド金属、フリーゲルマナイド金属、仕事関数調整金属、特定のゲート仕事関数を得るための設計材料の少なくとも1つから選択される請求項1〜13のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ゲートコンタクトが、その仕事関数が、特に第1および第2半導体材料、ゲート誘電体、およびゲート誘電体厚さに対して設計された金属からなる請求項1〜14のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ソース領域およびドレイン領域のそれぞれの上の電気コンタクトが、シリサイド含有構造、ゲルマナイド含有構造、金属含有構造、多結晶シリコン、又はそれらの組み合わせの少なくとも1つから選択される導電性材料である請求項1〜15のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ソース領域およびドレイン領域のそれぞれの上の電気コンタクトが、金属とシリサイドの組み合わせである請求項1〜16のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ヘテロセクションの長さが、1nmから50nmまでの範囲であり、好適には2nmから10nmまでの範囲である請求項1〜17のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- チャネル領域の長さが、1nmから1000nmまでの範囲であり、好適には1nmから100nmまでの範囲である請求項1〜18のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ゲート誘電体の厚さが、0.5nmから20nmまでの範囲である請求項1〜19のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ソース領域およびドレイン領域のドーピングレベルが、1018/ccから1021/ccまでの範囲であり、好適には1019/ccから5×1020/ccまでの範囲である請求項1〜20のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ヘテロセクションのドーピングレベルが、1018/ccから1021/ccまでの範囲であり、好適には1019/ccから5×1020/ccまでの範囲である請求項1〜21のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- チャネル領域のドーピングレベルが、アンドープから1016/ccまでの範囲であり、好適にはアンドープから1014/ccまでの範囲である請求項1〜22のいずれかに記載のトンネル電界効果トランジスタ。
- ナノワイヤトンネル電界効果トランジスタ半導体装置の製造方法であって、
平面内に横たわった基板(1)を提供する工程と、
基板(1)上にソースコンタクト(2)を形成する工程と、
ナノワイヤが、統合されたソース領域(3)、チャネル領域(4)、ヘテロセクション(9)、およびドレイン領域(5)を有し、ソース領域、チャネル領域、およびドレイン領域が、第1半導体材料からなり、ヘテロセクションが第1半導体材料とは異なった格子定数を有する第2材料からなるナノワイヤ構造を成長させる工程と、
ソース領域(3)、チャネル領域(4)、ヘテロセクション(9)、およびドレイン領域を、所望のドーピングレベルおよびドーピングタイプに、選択的にドープする工程と、
ナノワイヤ構造の側壁上に、ゲート誘電体(8)を形成する工程と、
ゲート誘電体上に、ゲートコンタクト(7)を形成する工程と、
ドレインコンタクト(6)を、ナノワイヤのドレイン領域の上に形成する工程とを含む製造方法。 - 基板がSiウエハである請求項24に記載の製造方法。
- 基板(1)上にソースコンタクト(2)を提供した後に、触媒が形成される請求項24又は25に記載の製造方法。
- 請求項1〜23のいずれかに記載のナノワイヤトンネル電界効果トランジスタ半導体装置を作製するための、請求項24〜26のいずれかに記載の方法の使用。
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