JP2010093051A - Field-effect semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電界効果型半導体装置、金属−絶縁膜−半導体(MISもしくはMOS)電界効果トランジスタ(FET)に関するものであり、例えば、相補型金属−絶縁膜−半導体(CMOS)半導体装置等のMOS−FETにおけるソース領域或いはドレイン領域の少なくとも一方の構成に関するものである。 The present invention relates to a field effect semiconductor device, a metal-insulating film-semiconductor (MIS or MOS) field effect transistor (FET), and, for example, a MOS such as a complementary metal-insulating film-semiconductor (CMOS) semiconductor device. The present invention relates to a configuration of at least one of a source region and a drain region in an FET.
従来の相補型トランジスタを用いた回路の各トランジスタはMIS型トランジスタとなっている。高集積化を進めていくと、前記トランジスタのサイズは当然のことながら微細化され、電源電圧を1V以下などと低くしなければならない、といった要求がある。しかしながらゲート電圧をオフ状態にしていてもソース−ドレイン間のチャネル部には拡散電流が流れてしまうので、閾値電圧を十分低くすることもできないといった問題を抱えている。 Each transistor in a circuit using a conventional complementary transistor is a MIS transistor. As the integration increases, the size of the transistor is naturally reduced, and there is a demand for the power supply voltage to be as low as 1 V or less. However, even if the gate voltage is turned off, a diffusion current flows through the channel portion between the source and the drain, so that the threshold voltage cannot be lowered sufficiently.
この閾値電圧以下のサブスレッショルド領域におけるリーク発生によって非動作時の消費電力が多大に発生してしまう。スイッチ素子として使用する場合の消費電力が無視できなくなってきた。それを回避するために電源電圧、閾値電圧ともに高くする必要があり、低電源電圧化、低閾値電圧化の要請に応えることができないのが現状である。 The occurrence of leakage in the sub-threshold region below this threshold voltage causes a great amount of power consumption during non-operation. The power consumption when used as a switch element has become ignorable. In order to avoid this, it is necessary to increase both the power supply voltage and the threshold voltage, and the current situation is that the demand for lowering the power supply voltage and lowering the threshold voltage cannot be met.
図23は、従来のMOSFETのエネルギーバンドダイヤグラムであり、ここでは、ゲート電圧off、ドレインバイアス時の状態を模式的に示している。図に示すように、紙面垂直方向にはゲート誘電膜を介してゲート電極があると考えれば、ゲート電圧を印加することによって反転層チャネルを形成してチャネルを形成することになる。しかし、ゲート電圧off時にチャネル部にも少数キャリアが存在し、その拡散電流がサブスレッショルド電流としてドレインに流れる。 FIG. 23 is an energy band diagram of a conventional MOSFET. Here, the state at the time of gate voltage off and drain bias is schematically shown. As shown in the figure, assuming that there is a gate electrode through a gate dielectric film in the direction perpendicular to the paper surface, an inversion layer channel is formed by applying a gate voltage to form a channel. However, minority carriers also exist in the channel portion when the gate voltage is off, and the diffusion current flows to the drain as a subthreshold current.
ゲート電圧がオフ状態の時にもチャネルは弱反転状態で少数キャリアが表面ポテンシャルに対して指数的に変化して発生している。この状態でドレインがバイアスされているので、ソース−ドレイン間には電界が発生しており、拡散によって電流が流れることがこのサブスレッショルド電流の起源である。 Even when the gate voltage is in the off state, the channel is weakly inverted and minority carriers are generated exponentially with respect to the surface potential. Since the drain is biased in this state, an electric field is generated between the source and the drain, and the current flows by diffusion is the origin of this subthreshold current.
この電流Iは、
I=−qADn(dn/dx)
≒(qWcxcDn/Lc)np0×exp〔qΨs(0)/kT〕
で与えられる。ここで、Dnはキャリアの拡散係数、Aは断面積(チャネル幅Wcと実効チャネル厚xcとの積)、np0は少数キャリア濃度の定数、Ψsは表面ポテンシャル、Lcはチャネル長である。また、qは素電荷、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。
伝導に寄与するキャリアは温度Tと表面ポテンシャルΨsに指数関数的に依存して発生しており、このキャリアがチャネル長を拡散することで流れることで説明される。
This current I is
I = −qAD n (dn / dx)
≒ (qW c x c D n / L c) n p0 × exp [qΨ s (0) / kT]
Given in. Here, D n is a carrier diffusion coefficient, A is a cross-sectional area (product of channel width W c and effective channel thickness x c ), n p0 is a constant of minority carrier concentration, Ψ s is a surface potential, and L c is a channel. It is long. Further, q is an elementary charge, k is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature.
Carriers contributing to conduction are generated exponentially depending on the temperature T and the surface potential ψ s , and this is explained by the fact that the carriers flow by diffusing the channel length.
このように、サブスレッショルド電流Iはドレイン電圧には依存せず、温度Tと表面ポテンシャルΨsに依存する。即ち、ゲート電圧Vgに対して指数関数的に、q/kTの割合(室温では〜66mV/dec以上)で変化している。したがって、on−off比を6桁とろうとすれば、少なくとも閾値電圧Vthを396mV以上にしなければならないことを示しており、実際、動作電圧を1V以下にすることが困難となっていた。このことから、off時の拡散による電流を抑止してより電界依存の強い効果をもってon時に移行するトランジスタが求められていた。 Thus, the subthreshold current I does not depend on the drain voltage but depends on the temperature T and the surface potential Ψ s . That is, exponentially with gate voltage V g, (at room temperature ~66mV / dec or higher) proportion of q / kT is changing. Therefore, it has been shown that if the on-off ratio is to be 6 digits, at least the threshold voltage Vth must be 396 mV or higher, and it has actually been difficult to reduce the operating voltage to 1 V or lower. For this reason, there has been a demand for a transistor that suppresses current caused by diffusion at the time of off and shifts at the time of on with an effect that has a stronger electric field dependency.
このような要請に応えるために、例えば、p+ −n+ 接合に順方向バイアスを掛けて発生するトンネル電流を利用する方法がBanerjeeらによって報告されている(例えば、非特許文献1参照)。p+ −n+ 接合に順方向バイアスするとn+ 型半導体とp+ 型半導体のフェルミエネルギーが一致する時にトンネル電流が最大となる効果を示し、さらにバイアスを上げていくと電流は低下する。このように、このデバイスでは負性微分抵抗領域をもって動作する。 In order to meet such a demand, for example, a method using a tunnel current generated by applying a forward bias to a p + -n + junction has been reported by Banerjee et al. (See, for example, Non-Patent Document 1). When forward bias is applied to the p + -n + junction, the tunnel current is maximized when the Fermi energies of the n + type semiconductor and the p + type semiconductor coincide with each other, and the current decreases as the bias is further increased. Thus, this device operates with a negative differential resistance region.
その後、このようなp+ −n+ 接合のトンネルデバイスをVMOS(V−groove MOS)型にする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このp+ −n+ 接合のバンド間トンネルの電流密度Jbtは、
Jbt=A〔Ej 2 /(Eg)1/2 〕V×exp〔−B(Eg)3/2 /Ej〕
で与えられる。ここで、A及びBは、
A=(2m* )1/2 q3 /〔4π3 (h/2π)2 〕
B=4(2m* )1/2 /〔3q(h/2π)〕
の定数であり、Ej が接合の電界となっている。
Thereafter, a method of making such a p + -n + junction tunnel device a VMOS (V-groove MOS) type has been proposed (for example, see Patent Document 1). The current density J bt of the band-to-band tunnel of this p + -n + junction is
J bt = A [E j 2 / (E g ) 1/2 ] V × exp [−B (E g ) 3/2 / E j ]
Given in. Where A and B are
A = (2m * ) 1/2 q 3 / [4π 3 (h / 2π) 2 ]
B = 4 (2 m * ) 1/2 / [3q (h / 2π)]
Ej is a junction electric field.
もし、p+ −n+ 接合が階段状の接合であっても、Ejは印加電圧Vの平方根には依存するが、結果的にVを大きくしても電流の変化は少なく、前述の特許文献1による報告によっても、このデバイスのon−off比が5程度(室温動作時)と高くなかった。
Even if the p + -n + junction is a step-like junction, E j depends on the square root of the applied voltage V. As a result, even if V is increased, the current does not change so much. According to the report by
他にも、松村英樹はソース−ドレイン間を近距離にして金属酸化物を挟み、この金属酸化物にゲート電極をさらに設けて、この金属酸化物内の電気ポテンシャルを電界効果で変調することで、金属酸化物内をトンネル電流が流れることで動作させるMITT(Metal Insulator Tunnel Transistor)を提案している(例えば、特許文献2参照)。 In addition, Hideki Matsumura sandwiched a metal oxide with a short distance between the source and drain, provided a gate electrode on this metal oxide, and modulated the electric potential in this metal oxide by the electric field effect. Have proposed MITT (Metal Insulator Tunnel Transistor) that is operated by a tunnel current flowing through a metal oxide (see, for example, Patent Document 2).
この提案においては、金属酸化物を絶縁物として用意しておき、そのソースドレイン端のポテンシャルバリアを、外部ゲート電極で変調してトンネル電流を変化させて動作させている。それ故、便宜上金属酸化物内の伝導部をトンネルチャネルと呼んでいる。ここでは、ソース−ドレインを近距離(16nm)とするためにCu/CuOx膜やZn/ZnOx膜、Al/AlOx膜、Nb/NbOx膜を使うことが開示されている。この場合、ソース−ドレインはトンネルチャネルを挟む形で近接させなければならず、作製が困難である。 In this proposal, a metal oxide is prepared as an insulator, and the potential barrier at the source and drain ends is modulated by an external gate electrode to change the tunnel current. Therefore, for convenience, the conductive part in the metal oxide is called a tunnel channel. Here, it is disclosed that a Cu / CuO x film, a Zn / ZnO x film, an Al / AlO x film, or an Nb / NbO x film is used in order to make the source-drain a short distance (16 nm). In this case, the source-drain must be brought close to each other with the tunnel channel interposed therebetween, which is difficult to manufacture.
改めてこのデバイスの動作原理を説明すれば、トンネルチャネルにゲート電極を設けて、トンネルバリアの電界を変えるものである。即ち、バリア障壁φoxがある金属/金属酸化物の接合におけるトンネル電流をゲート電圧で調整しようというものである。ここで発生するトンネル電流には大別して、Fowler−Nordheim(FN)トンネル電流や直接トンネル電流があるが、ここではFN電流を制御する手法である。 To explain the operation principle of this device again, a gate electrode is provided in the tunnel channel to change the electric field of the tunnel barrier. That is, the tunnel current at the metal / metal oxide junction having the barrier barrier φ ox is adjusted by the gate voltage. The tunnel current generated here is roughly classified into a Fowler-Nordheim (FN) tunnel current and a direct tunnel current. Here, a technique for controlling the FN current is used.
FNトンネル電流密度JFNは
JFN=A′Eox 2 ×exp〔−B′φox 3/2 /Eox〕
で与えられる。ここで、A′及びB′は、
A′=q2 /〔16π2 (h/2π)φox〕
B′=A(2m* q)1/2 /〔2(h/2π)〕
であり、Eoxは絶縁膜(トンネルチャネル)の電界である。
FN tunnel current density J FN is J FN = A′E ox 2 × exp [−B′φ ox 3/2 / E ox ]
Given in. Where A ′ and B ′ are
A ′ = q 2 / [16π 2 (h / 2π) φ ox ]
B ′ = A (2m * q) 1/2 / [2 (h / 2π)]
E ox is the electric field of the insulating film (tunnel channel).
このデバイスで、ソース・ドレイン間に電荷キャリアをトンネルさせる場合に、Eoxをソース・ ドレイン間に与えた電圧から決定するのみならず、このトンネルチャネルに設けられたゲート電極へ印加するゲート電圧によって実効的なEoxを変調して、よりトンネル電流の流れる状態を実現しようとしている。FN電流ではEoxとφoxに強く依存するため、on−off比を大きくとれると期待される。 In this device, when charge carriers are tunneled between the source and the drain, not only is E ox determined from the voltage applied between the source and the drain, but also by the gate voltage applied to the gate electrode provided in the tunnel channel. The effective E ox is modulated to achieve a state where more tunnel current flows. Since the FN current strongly depends on E ox and φ ox , it is expected that the on-off ratio can be increased.
また、シリコンMOSトランジスタのソース・ドレイン拡散層電極周囲を絶縁膜層で囲み、電極とチャネル(基板)の間にリークに対するバリアを設ける方法が提案されている。この原型には、SchwchunらがTETRAN(Tunnel emitter transistor)と名付けたデバイスでの報告がある(例えば、非特許文献2参照)。また、RuzylloはSurface oxide transitorと名付けた同様のデバイスについて報告している(例えば、非特許文献3参照)。 In addition, a method has been proposed in which a source / drain diffusion layer electrode periphery of a silicon MOS transistor is surrounded by an insulating film layer and a barrier against leakage is provided between the electrode and the channel (substrate). In this prototype, there is a report on a device named by Schwwchu et al. As TETRAN (Tunnel emitter transistor) (see, for example, Non-Patent Document 2). Ruzylo reports a similar device named “Surface Oxide Translator” (see, for example, Non-Patent Document 3).
図24は、このようなトンネルバリアMOSFETのエネルギーバンドダイヤグラムであり、図24(a)は、ゲート電圧off、ドレインバイアス時の模式的エネルギーバンドダイヤグラムであり、また、図24(b)はゲート電圧on、ドレインバイアス時の模式的エネルギーバンドダイヤグラムである。 FIG. 24 is an energy band diagram of such a tunnel barrier MOSFET, FIG. 24 (a) is a schematic energy band diagram at the time of gate voltage off and drain bias, and FIG. 24 (b) is a gate voltage. on, a schematic energy band diagram at the time of drain bias.
図24(a)に示すように、チャネル−ドレイン間にトンネル絶縁膜が挟まれているので、ドレインに電流は流れない。また、ゲート電圧offでもドレインバイアス電圧Vdsによって、ドレイン・トンネル膜側にはキャリアが存在する。この電圧Vdsが小さな場合にはキャリアが少数なためトンネル電流は流れないが、大きなVdsを印加した場合には、Vdsの値に応じてトンネル電流が流れる。 As shown in FIG. 24A, since the tunnel insulating film is sandwiched between the channel and the drain, no current flows through the drain. Further, even when the gate voltage is off, carriers exist on the drain / tunnel film side due to the drain bias voltage Vds . When this voltage V ds is small, the number of carriers is small and tunnel current does not flow. However, when large V ds is applied, tunnel current flows according to the value of V ds .
図24(b)に示すように、チャネル部にゲート電圧を印加して、反転層を形成する。
ソース−チャネル間とチャネル−ドレイン間にはトンネル絶縁膜が挟まれているが、ソース・ドレイン間バイアスVdsによって、トンネル膜には酸化膜電界を生じて実効的膜厚が薄くなって、トンネル電流が流れ、スイッチがon状態になる。
As shown in FIG. 24B, a gate voltage is applied to the channel portion to form an inversion layer.
A tunnel insulating film is sandwiched between the source and the channel and between the channel and the drain. However, the source-drain bias V ds causes an oxide film electric field in the tunnel film to reduce the effective film thickness. Current flows and the switch is turned on.
また、久本らは、拡散層電極のチャネル部をショットキー接合として、ポリシリコンチャネルを使った縦型MOSの作製方法を挙げ、その一例の中でチタンオキサイド(TiOx)からなるトンネル絶縁膜を設けて導電領域―チャネル領域―トンネル絶縁膜―金属導電領域の(MeSIS)積層構造を提案している(例えば、特許文献3参照)。また、他にも、馬場等は表面トンネルトランジスタを提案しており(例えば、特許文献4参照)、田村は誘電体ベーストランジスタを提案している(例えば、特許文献5参照)。 Hisamoto et al. Gave a method for fabricating a vertical MOS using a polysilicon channel with the channel portion of the diffusion layer electrode as a Schottky junction. In one example, a tunnel insulating film made of titanium oxide (TiO x ) was used. A (MeSIS) stacked structure of a conductive region, a channel region, a tunnel insulating film, and a metal conductive region is proposed (see, for example, Patent Document 3). In addition, Baba et al. Have proposed a surface tunnel transistor (see, for example, Patent Document 4), and Tamura has proposed a dielectric base transistor (see, for example, Patent Document 5).
上述のように、MOSFETのサブスレッショルド電流によるoff時のリーク電流を抑制して、on−off比を高くしたトランジスタが、ソース・ドレイン部にショットキー接合バリヤやトンネル膜バリヤを用いてこれまでにも作製されていた。この方法により半導体のp−n接合よりも急峻な接合が形成され、微細化に適していた。 As described above, a transistor having a high on-off ratio by suppressing a leakage current caused by the MOSFET sub-threshold current has been used so far by using a Schottky junction barrier or a tunnel film barrier in the source / drain portion. Was also made. By this method, a sharper junction than a semiconductor pn junction was formed, which was suitable for miniaturization.
また、数10nmのチャネル長のデバイスでは、チャネルのキャリア輸送がバリステック(無衝突)伝導に近くなってきており、キャリア単体の輸送速度に着目し、チャネルへのキャリア注入の速度を変調させたりして伝導させることに注目が集まっていた。 In addition, in a device having a channel length of several tens of nanometers, the carrier transport of the channel has become close to ballistic (non-collision) conduction, and the carrier injection speed into the channel can be modulated by focusing on the transport speed of the carrier alone. Attention was focused on conducting it.
また、数10nmのチャネル長をもつデバイスを浅い接合技術によってソースドレインを設けて表面に作製するのが困難となっており、チャネル領域を絶縁物で囲う、シリコンオンインシュレータ(SOI)やFin型FET、ナノワイヤなどに注目が集まっていた。
しかし、上述したMeSISなどのように、ソース・ドレイン部にトンネル膜バリアを用いて作製されるトランジスタは提案されているが、
(1)十分低いoff電流をもって高いon−off比による低電圧動作を実現する構造(2)相補型スイッチの実現方法、並びに、その相補型スイッチを用いたCMOS等の回路の作製方法については開示されていなかった。
However, a transistor manufactured using a tunnel film barrier in the source / drain portion, such as MeSIS described above, has been proposed.
(1) Structure that realizes low voltage operation with a sufficiently low off current and high on-off ratio (2) A method for realizing a complementary switch and a method for manufacturing a circuit such as a CMOS using the complementary switch are disclosed. Was not.
なお、上述の特許文献3にはシリコンチャネル部の導電型を変えることでCMOSの作製方法が開示されているが、耐熱金属を用いたソース・ドレイン導電領域の作製としてシリコンチャネル部の導電型を変えた相補型のゲインセル回路(CMOSインバーター様)の構成を開示するに留まっている。 The above-mentioned Patent Document 3 discloses a method for manufacturing a CMOS by changing the conductivity type of the silicon channel portion. However, the conductivity type of the silicon channel portion is used as a source / drain conductive region using a refractory metal. Only the configuration of the changed complementary gain cell circuit (CMOS inverter-like) is disclosed.
また、上述のトンネルバリア膜トランジスタでは、ソース配線から順に、配線(導電)領域−トンネル絶縁膜―チャネル領域―トンネル絶縁膜―配線(導電)領域のドレインという材料の組み合わせになっている。この既往文献では、耐熱金属の導電領域と、耐熱金属の酸化物もしくは窒化物のトンネル絶縁膜とあり、チタン、タングステン、白金、コバルト、ニッケルといった材料を使う点についてのみ開示されていた。 Further, in the above-described tunnel barrier film transistor, a material combination of a wiring (conductive) region, a tunnel insulating film, a channel region, a tunnel insulating film, and a drain of the wiring (conductive) region is sequentially formed from the source wiring. In this past document, there is a conductive region of a refractory metal and a tunnel insulating film of an oxide or nitride of a refractory metal, and only the point of using materials such as titanium, tungsten, platinum, cobalt, and nickel has been disclosed.
また注記するならば、低いoff電流に関しては取り組みがなされていないこともあり、既往文献においてはソースとドレインの導電領域は同じ材料が使われていた。 In addition, it should be noted that no efforts have been made regarding the low off-current, and in the past literature, the same material was used for the source and drain conductive regions.
しかし、本発明者が鋭意研究した結果、開示されている構成・材料の選択では、十分低いoff電流をもって高いon−off比で低電圧動作するために最適な選択とはなっておらず、またソースとドレインの材料は異種のものが良いことが示されていなかった。 However, as a result of intensive studies by the present inventors, the disclosed configuration / material selection is not an optimal selection for low voltage operation with a sufficiently low off current and a high on-off ratio, and The source and drain materials were not shown to be good.
また、相補型スイッチの作製方法については、チャネルの導電型を変える方法しか開示されておらず、作製方法に大きな制約があるという問題がある。さらに、off時の電流を抑制するための作製手法についても開示されていないという問題がある。 In addition, as a method for manufacturing a complementary switch, only a method for changing the conductivity type of the channel is disclosed, and there is a problem that the manufacturing method is largely limited. Furthermore, there is a problem that a manufacturing method for suppressing the current at the time of off is not disclosed.
したがって、本発明は、従来の作製方法を大幅に変更することなく、サブスレッショルド電流によるoff時のリーク電流を抑制して、on−off比を高くすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to increase the on-off ratio by suppressing the leakage current at the time of off due to the subthreshold current without significantly changing the conventional manufacturing method.
本発明の一観点からは、第1ソース領域及び第1ドレイン領域の少なくとも一方が第1金属或いは第1多結晶半導体からなるとともに、前記第1金属或いは第1多結晶半導体と第1半導体チャネル層との間に形成された第1トンネル絶縁膜を有することを特徴とする電界効果型半導体装置が提供される。 From one aspect of the present invention, at least one of the first source region and the first drain region is made of the first metal or the first polycrystalline semiconductor, and the first metal or the first polycrystalline semiconductor and the first semiconductor channel layer. And a first tunnel insulating film formed between the first and second layers.
また、本発明の別の観点からは、第1ソース領域及び第1ドレイン領域の少なくとも一方が第1金属或いは第1多結晶半導体からなるとともに、前記第1金属或いは前記第1多結晶半導体と第1半導体チャネル層との間に形成された第1トンネル絶縁膜を有するnチャネル型電界効果トランジスタと、第2ソース領域及び第2ドレイン領域の少なくとも一方が第2金属或いは第2多結晶半導体からなるとともに、前記第2金属或いは前記第2多結晶半導体と第2半導体チャネル層との間に形成された第2トンネル絶縁膜を有するpチャネル型電界効果トランジスタとを直列接続した相補型トランジスタを備えた電界効果型半導体装置が提供される。 From another viewpoint of the present invention, at least one of the first source region and the first drain region is made of the first metal or the first polycrystalline semiconductor, and the first metal or the first polycrystalline semiconductor and And an n-channel field effect transistor having a first tunnel insulating film formed between the first semiconductor channel layer and at least one of the second source region and the second drain region is made of a second metal or a second polycrystalline semiconductor. And a complementary transistor in which a p-channel field effect transistor having a second tunnel insulating film formed between the second metal or the second polycrystalline semiconductor and the second semiconductor channel layer is connected in series. A field effect semiconductor device is provided.
開示の電界効果型半導体装置によれば、ソース・ドレインの少なくも一方に、トンネル絶縁膜を設けたので低いoff電流をもって、高いon−off比を得ることができ、低電圧動作する大規模な半導体集積回路装置の実現が可能となった。 According to the disclosed field effect semiconductor device, since a tunnel insulating film is provided on at least one of the source and drain, a high on-off ratio can be obtained with a low off current, and a large-scale operation with a low voltage is possible. Realization of a semiconductor integrated circuit device has become possible.
また、相補型電界効果型半導体装置を構成する場合、pチャネル型トランジスタとnチャネル型トランジスタで異なる二種類以上の金属からなるソース或いはドレインと、二種類以上のトンネル絶縁膜を用いることによって、より低いoff電流をもって、高いon−off比を得ることが可能となる。 Further, when a complementary field effect semiconductor device is configured, by using two or more kinds of sources or drains made of two or more kinds of metals, and two or more kinds of tunnel insulating films, the p-channel type transistor and the n-channel type transistor are used. A high on-off ratio can be obtained with a low off current.
ここで、図1乃至図7を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明のトンネルバリア絶縁ゲート電界効果型半導体装置のエネルギーバンドダイヤグラムであり、図1(a)は、ゲート電圧off、ドレインバイアス時の模式的エネルギーバンドダイヤグラムであり、また、図1(b)はゲート電圧on、ドレインバイアス時の模式的エネルギーバンドダイヤグラムである。 Here, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an energy band diagram of a tunnel barrier insulated gate field effect semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic energy band diagram at the time of gate voltage off and drain bias. (B) is a schematic energy band diagram when the gate voltage is on and the drain bias is applied.
図1(a)に示すように、ソースとドレインの間にバイアス電圧Vdsが印加されている。ゲート電圧offでは、チャネル部は空乏しており、チャネル部のキャリアが少数であるためもトンネル電流は極めて少ない。また、チャネル部の多数キャリアに対してのバリアも大きくなっている。すなわち、このソースドレイン間のバイアス電圧Vdsが小さな場合にはトンネル電流は流れないが、大きなVdsを印加した場合には、Vdsの値に応じてトンネル電流を指数関数的に大きく流すことができる。これは、チャネル−ドレイン間にトンネル絶縁膜が挟まれていることで、オフ時に大きなVdsを印加されていてもドレイン電流を極めて低い状態にできる。 As shown in FIG. 1A, a bias voltage V ds is applied between the source and the drain. At the gate voltage off, the channel portion is depleted, and the tunnel current is very small because the number of carriers in the channel portion is small. In addition, the barrier against majority carriers in the channel portion is also increased. That is, when the bias voltage V ds between the source and the drain is small, the tunnel current does not flow, but when a large V ds is applied, the tunnel current is caused to flow exponentially large according to the value of V ds. Can do. This is because the tunnel insulating film is sandwiched between the channel and the drain, so that the drain current can be made extremely low even when a large V ds is applied at the time of OFF.
図1(b)に示すように、チャネル部にゲート電圧を印加して、チャネル部は反転状態になって反転層を形成する。反転状態のチャネル部の多数キャリアに対するトンネルバリアは低くなるため、トンネル電流が流れやすくなっている。そのことで、ソース−チャネル間とチャネル−ドレイン間にはトンネル絶縁膜が挟まれているが、ソース・ドレイン間バイアスVdsによって、トンネル膜には電界を生じるので、ソース−チャネル、ならびにチャネル−ドレインの間には少なくともトンネル電流成分で電流が流れることで、ゲート電圧によりソース−ドレイン間が導通状態となるスイッチとしてのon状態の働きになる。 As shown in FIG. 1B, a gate voltage is applied to the channel portion so that the channel portion is inverted and an inversion layer is formed. Since the tunnel barrier for majority carriers in the channel portion in the inverted state is low, the tunnel current easily flows. As a result, a tunnel insulating film is sandwiched between the source and the channel and between the channel and the drain, but an electric field is generated in the tunnel film due to the source-drain bias V ds . Since a current flows at least as a tunnel current component between the drains, it acts as an on state as a switch in which the source-drain is brought into conduction by the gate voltage.
本発明においては、トンネル絶縁膜の種類と、ソース領域及びドレイン領域に用いる金属の種類に特徴があるので、その事情を説明する。図2は、トンネルバリア近傍の模式的エネルギーバンドダイヤグラムである。図2(a)に示すように、電子をキャリアとしてトンネル電流を流す場合には、ソース或いはドレインの領域に設けられる材料のもつ実効的な仕事関数の低い材料を用いる方がトンネルバリア障壁が低くなるため適している。逆に、図2(b)に示すように、ホールをキャリアとしてトンネル電流を流す場合には、ソース或いはドレインの領域に設けられる材料のもつ実効的な仕事関数の高い材料の方がトンネルバリア障壁が低くなるため適していることは自明である。 Since the present invention is characterized by the type of tunnel insulating film and the type of metal used for the source region and the drain region, the circumstances will be described. FIG. 2 is a schematic energy band diagram near the tunnel barrier. As shown in FIG. 2A, when a tunnel current is caused to flow using electrons as carriers, the tunnel barrier barrier is lower when a material having a low effective work function of the material provided in the source or drain region is used. Suitable for becoming. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when a tunnel current is caused to flow using holes as carriers, a material having a high effective work function of a material provided in a source or drain region has a higher tunnel barrier barrier. It is self-evident that it is suitable because of lowering.
したがって、本発明においては、ソース側とチャネル側のトンネルバリア障壁をゲート電圧でon状態の時に低くできるように、nチャネル型MOSFETの場合には、ソース側には仕事関数が低い材料を用いて、ドレイン側には仕事関数が高い材料を用いる。一方、pチャネル型MOSFETの場合には、ソース側には仕事関数が高い材料を用いて、ドレイン側には仕事関数が低い材料を用いる。このような構成により、材料の種類を選択しない場合に比べて、低スタンバイリークで高いon電流を得て、on−off比を高くすることが可能になる。 Therefore, in the present invention, in the case of an n-channel MOSFET, a material having a low work function is used on the source side so that the tunnel barrier barriers on the source side and the channel side can be lowered when the gate voltage is turned on. A material having a high work function is used on the drain side. On the other hand, in the case of a p-channel MOSFET, a material having a high work function is used on the source side, and a material having a low work function is used on the drain side. With such a configuration, it is possible to obtain a high on-current with a low standby leak and to increase the on-off ratio as compared with the case where the material type is not selected.
即ち、従来のMOSFETでは、ソースあるいはドレインとoff時のチャネルは、pn接合を構成している。もしくはショットキー接合であっても、ソース側の接合は整流作用をもった接合になっており、その接合に逆方向にバイアスしてスイッチオフ状態を実現している。したがって、チャネルからドレイン部へキャリアの流れは順方向であって障壁はない。したがって、上述のようにサブスレッショルド電流が流れてしまう。 In other words, in the conventional MOSFET, the source or drain and the off channel form a pn junction. Or even in the case of a Schottky junction, the junction on the source side is a junction having a rectifying action, and the switch is turned off by biasing the junction in the reverse direction. Therefore, the carrier flow from the channel to the drain portion is forward and there is no barrier. Therefore, the subthreshold current flows as described above.
しかし、本発明においては、チャネルからドレインへのサブスレッショルド電流は、チャネル−ドレイン部に設けたトンネル絶縁膜によって流れなくなって、off時の電流は下げることができる。このトンネル電流はチャネル−ドレインに発生するトンネルバリア障壁を含めた、このトンネル絶縁膜両端に発生する電界に強く依存するので、on時には障壁が下がり、電界の効果をもってトンネル電流が大きく流れることとなる。また、トンネル電流は電界に依存するので、トンネル膜を薄く設けることで、低い電圧でも高い電界を発生することで、高いon−off比をもって動作させることができるようになった。 However, in the present invention, the subthreshold current from the channel to the drain stops flowing due to the tunnel insulating film provided in the channel-drain portion, and the current at the time of off can be lowered. Since this tunnel current strongly depends on the electric field generated at both ends of the tunnel insulating film, including the tunnel barrier barrier generated at the channel-drain, the barrier is lowered when on, and the tunnel current flows greatly due to the effect of the electric field. . In addition, since the tunnel current depends on the electric field, it is possible to operate with a high on-off ratio by generating a high electric field even at a low voltage by providing a thin tunnel film.
また、相補型スイッチの組み合わせ論理回路では、トランスファーゲートを除き、ほとんどの素子でソースからドレインへの電流の向きが決まっているために、ソースとドレインの材料の仕事関数はトンネルバリアを調整するためには変える方が、リーク抑止と電流駆動の性能が良いことが見出された。 In the complementary switch combinational logic circuit, the direction of the current from the source to the drain is determined in most elements except the transfer gate, so the work function of the source and drain materials adjusts the tunnel barrier. However, it was found that the leakage suppression and current drive performance are better.
即ち、この相補型スイッチにおいては、電流スイッチはドレイン部でのトンネル電流で制御するために、nチャネル型FETでは電子のトンネリングを、pチャネル型FETではホールのトンネリングを考慮する。障壁高さを高くすると、off時の電流を下げられるものの、on時の電流をとるために電圧が高くすることが必要となる。そのため、各トランジスタのソース・ドレインには、即ち、ソースからドレインへの電流の向きに合わせて、ソースとドレインに別々のバリア障壁となる金属/絶縁膜の組み合わせを採用することが望ましい。 That is, in this complementary switch, since the current switch is controlled by a tunnel current at the drain portion, electron tunneling is considered in the n-channel FET, and hole tunneling is considered in the p-channel FET. If the height of the barrier is increased, the current at the time of off can be reduced, but the voltage needs to be increased in order to obtain the current at the time of on. For this reason, it is desirable to employ a metal / insulating film combination that forms separate barrier barriers for the source and drain in accordance with the direction of current from the source to the drain, that is, the source and drain of each transistor.
そこで、別々のバリア障壁となる金属/絶縁膜の組み合わせとなるように、仕事関数の異なる金属を二つ以上用意することが望ましい。また、バンドギャップが異なる絶縁膜を用意してバリア高さを変えることで、トンネル電流による低電圧でオン電流を大きくとれるようにする。 Therefore, it is desirable to prepare two or more metals having different work functions so as to be a combination of metal / insulating film serving as separate barrier barriers. In addition, by preparing insulating films having different band gaps and changing the barrier height, the on-current can be increased with a low voltage due to the tunnel current.
また、相補型FETにおいては、ノードを構成する一方のFETのソースと他方のFETのドレインとして共通の金属材料を使うことが製造を簡素化するために望ましい。すなわち、NFETとPFETの組み合わせにおいて、NFETのソースとPFETのドレイン、NFETのドレインとPFETのソースで材料を変えるようにする。 In the complementary FET, it is desirable to use a common metal material as the source of one FET and the drain of the other FET constituting the node in order to simplify manufacturing. That is, in the combination of NFET and PFET, the material is changed between the source of NFET and the drain of PFET, and the drain of NFET and the source of PFET.
また、チャネル部には、キャリア輸送の効率が変えられるものなら使用できる。前述の半導体チャネルを用いた構造は、言い換えるとMISIM(Metal−Insulator−Semiconductor−Insular−Metal)構造もしくはMOSOM(Metal−Oxide−Semiconductor−Oxide−Metal)構造となっているが、他の構造であっても良い。例えば、導体チャネルを用いずにトンネルさせるMIMやMOM構造、そのほか、誘電体ベース、絶縁物チャネルとなるMIIIM構造やMOOOM構造でも良い。さらに、チャネル部を金属としてMIMIMでも良い。 The channel portion can be used if the carrier transport efficiency can be changed. In other words, the structure using the semiconductor channel described above is a MISIM (Metal-Insulator-Semiconductor-Insulator-Metal) structure or a MOSOM (Metal-Oxide-Semiconductor-Oxide-Metal) structure, but is another structure. May be. For example, an MIM or MOM structure that tunnels without using a conductor channel, or an MIIIM structure or MOOOM structure that becomes a dielectric base or an insulator channel may be used. Further, MIMIM may be used with the channel portion as a metal.
なお、チャネル領域をSi等の半導体で構成する場合には、従来の集積回路装置の作製方法を大幅に変更することなく作製することが可能になる。即ち、通常のMOSFETの作製では、ソース,ドレイン,チャネル部には、シリコンに不純物をドーピングして導電型を変えることで行ってきた。しかしながら、微細な構造では濃度の高いドーピングを行いながら、急峻な接合を作製するのが困難といった問題を抱えていたが、本発明では高濃度のドーピングを必要としないため、微細化が容易になる。 Note that in the case where the channel region is formed of a semiconductor such as Si, the conventional integrated circuit device can be manufactured without drastically changing the manufacturing method. In other words, in the manufacture of a normal MOSFET, the source, drain, and channel portions have been changed by doping silicon with impurities to change the conductivity type. However, the fine structure has a problem that it is difficult to produce a steep junction while performing high-concentration doping. However, since the present invention does not require high-concentration doping, miniaturization is facilitated. .
また、図3に示すように、トンネルバリアは、ソースもしくはドレインのどちらか片側だけであっても良い。なお、図3は、ドレイン側だけにトンネルバリアを設けたトンネルバリアMOSFETのオフ状態の模式的エネルギーバンドダイヤグラムである。 Further, as shown in FIG. 3, the tunnel barrier may be provided on only one side of the source or the drain. FIG. 3 is a schematic energy band diagram of the off state of the tunnel barrier MOSFET in which the tunnel barrier is provided only on the drain side.
なお、トンネルバリアに用いるトンネル絶縁膜としても好適なものを選択する必要がある。例えば、nチャネル型FETのソース側及びpチャネル型FETのドレイン側のトンネル絶縁膜には、チタン酸化膜もしくは、タンタル酸化膜を使用しても良い。これらの酸化膜は伝導帯のシリコンに対するバリア障壁が0.3eV〜0.5eV程度と比較的低いため、n型シリコンからFowler−Nordheim(FN)トンネル電流を流しやすいためである。 It is necessary to select a suitable tunnel insulating film used for the tunnel barrier. For example, a titanium oxide film or a tantalum oxide film may be used for the tunnel insulating films on the source side of the n-channel FET and the drain side of the p-channel FET. This is because these oxide films have a relatively low barrier to conduction band silicon of about 0.3 eV to 0.5 eV, so that a Fowler-Nordheim (FN) tunnel current can easily flow from n-type silicon.
ここで、チタン酸化膜(約0.3eV)とタンタル酸化膜(約0.5eV)を比較すると、バリア障壁が0.2eV程度違うため、トンネル電流にも違いが見られる。図4はトンネル絶縁膜を4nmの厚さのチタン酸化膜から4nmの厚さのタンタル酸化膜に変えた場合のトンネル電流(縦軸)の電界(横軸)依存性を示している。特に、チタン酸化膜では、室温以上の動作を考えると、バリア障壁が0.3eVしかなく、熱電子放出による電流が顕著となってしまうために、低いoff電流とならずに、高いon−off比を取りづらい。このように、バリア障壁の高さが0.3eV以下ではoff電流が高くなりやすく望ましくない。 Here, when the titanium oxide film (about 0.3 eV) and the tantalum oxide film (about 0.5 eV) are compared, the barrier barrier is different by about 0.2 eV, and thus a difference is also seen in the tunnel current. FIG. 4 shows the electric field (horizontal axis) dependence of the tunnel current (vertical axis) when the tunnel insulating film is changed from a titanium oxide film with a thickness of 4 nm to a tantalum oxide film with a thickness of 4 nm. In particular, in the case of a titanium oxide film, considering the operation at room temperature or higher, the barrier barrier is only 0.3 eV, and the current due to thermionic emission becomes significant. Difficult to take ratio. Thus, when the barrier barrier height is 0.3 eV or less, the off current tends to increase, which is not desirable.
そのため、室温から高温での動作を考えると、これら酸化膜のバリア障壁よりも高い1eV〜2eV程度のバリア障壁をもち、熱電子放出電流を抑制することができるものとしてハフニウム酸化膜(約1.5eV)が挙げられる。そのほかにも、SrSiO、ZrSiO、HfSiO、ZrO2、SrTiO3、BiTiO3,La2O3、T2O3,LaAlO3,LaScO3、Al2O3、Gd2O5,(LaxY1−x)2O3、(SmxY1−x)2O3、(CexY1−x)2O3、(GdxY1−x)2O3などが挙げられる。 Therefore, considering the operation from room temperature to high temperature, a hafnium oxide film (about 1.gV) has a barrier barrier of about 1 eV to 2 eV higher than the barrier barrier of these oxide films and can suppress thermionic emission current. 5 eV). In addition, SrSiO, ZrSiO, HfSiO, ZrO 2 , SrTiO 3 , BiTiO 3 , La 2 O 3 , T 2 O 3 , LaAlO 3 , LaScO 3 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 5 , (La x Y 1 -x) 2 O 3, (Sm x Y 1-x) 2 O 3, (Ce x Y 1-x) 2 O 3, and the like (Gd x Y 1-x) 2 O 3.
反面、バリア障壁が3eV以上と高くなると、低電圧では高い電界を得にくく、トンネル電流が流せなくなるため望ましくない。したがって、0.3eVから3eV以下のバリア障壁となる材料でもってトンネル膜を構成することが望ましい。 On the other hand, if the barrier barrier is as high as 3 eV or more, it is difficult to obtain a high electric field at a low voltage, and a tunnel current cannot flow. Therefore, it is desirable to configure the tunnel film with a material that becomes a barrier barrier of 0.3 eV to 3 eV or less.
また、同じトンネル絶縁膜を用いても、上述のようにソース或いはドレインを構成する金属として、アルミニウムやマグネシウムなどの仕事関数が4.0eV付近の金属を使用することでバリア障壁が変えられる。この場合のソース或いはドレインを構成する金属としては仕事関数の低いタンタルやチタンを用いることもできる。他にもタンタルやチタンの金属を含む窒化物あるいは前記金属を含む炭化物を使うことができる。 Even if the same tunnel insulating film is used, the barrier barrier can be changed by using a metal having a work function of about 4.0 eV such as aluminum or magnesium as the metal constituting the source or drain as described above. In this case, tantalum or titanium having a low work function can be used as the metal constituting the source or drain. In addition, a nitride containing a tantalum or titanium metal or a carbide containing the metal can be used.
仕事関数が高い金などを使う場合には、トンネル絶縁膜はSTO(SrTiO3)膜などを使うことができる。そのほかにも、SrSiO、ZrSiO、HfSiO、ZrO2、BiTiO3,La2O3、T2O3,LaAlO3,LaScO3、Al2O3、Gd2O5,(LaxY1−x)2O3、(SmxY1−x)2O3、(CexY1−x)2O3、(GdxY1−x)2O3などが挙げられる。 When gold or the like having a high work function is used, an STO (SrTiO 3 ) film or the like can be used as the tunnel insulating film. Besides that, SrSiO, ZrSiO, HfSiO, ZrO 2, BiTiO 3, La 2 O 3, T 2 O 3, LaAlO 3, LaScO 3, Al 2 O 3, Gd 2 O 5, (La x Y 1-x) 2 O 3 , (Sm x Y 1-x ) 2 O 3 , (Ce x Y 1-x ) 2 O 3 , (Gd x Y 1-x ) 2 O 3 and the like.
一方、pチャネル型FETのソース側及びnチャネル型FETのドレイン側のトンネル絶縁膜には、シリコン窒化膜を使うことができる。トンネルのバリア障壁が高めとなり、それによって、トンネル電流も低めとなるため、トンネル絶縁膜の厚さを薄めにすることで調整できる。この場合のソース或いはドレインを構成する金属としては仕事関数の高いモリブデンや白金を用いることができる。他にもモリブデンやハフニウム、タングステンなどの金属を含む窒化物を使うことができる。 On the other hand, a silicon nitride film can be used for the tunnel insulating films on the source side of the p-channel FET and the drain side of the n-channel FET. Since the barrier barrier of the tunnel is increased and thereby the tunnel current is also decreased, the tunnel insulating film can be adjusted by reducing the thickness. In this case, molybdenum or platinum having a high work function can be used as the metal constituting the source or drain. In addition, a nitride containing a metal such as molybdenum, hafnium, or tungsten can be used.
なお、オフ時のトンネル電流を1pA/μm2 以下程度に低くしようとすれば、バリア障壁に下限が設定される。熱放出による電流が無視できなくなるからである。熱放出電流は、バリア障壁高さに指数関数的に減少する。概ね、室温近傍で1pA/1μm2 以下となる条件では、バリア障壁高さは0.9eV程度は必要となる。動作温度を150℃ぐらいまで考慮すると、1.3eV程度が必要となる。 If the tunnel current at the time of OFF is to be lowered to about 1 pA / μm 2 or less, a lower limit is set for the barrier barrier. This is because the current due to heat release cannot be ignored. The heat emission current decreases exponentially with the barrier barrier height. In general, the barrier barrier height needs to be about 0.9 eV under the condition of 1 pA / 1 μm 2 or less near room temperature. Considering the operating temperature up to about 150 ° C., about 1.3 eV is required.
一方、トンネル電流はトンネル膜の実効的厚さを変えることによって、すなわち、トンネル絶縁膜の電界によって変化するので、バリア障壁高さが3.1eVとなる接合では、8MV/cmの電界でも5×10-15 A/μm2 しか流れない。しかし、バリアの障壁高さを変えて、1eV程度に下げると1MV/cmの電界が印加された時に1pA/1μm2 程度の電流であり、電界を強くしていくと指数関数的に電流が増加する。このように、低電界では絶縁膜として働くように絶縁劣化を引き起こさずにしておけば、off時でもトンネル電流が流れないようにトンネル電流を制御できる。 On the other hand, since the tunnel current changes by changing the effective thickness of the tunnel film, that is, by the electric field of the tunnel insulating film, in the junction where the barrier barrier height is 3.1 eV, an electric field of 8 MV / cm is 5 × Only 10 -15 A / μm 2 flows. However, if the barrier height of the barrier is changed and lowered to about 1 eV, the current is about 1 pA / 1 μm 2 when an electric field of 1 MV / cm is applied, and the current increases exponentially as the electric field is increased. To do. As described above, if the insulation deterioration is not caused so as to function as an insulating film in a low electric field, the tunnel current can be controlled so that the tunnel current does not flow even in the off state.
なお、トンネル電流を大きくするためには、絶縁膜に高電界を印加するようにすればよく、トランジスタ(スイッチ)の大きさを数10nmと微細にしたりすることで、電位発生させている領域の間隙を狭めることで達成できる。 Note that in order to increase the tunnel current, a high electric field may be applied to the insulating film, and by reducing the size of the transistor (switch) to several tens of nanometers, the potential generation region is increased. This can be achieved by narrowing the gap.
以上の電極とトンネル絶縁膜の組み合わせについての指針は、文献値からも得ることができる。図5は報告されている種々の絶縁物のバンドギャップを纏めたものである(必要ならば、Robertson,J.Vac.Sci.Technol.,Vol.B18,p.1785,2000及び Afanas’ev, J.Appl.Phys.,Vol.102,p.081301,2007参照)。 The above guidelines for the combination of the electrode and the tunnel insulating film can be obtained from literature values. FIG. 5 summarizes the band gaps of various reported insulators (if necessary, Robertson, J. Vac. Sci. Technol., Vol. B18, p. 1785, 2000 and Afanas'ev, J. Appl.Phys., Vol.102, p.081301, 2007).
図におけるGapは、価電子帯と伝導帯の間のエネルギーギャップを示しており、また、EAは電気陰性度(Electron affinity)を示しており、価電子帯から真空準位へのエネルギー差を示している。そのため、Siの伝導帯からのオフセット(CB offset)が得られ、これがシリコンに対する電子のバリア障壁となる。また、ギャップエネルギーに基づいて、シリコンの正孔側の価電子帯からのオフセット(VB offset)も得られるので、これが正孔のバリア障壁となる。 In the figure, Gap indicates the energy gap between the valence band and the conduction band, and EA indicates the electronegativity, indicating the energy difference from the valence band to the vacuum level. ing. Therefore, an offset (CB offset) from the conduction band of Si is obtained, which becomes an electron barrier barrier against silicon. Moreover, since an offset (VB offset) from the valence band on the hole side of silicon is also obtained based on the gap energy, this becomes a barrier for holes.
図6は、左端に示すSiとGeのバンドギャップに対して、各種絶縁膜の価電子帯と伝導帯に対するバリア障壁が分かるように棒状のグラフで示している。なお、図においてはSiの価電子帯のエネルギーを0として表しており、仕事関数では5.1eVに相当する。また、図7は、各種金属とSiの界面におけるVB offsetを示している。 FIG. 6 is a bar graph showing the barrier barriers for the valence band and the conduction band of various insulating films with respect to the band gap of Si and Ge shown at the left end. In the figure, the energy of the valence band of Si is represented as 0, and the work function corresponds to 5.1 eV. FIG. 7 shows VB offset at the interface between various metals and Si.
このように、本発明は、ドレイン側とソース側において、使用するトンネル絶縁膜及び金属材料をnチャネル型MOSFET及びpチャネル型MOSFETに応じて、材料を適宜選択することによって、低スタンバイリークで高いon電流を得て、on−off比を高くすることが可能になる。 As described above, according to the present invention, the tunnel insulating film and the metal material to be used are appropriately selected in accordance with the n-channel MOSFET and the p-channel MOSFET on the drain side and the source side, thereby being high with low standby leakage. An on-current can be obtained and the on-off ratio can be increased.
以上を前提として、次に、図8乃至図10を参照して、本発明の実施例1のトンネルバリアFETを説明する。なお、各図における上図は平面図であり、下図は上図におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。まず、図8(a)に示すようにシリコン基板11にSTI素子分離領域12を形成したのち、Bを導入してp型ウエル領域13を形成する。次いで、ゲート絶縁膜14及びゲート電極15を順次形成したのち、全面に堆積させた絶縁膜を異方性エッチングすることによってサイドウォール16を形成する。
Based on the above, next, the tunnel barrier FET according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the upper figure in each figure is a top view, and the lower figure is sectional drawing along the dashed-dotted line which connects AA 'in an upper figure. First, as shown in FIG. 8A, an STI
次いで、図8(b)に示すように、レジストパターン17及びサイドウォール16、STI素子分離領域12をマスクとしてp型ウエル領域13の露出部をエッチングして、深さが例えば、10nmの凹部18を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, the exposed portion of the p-
次いで、図9(c)に示すように、レジストパターン17を除去したのち、ソース領域を露出する新たなレジストパターン19を形成し、このレジストパターン19をマスクとして、厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜20を堆積させる。引き続いて、厚さが例えば10nmのAlを堆積させる。その後、レジストパターン19を除去する工程でレジスト上に堆積したAlは剥離されることによって、金属ソース21を形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, after removing the resist
次いで、図9(d)に示すように、レジストパターン19を除去したのち、ドレイン領域を露出する新たなレジストパターン22を形成し、このレジストパターン22をマスクとして、厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜23を堆積させる。引き続いて、厚さが例えば10nmのPtを堆積させる。その後、レジストパターン22を除去する工程でレジスト上に堆積したAlは剥離されることによって、金属ドレイン24を形成する。
Next, as shown in FIG. 9D, after the resist
次いで、図10(e)に示すように、全面に絶縁膜25を形成し、次いで、この絶縁膜25にコンタクトホール26〜28を形成する。次いで、図10(f)に示すように、コンタクトホール26〜28をタングステンで埋め込んで、化学機械研磨(CMP)によってコンタクトプラグ部分以外のタングステンを除去することで、ソース電極29、ドレイン電極30、及び、ゲート引出電極31のプラグとなる。これら電極に配線することによって、本発明の実施例1のトンネルバリアFETの基本構成が完成する。
Next, as shown in FIG. 10E, an insulating
このように、本発明の実施例1においては、トンネルバリアnチャネル型FETにおいて、金属ソース21を仕事関数が4eV程度のAlで形成し、金属ドレイン24を仕事関数が5eV程度のPtで形成しているので、ゲート−ソース間バイアスによって電子がトンネルで流れやすく、ゲート−ドレイン間バイアスではリーク電流が流れにくい。
Thus, in Example 1 of the present invention, in the tunnel barrier n-channel FET, the
したがって、低スタンバイリークで高いon電流を得て、on−off比を高くすることが可能になる。また、ソース・ドレイン領域やエクステンション領域をイオン注入により形成する必要がないので、不純物濃度の制御が必要なく微細化に適した構成となる。 Therefore, it is possible to obtain a high on-current with low standby leakage and to increase the on-off ratio. In addition, since it is not necessary to form source / drain regions and extension regions by ion implantation, the impurity concentration is not required to be controlled and the structure is suitable for miniaturization.
また、この実施例1においてはトンネル絶縁膜20,23をバリア障壁が約1.5eVのHfO2で形成しているので、熱電子放出電流を抑制することができる。なお、トンネル絶縁膜20,23は純粋なHfO2に限られるものではなく、Hf含有酸化膜であれば良く、他にSiやAlが含まれていても良い。また、Alからなる金属ソースはHfSiやTaSi等のシリサイドや、これらの窒化物を用いても良い。また、Ptからなる金属ドレインはHfN、TiN,RuNを用いても良い。
In Example 1, since the
次に、図11及び図12を参照して、本発明の実施例2のトンネルバリアMOSFETを説明する。まず、図11(a)に示すようにシリコン基板11にSTI素子分離領域12を形成したのち、Bを導入してp型ウエル領域13を形成する。次いで、ゲート絶縁膜14及びゲート電極15を順次形成する。
Next, a tunnel barrier MOSFET according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 11A, an STI
次いで、図11(b)に示すように、レジストパターン17及びSTI素子分離領域12をマスクとしてp型ウエル領域13の露出部をエッチングして、深さが例えば、10nmの凹部32を形成したのち、厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜33を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 11B, the exposed portion of the p-
次いで、図11(c)に示すように、レジストパターン17を除去したのち、傾斜イオンビーム照射によって、厚さが10〜100nm、例えば、10nmのAl膜34を堆積させる。次いで、図12(d)に示すように、逆方向からの傾斜イオンビーム照射によって厚さが10〜100nm、例えば、10nmのPt膜35を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 11C, after the resist
次いで、図12(e)に示すように、不所望部分に堆積したAl膜34及びPt膜35を除去することによって、残ったAl膜34を主要部とする部分を金属ソース36とし、残ったPt膜を主要部とする部分を金属ドレイン37とする。
Next, as shown in FIG. 12E, by removing the
次いで、図12(f)に示すように、全面に絶縁膜25を形成したのち、この絶縁膜25にコンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールをタングステンで埋め込んでソース電極29、ドレイン電極30、及び、ゲート引出電極31を形成することによって、本発明の実施例2のトンネルバリアMOSFETの基本構成が完成する。
Next, as shown in FIG. 12 (f), after forming an insulating
このように、本発明の実施例2においても、トンネルバリアnチャネル型MOSFETにおいて、金属ソース36を仕事関数が4eV程度のAlで形成し、金属ドレイン37を仕事関数が5eV程度のPtで形成しているので、ゲート−ソース間バイアスによって電子がトンネルで流れやすく、ゲート−ドレイン間バイアスではリーク電流が流れにくい
Thus, also in Example 2 of the present invention, in the tunnel barrier n-channel MOSFET, the
また、この実施例2においてもトンネル絶縁膜33をバリア障壁が約1.5eVのHfO2で形成しているので、熱電子放出電流を抑制することができる。なお、トンネル絶縁膜33は純粋なHfO2に限られるものではなく、Hf含有酸化膜であれば良く、他にSiやAlが含まれていても良い。さらに、このトンネル絶縁膜も傾斜イオンビーム堆積法を用いることによって、ソース側のトンネル絶縁膜をバリア障壁の低いTiO2等で構成し、ドレイン側のトンネル絶縁膜をバリア障壁の高いHfO2等で構成して互いに異なった絶縁膜でトンネル絶縁膜を形成しても良い。
Also in Example 2, the
また、本発明の実施例2においては、金属ソース及び金属ドレインを傾斜イオンビーム堆積法で形成しているので、金属ソース及び金属ドレインを異なった金属で形成する際の2度のレジストパターンの形成工程が不要になるので、工程が簡素化される。但し、この場合、レイアウトにおいてゲートに対してソースとドレイン向きが統一されている必要がある。 In Example 2 of the present invention, since the metal source and the metal drain are formed by the tilted ion beam deposition method, the resist pattern is formed twice when the metal source and the metal drain are formed of different metals. Since the process becomes unnecessary, the process is simplified. However, in this case, the direction of the source and drain with respect to the gate needs to be unified in the layout.
次に、図13及び図14を参照して、本発明の実施例3のトンネルバリアMOSFETを説明する。まず、図13(a)に示すようにシリコン基板11にSTI素子分離領域12を形成したのち、Bを導入してp型ウエル領域13を形成する。次いで、ゲート絶縁膜14及びゲート電極15を順次形成する。次いで、図13(b)に示すように、レジストパターン38をマスクとしてp型ウエル領域13の露出部及びSTI素子分離領域12をエッチングする。
Next, a tunnel barrier MOSFET according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 13A, an STI
次いで、図13(c)に示すようにレジストパターン38を除去したのち、一方向からの傾斜イオンビーム堆積法を用いて厚さが2〜5nm、例えば、2nmのTiO2からなるトンネル絶縁膜39を堆積させる。次いで、図13(d)に示すように、逆方向からの傾斜イオンビーム照射によって、厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜40を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 13C, after removing the resist
次いで、図14(e)に示すように、再び、一方向からの傾斜イオンビーム堆積法を用いて厚さが10〜100nm、例えば、10nmのAl膜41を堆積させる。次いで、図14(f)に示すように、逆方向からの傾斜イオンビーム照射によって厚さが10〜100nm、例えば、10nmのPt膜42を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 14E, an
次いで、図14(g)に示すように、不要部分に堆積したAl膜41及びPt膜42を除去することによって、残ったAl膜41を主要部とする部分を金属ソース43とし、残ったPt膜42を主要部とする部分を金属ドレイン44とする。
Next, as shown in FIG. 14 (g), the
次いで、図14(h)に示すように、全面に絶縁膜25を形成したのち、この絶縁膜25にコンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールをタングステンで埋め込んでソース電極29、ドレイン電極30、及び、ゲート引出電極31を形成することによって、本発明の実施例3のトンネルバリアFETの基本構成が完成する。
Next, as shown in FIG. 14 (h), after forming an insulating
この本発明の実施例3においては、金属ソース及び金属ドレイン形成部をSTI素子分離領域12を含めて平坦化しているので、STI素子分離領域12近傍は表面がトンネル絶縁膜で完全に且つ二重に覆われて露出することはなく、当該領域に金属膜が堆積しても半導体基板と短絡することがなく、且つ、リーク電流が流れることもない。
In the third embodiment of the present invention, since the metal source and metal drain forming portion including the STI
次に、図15を参照して、本発明の実施例4のトンネルバリアFETをもちいたインバーターを説明するが、基本的な製造工程は上記の実施例1と同じであるので最終構造のみを示す。図15(a)は、本発明の実施例4のトンネルバリアFETインバーターの平面図であり、図15(b)は、図15(a)のA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。 Next, an inverter using the tunnel barrier FET according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15. However, since the basic manufacturing process is the same as that of the first embodiment, only the final structure is shown. . FIG. 15A is a plan view of a tunnel barrier FET inverter according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. It is.
図に示すように、シリコン基板51上に絶縁膜52を介してシリコン層を形成したSOI基板に絶縁膜52に達するSTI素子分離領域53を形成したのち、Bを導入してp型フィールド領域55、Pを導入してn型フィールド領域54を形成する。次いで、ゲート絶縁膜56及びゲート電極57,58を順次形成したのち、サイドウォール59,60を形成する。
As shown in the figure, after forming an STI
次いで、レジストパターン(図示せず)をマスクとしてp型フィールド領域55及びn型フィールド領域54の露出部をエッチングして凹部を形成する。次いで、レジストパターンを除去したのち、p型フィールド領域55のSTI素子分離領域53寄りに形成した凹部のみを露出する開口部を有するレジストパターン(図示せず)をマスクとして厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜61を堆積させる。引き続いて、厚さが10〜100nm、例えば、10nmのAl膜を堆積させて金属ソース62を形成する。
Next, using the resist pattern (not shown) as a mask, the exposed portions of the p-
次いで、新たに、両方のゲート電極57,58の間に設けた凹部のみを露出する開口部を有するレジストパターン(図示せず)をマスクとして、厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜63を堆積させる。引き続いて、厚さが10〜100nm、例えば、10nmのTi膜を堆積させて金属ノード64を形成する。
Next, HfO 2 having a thickness of 2 to 5 nm, for example, 2 nm, is newly formed using as a mask a resist pattern (not shown) having an opening that exposes only the recess provided between both
次いで、新たに、n型フィールド領域54のSTI素子分離領域53寄りに形成した凹部のみを露出する開口部を有するレジストパターン(図示せず)をマスクとして、マスクを用いて厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜65を堆積させる。引き続いて、厚さが10〜100nm、例えば、10nmのPt膜を堆積させて金属ドレイン66を形成する。
Next, a resist pattern (not shown) having an opening that exposes only a recess formed in the n-
次いで、全面に絶縁膜67を形成したのち、この絶縁膜67にコンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールをタングステンで埋め込んでソース電極68、ドレイン電極69、ゲート引出電極70,71、及び、出力電極72を形成することによって、本発明の実施例4のトンネルバリアFETインバーターの基本構成が完成する。
Next, after an insulating
Pt等の仕事関数の大きな金属は、nチャネル型FETのドレインとして用いた場合にはリーク電流を低減することができ、pチャネル型FETのソースとして用いた場合には、正孔の注入が容易になる。本発明の実施例4においてはこのような特性を生かして、nチャネル型FETのドレイン及びpチャネル型FETのソースには、Tiを金属ノードとして用いて共用しているので、製造工程が簡素化される。 A metal having a large work function, such as Pt, can reduce leakage current when used as a drain of an n-channel FET, and facilitates injection of holes when used as a source of a p-channel FET. become. In the fourth embodiment of the present invention, Ti is used as the metal node for the drain of the n-channel FET and the source of the p-channel FET, taking advantage of such characteristics, thereby simplifying the manufacturing process. Is done.
次に、図16を参照して、本発明の実施例5のトンネルバリアFETインバーターを説明する。基本的な製造工程は上記の実施例1と同じであるので最終構造のみを示す。図16(a)は、本発明の実施例5のトンネルバリアFETインバーターの平面図であり、図16(b)は、図16(a)のA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。 Next, a tunnel barrier FET inverter according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the basic manufacturing process is the same as in the first embodiment, only the final structure is shown. FIG. 16A is a plan view of the tunnel barrier FET inverter according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. It is.
図に示すように、シリコン基板51上に絶縁膜52を介してシリコン層を形成したSOI基板に絶縁膜52に達するSTI素子分離領域53を形成したのち、Bを導入してp型フィールド領域55、Pを導入してn型フィールド領域54を形成する。次いで、ゲート絶縁膜56及びゲート電極57,58を順次形成したのち、サイドウォール59,60を形成する。
As shown in the figure, after forming an STI
次いで、レジストパターン(図示せず)をマスクとして両方のゲート電極57,58の間の露出部のみを、絶縁膜52に到達するようにエッチングして凹部を形成する。次いで、厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2からなるトンネル絶縁膜63を堆積させる。引き続いて、厚さが10〜100nm、例えば、10nmのTi膜を堆積させてインバータの出力用の金属ノード64を形成する。
Next, using a resist pattern (not shown) as a mask, only the exposed portion between both
次いで、新たなレジストパターンを用いてp型フィールド領域55のSTI素子分離領域53寄りの領域に厚さが10〜100nm、例えば、10nmのAl膜を堆積させて回路電源に接続する電極73とする。
Next, an Al film having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 10 nm is deposited in a region near the STI
次いで、新たなレジストパターンを用いてn型フィールド領域54のSTI素子分離領域53寄りの領域に厚さが10〜100nm、例えば、10nmのPt膜を堆積させて回路接地に接続する電極74とする。
Next, a Pt film having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 10 nm is deposited in a region near the STI
次いで、全面に絶縁膜67を形成したのち、この絶縁膜67にコンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールをタングステンで埋め込んでソース電極68、ドレイン電極69、ゲート引出電極70,71、及び、出力電極72を形成することによって、本発明の実施例5のトンネルバリアFETインバーターの基本構成が完成する。
Next, after an insulating
本発明の実施例5においても実施例4と同様に仕事関数による特性を生かしてAlあるいはPtを金属ノードとして用いて、nチャネル型FETのドレイン及びpチャネル型FETのソースとしてTiを共用しているので、製造工程が簡素化される。また、この実施例5においては、Vss側のソース及びVdd側のドレインにトンネル絶縁膜を設けていないので、この点からも工程が簡素化される。 In the fifth embodiment of the present invention, similarly to the fourth embodiment, Al or Pt is used as a metal node taking advantage of the work function characteristics, and Ti is shared as the drain of the n-channel FET and the source of the p-channel FET. Therefore, the manufacturing process is simplified. In the fifth embodiment, since the tunnel insulating film is not provided on the source on the V ss side and the drain on the V dd side, the process is simplified from this point.
次に、図17を参照して、本発明の実施例6のトンネルバリアFETインバーターを説明する。図17(a)は、本発明の実施例6のトンネルバリアFETインバーターの平面図であり、図17(b)は、図17(a)のA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、また、図17(c)は、図17(a)のB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。 Next, a tunnel barrier FET inverter according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17A is a plan view of a tunnel barrier FET inverter according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. FIG. 17C is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting B-B ′ in FIG.
図に示すように、シリコン基板81上に絶縁膜82を介して厚さが例えば50nmのシリコン層を形成したのち、幅が50nm、長さが200nmで間隔が200nmの2本の帯状のシリコン領域83,84を形成する。一方のシリコン領域83にはPをドープし、他方のシリコン領域84にはBをドープする。
As shown in the figure, after a silicon layer having a thickness of, for example, 50 nm is formed on a
この帯状のシリコンを熱酸化することにより、帯状のシリコンの端部の酸化が進行し、酸化膜に囲まれたシリコンのナノワイヤが形成される。シリコン酸化膜はHFにより選択的に除去できる。または、ドライのH2プラズマ/NF3、NH3/NF3、NH3/HFなどの表面にアンモニアフッ化物を形成する酸化膜除去工程によって、SOIや素子分離溝の酸化膜を過度に侵食せずに除去される。 By thermally oxidizing the band-shaped silicon, oxidation of the end of the band-shaped silicon proceeds, and silicon nanowires surrounded by the oxide film are formed. The silicon oxide film can be selectively removed by HF. Alternatively, the oxide film in the SOI or the element isolation trench is excessively eroded by an oxide film removing process that forms ammonia fluoride on the surface of dry H 2 plasma / NF 3 , NH 3 / NF 3 , NH 3 / HF, or the like. It is removed without.
次いで、全面に厚さが2〜5nm、例えば、4nmのHfO2膜を堆積させたのち、ゲート電極材料を堆積させて所定の形状にエッチングすることによって、ゲート絶縁膜85及びゲート電極86とする。この場合、シリコン領域83,84からなるシリコンナノワイヤの長さ方向の端面に残ったHfO2膜がトンネル絶縁膜87となる。端面のトンネル絶縁膜87の方が薄く2nm以下になっている。
Next, after depositing an HfO 2 film having a thickness of 2 to 5 nm, for example, 4 nm on the entire surface, a gate electrode material is deposited and etched into a predetermined shape, thereby forming the
次いで、レジストパターンをマスクとして2つのシリコンナノワイヤの一方の側の端面にPt膜を選択的に堆積させることによって、金属ノード88を形成する。次いで、新たなレジストパターンをマスクとして一方のシリコンナノワイヤ(83)の他方の側の端面にAl膜を選択的に堆積させることによって、金属ソース89を形成する。次いで、新たなレジストパターンをマスクとして他方のシリコンナノワイヤ(84)の他方の側の端面にPt膜あるいはAl膜を選択的に堆積させることによって、金属ドレイン90を形成する。
Next, a
次いで、全面に絶縁膜(図示せず)を形成したのち、この絶縁膜にコンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールをタングステンで埋め込んでソース電極91、ドレイン電極92、ゲート引出電極93、及び、出力電極94を形成することによって、本発明の実施例6のトンネルバリアFETインバーターの基本構成が完成する。
Next, after forming an insulating film (not shown) on the entire surface, a contact hole is formed in this insulating film, and then the contact hole is filled with tungsten to form a
本発明の実施例6においては、シリコンナノワイヤを用いているので超微細構造のインバーターを構成することができる。また、この場合、平行に配置した2本のシリコンナノワイヤを用いているので、金属ノードを形成する際の加工精度を要するエッチング工程が不要になる。なお、この実施例6においてもVss側のトンネル絶縁膜及びVdd側のトンネル絶縁膜は省いても良い。 In Example 6 of the present invention, since silicon nanowires are used, an ultrafine inverter can be configured. Further, in this case, since two silicon nanowires arranged in parallel are used, an etching process requiring processing accuracy when forming the metal node is not required. In Example 6, the V ss side tunnel insulating film and the V dd side tunnel insulating film may be omitted.
次に、図18を参照して、本発明の実施例7のトンネルバリアFETインバータを用いたスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)を説明する。図18は、本発明の実施例7のトンネルバリアCMOSを用いたSRAMの平面図であり、図17に示したトンネルバリアFETインバーターを2つ用いて、互いのINとOUTとを襷掛けに接続したものである。 Next, a static random access memory (SRAM) using a tunnel barrier FET inverter according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a plan view of an SRAM using a tunnel barrier CMOS according to a seventh embodiment of the present invention, in which two tunnel barrier FET inverters shown in FIG. It is a thing.
なお、この場合の金属ノード88へのアクセスには、ビット線Bとワード線Wを用いるが、そのトランスファーには通常のFET95,96を用い、金属ノード88にローカル配線層97,98により接続する。なお、この実施例7においてもVss側のトンネル絶縁膜及びVdd側のトンネル絶縁膜は省いても良い。
In this case, the bit line B and the word line W are used for access to the
次に、図19乃至図22を参照して、本発明の実施例8の縦型トンネルバリアFETインバーターを説明する。なお、各図において左図は平面図であり、右図は左図におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。まず、図19(a)に示すようにn型シリコン基板101にSTI素子分離領域102を形成したのち、As導入してn+ 型ドレイン領域103を形成するとともに、Bを導入してp+ 型ソース領域104を形成する。
Next, a vertical tunnel barrier FET inverter according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In each figure, the left figure is a plan view, and the right figure is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA 'in the left figure. First, as shown in FIG. 19A, after forming an STI
次いで、図19(b)に示すように、SiO2膜を堆積させたのち、直径が例えば、20nmの2つの開口部105,106を形成して選択成長マスク107とする。選択成長マスクの開口部には、例えばAuのようなナノワイヤ成長を進行するシリコン溶融する金属を形成しておく。次いで、図19(c)に示すように、この選択成長マスク107をマスクとして、開口部105,106内に高さが例えば、100nmの単結晶シリコンからなるシリコンナノワイヤ108,109を選択成長させる。
Next, as shown in FIG. 19B, after depositing a SiO 2 film, two
金微粒子などにシランガスを供給すると、溶融状態のシリサイドが形成され、固溶限に達し結晶シリコンが析出して金微粒子を押し上げる。このようなLiquid−Vapor−Solid(LVS)の3相界面を用いた成長機構でナノワイヤは成長する。 When silane gas is supplied to gold fine particles or the like, molten silicide is formed, reaching the solid solubility limit, and crystal silicon is deposited to push up the gold fine particles. A nanowire grows by such a growth mechanism using a three-phase interface of Liquid-Vapor-Solid (LVS).
また、シリコンナノワイヤ108にはAsをドープしてn型とし、シリコンナノワイヤ109にはBをドープしてp型とする。また、ナノワイヤの基板側は高ドープしてオーミック接触になるようにしてある。
Further, the
次いで、図20(d)に示すように、全面にゲート絶縁膜110とゲート電極となるシリサイド膜、ポリサイド膜、或いは、メタル材料からなる導電膜111を堆積する。次いで、図20(e)に示すように、導電膜111を所定の高さまでエッチング除去してゲート電極112とする。
Next, as shown in FIG. 20D, a
次いで、図20(f)に示すように、異方性エッチングによってシリコンナノワイヤ108,109の頂面に堆積されていたゲート絶縁膜110を選択的に除去する。この時、周辺領域に堆積していたゲート絶縁膜110及び選択成長マスク107の露出部も除去される。
Next, as shown in FIG. 20F, the
次いで、図21(g)に示すように、シリコンナノワイヤ108,109を頂部を露出するように埋め込むレジストマスク113を形成する。次いで、厚さが2〜5nm、例えば、2nmのHfO2膜、厚さが10〜100nm、例えば、10nmのAl膜を順次堆積させてトンネル絶縁膜114,115と、金属ソース116及び金属ドレイン117をシリコンナノワイヤ108,109の頂面に形成する。
Next, as shown in FIG. 21G, a resist
次いで、図21(h)に示すように、上方より指向性の高い堆積法を用いて、例えば、Coを全面に堆積させたのち、熱処理によりシリサイド化することによってノード電極118を形成する。次いで、未反応のCoを除去することによって、各電極とノード電極118との短絡を防止する。
Next, as shown in FIG. 21 (h), for example, Co is deposited on the entire surface by using a highly directional deposition method from above, and then the
次いで、図21(i)に示すように、レジストマスク113を除去したのち、コリメートしたスパッタリング法、蒸着法、或いはプラズマCVD法等の指向性の高い成膜法を用いて例えば厚さが30nmのシリコン酸化膜119を堆積する。次いで、シリコン酸化膜119を微量に等方性エッチングして、ナノワイヤ周囲(ゲート電極112の表面)に付着した薄いシリコン酸化膜を除去する。これにより、ゲート電極112の表面を露出するとともに、埋込み絶縁膜120とナノワイヤ上面のシリコン酸化膜119との分離を確実にすることができる。
Next, as shown in FIG. 21 (i), after removing the resist
次いで、図22(j)に示すように、上方からの指向性の高い堆積方法を用いて導電膜、例えば厚さが26nmのAl膜121を全面に堆積する。このとき、ナノワイヤの外側とナノワイヤの上端にそれぞれ分離されたAl膜121が形成される。次いで、このAl膜121をフォトリソグラフィを用いてパターニングしてゲート電極配線122を形成する。このゲート電極配線122は、シリコンナノワイヤ108,109の周囲を囲み、且つ、セル右端のSTI素子分離領域102上に延在するようにパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 22J, a conductive film, for example, an
次いで、図22(k)に示すように、ナノワイヤ上端に堆積するシリコン酸化膜119をエッチング除去し、同時にその上のAl膜121をリフトオフして除去する。次いで、金属ソース116及び金属ドレイン117を埋め込むように絶縁膜123を堆積させたのち、CMP研磨により平坦化して金属ソース116及び金属ドレイン117の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 22 (k), the
次いで、図22(l)に示すように、絶縁膜123上に層間絶縁膜124を堆積させたのち、ノード電極118、金属ソース116、金属ドレイン117、及び、ゲート電極配線122に達するビアホールを形成したのち、このビアホールをAlで埋め込んでソース電極125、ドレイン電極126、ノード引出電極127、及び、ゲート引出電極128を形成することによって、本発明の実施例8の縦型トンネルバリアFETインバーターの基本構成が完成する。
Next, as shown in FIG. 22L, after an
このように、本発明の実施例8においては、シリコンナノワイヤによるインバータを縦型に形成しているので、全体構成が立体的になり、集積度をさらに向上することができる。 As described above, in the eighth embodiment of the present invention, since the inverter made of silicon nanowires is vertically formed, the overall configuration becomes three-dimensional, and the degree of integration can be further improved.
なお、この実施例8においては、ナノワイヤをシリコンで形成しているが、シリコンに限られるものではなく、化合物半導体からなるナノワイヤ、さらにはカーボンナノチューブを用いることもできる。これらのナノワイヤ及びナノチューブは、良く知られているように選択成長の他、触媒を用いて形成することができる。 In Example 8, the nanowire is formed of silicon, but is not limited to silicon, and a nanowire made of a compound semiconductor, or a carbon nanotube can also be used. As is well known, these nanowires and nanotubes can be formed using a catalyst in addition to selective growth.
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではなく、例えば、単体のpチャネル型FETに適用されるものである。さらに、pチャネル型FETとnチャネル型FETの接続状態はインバーター接続に限られるものではなく、伝達ゲートを構成しても良いものである。 The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the conditions shown in the embodiments, and is applied to, for example, a single p-channel FET. Furthermore, the connection state of the p-channel FET and the n-channel FET is not limited to the inverter connection, and a transmission gate may be configured.
また、上記の実施例8においては、一般的な選択成長を用いているためノード電極をn+ 型ドレイン域とp+ 型ソース領域の跨がるシリサイド電極として形成しているが、ノード電極としてPt等からなる仕事関数の大きな金属ノードを用いても良い。 In Example 8 described above, since the general selective growth is used, the node electrode is formed as a silicide electrode straddling the n + -type drain region and the p + -type source region. A metal node having a large work function, such as Pt, may be used.
この場合には、シリコン基板や金属ノードを所定形状で設けたのち、その上にHfO2等のトンネル絶縁膜を設け、次いで、上記の図19(b)に示すような成長マスクを設け、イオンプレーティングによるSi薄膜の堆積とレーザアニールによる結晶化の工程を繰り返すことによってシリコンナノワイヤを形成すれば良い。 In this case, after providing a silicon substrate or metal node in a predetermined shape, a tunnel insulating film such as HfO 2 is provided thereon, and then a growth mask as shown in FIG. Silicon nanowires may be formed by repeating the steps of depositing a Si thin film by plating and crystallization by laser annealing.
ここで、実施例1乃至実施例8を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
(付記1) 第1ソース領域及び第1ドレイン領域の少なくとも一方が第1金属或いは第1多結晶半導体からなるとともに、前記第1金属或いは第1多結晶半導体と第1半導体チャネル層との間に形成された第1トンネル絶縁膜を有することを特徴とする電界効果型半導体装置。
(付記2) 第1ソース領域及び第1ドレイン領域の少なくとも一方が第1金属或いは第1多結晶半導体からなるとともに、前記第1金属或いは前記第1多結晶半導体と第1半導体チャネル層との間に形成された第1トンネル絶縁膜を有するnチャネル型電界効果トランジスタと、第2ソース領域及び第2ドレイン領域の少なくとも一方が第2金属或いは第2多結晶半導体からなるとともに、前記第2金属或いは前記第2多結晶半導体と第2半導体チャネル層との間に形成された第2トンネル絶縁膜を有するpチャネル型電界効果トランジスタとを直列接続した相補型トランジスタを備えた電界効果型半導体装置。
(付記3) 2つの前記相補型トランジスタを一方のゲート電極が他方のノードに接続するように襷掛けで配置するとともに、両方のゲート電極に別個のアクセス用の電界効果型トランジスタを接続してスタティック・ランダムアクセスメモリを構成した付記2記載の電界効果型半導体装置。
(付記4) 前記トンネル絶縁膜を前記相補型トランジスタのノードを構成するソース領域及びドレイン領域のみに設けた付記2または3に記載の電界効果型半導体装置。
(付記5) 前記第1半導体チャネル層を幅が100nm以下の第1の半導体ナノワイヤで構成することを特徴とする付記1に記載の電界効果型半導体装置。
(付記6) 前記第1の半導体ナノワイヤが、円筒状ナノワイヤからなる付記5記載の電界効果型半導体装置。
(付記7) 前記第1ソース領域及び前記第1ドレイン領域の両方が前記第1金属或いは前記第1多結晶半導体からなり、前記第1金属或いは前記第1多結晶半導体と前記第1半導体チャネル層との間に形成された介在させる前記第1トンネル絶縁膜の電子に対するトンネルバリアの高さが0.3eV〜3.0eVである付記1または2に記載の電界効果型半導体装置。
(付記8) 前記第2ソース領域及び前記第2ドレイン領域の両方が前記第2金属或いは前記第2多結晶半導体からなり、前記第2金属或いは前記第2多結晶半導体と前記第2半導体チャネル層との間に形成された前記第2トンネル絶縁膜の正孔に対するトンネルバリアの高さが0.3eV〜3.0eVである付記2に記載の電界効果型半導体装置。
(付記9) 前記ソース領域を構成する前記第1金属と前記ドレイン領域を構成する前記第1金属とが互いに仕事関数の異なる金属からなる付記7に記載の電界効果型半導体装置。
(付記10) 前記第1ソース領域側に設ける前記第1トンネル絶縁膜と、前記第1ドレイン領域側に設ける前記第1トンネル絶縁膜が互いに異なる絶縁膜からなる付記7に記載の絶縁ゲート電界効果型半導体装置。
Here, the following supplementary notes are disclosed with respect to the embodiments of the present invention including Examples 1 to 8.
(Supplementary Note 1) At least one of the first source region and the first drain region is made of the first metal or the first polycrystalline semiconductor, and between the first metal or the first polycrystalline semiconductor and the first semiconductor channel layer. A field effect semiconductor device comprising a formed first tunnel insulating film.
(Appendix 2) At least one of the first source region and the first drain region is made of the first metal or the first polycrystalline semiconductor, and between the first metal or the first polycrystalline semiconductor and the first semiconductor channel layer. And an n-channel field effect transistor having a first tunnel insulating film formed on the substrate, and at least one of the second source region and the second drain region is made of a second metal or a second polycrystalline semiconductor, and the second metal or A field effect semiconductor device comprising a complementary transistor in which a p-channel field effect transistor having a second tunnel insulating film formed between the second polycrystalline semiconductor and a second semiconductor channel layer is connected in series.
(Supplementary Note 3) The two complementary transistors are arranged in a hanging manner so that one gate electrode is connected to the other node, and a separate field effect transistor for access is connected to both gate electrodes to statically connect them. The field effect semiconductor device according to
(Additional remark 4) The field effect type semiconductor device of
(Supplementary note 5) The field effect semiconductor device according to
(Supplementary note 6) The field effect semiconductor device according to supplementary note 5, wherein the first semiconductor nanowire is a cylindrical nanowire.
(Supplementary Note 7) Both the first source region and the first drain region are made of the first metal or the first polycrystalline semiconductor, and the first metal or the first polycrystalline semiconductor and the first semiconductor channel layer. Item 3. The field effect semiconductor device according to
(Supplementary Note 8) Both the second source region and the second drain region are made of the second metal or the second polycrystalline semiconductor, and the second metal or the second polycrystalline semiconductor and the second semiconductor channel layer. 3. The field effect semiconductor device according to
(Supplementary note 9) The field effect semiconductor device according to supplementary note 7, wherein the first metal constituting the source region and the first metal constituting the drain region are made of metals having different work functions.
(Supplementary note 10) The insulated gate field effect according to supplementary note 7, wherein the first tunnel insulating film provided on the first source region side and the first tunnel insulating film provided on the first drain region side are made of different insulating films. Type semiconductor device.
11 シリコン基板
12 STI素子分離領域
13 p型ウエル領域
14 ゲート絶縁膜
15 ゲート電極
16 サイドウォール
17,19,22,38 レジストパターン
18,32 凹部
20,23,33,40 トンネル絶縁膜
21,36,43 金属ソース
24,37,44 金属ドレイン
25 絶縁膜
26〜28 コンタクトホール
29 ソース電極
30 ドレイン電極
31 ゲート引出電極
34,41 Al膜
35,42 Pt膜
39 トンネル絶縁膜
51 シリコン基板
52 絶縁膜
53 STI素子分離領域
54 n型フィールド領域
55 p型フィールド領域
56 ゲート絶縁膜
57,58 ゲート電極
59,60 サイドウォール
61,63,65 トンネル絶縁膜
62 金属ソース
64 金属ノード
66 金属ドレイン
67 絶縁膜
68 ソース電極
69 ドレイン電極
70,71 ゲート引出電極
72 出力電極
73,74 電極
81 シリコン基板
82 絶縁膜
83,84 シリコン領域
85 ゲート絶縁膜
86 ゲート電極
87 トンネル絶縁膜
88 金属ノード
89 金属ソース
90 金属ドレイン
91 ソース電極
92 ドレイン電極
93 ゲート引出電極
94 出力電極
95,96 FET
97,98 ローカル配線層
101 n型シリコン基板
102 STI素子分離領域
103 n+ 型ドレイン領域
104 p+ 型ソース領域
105,106 開口部
107 選択成長マスク
108,109 シリコンナノワイヤ
110 ゲート絶縁膜
111 導電膜
112 ゲート電極
113 レジストマスク
114,115 トンネル絶縁膜
116 金属ソース
117 金属ドレイン
118 ノード電極
119 シリコン酸化膜
120 埋込み絶縁膜
121 Al膜
122 ゲート電極配線
123 絶縁膜
124 層間絶縁膜
125 ソース電極
126 ドレイン電極
127 ノード引出電極
128 ゲート引出電極
11
97, 98 Local wiring layer 101 n-
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011238909A (en) * | 2010-04-19 | 2011-11-24 | Imec | Vertical tunnel field-effect transistor (tfet) manufacturing method |
CN102738169A (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-17 | 北京大学 | Flash memory and manufacturing method thereof |
CN103038889A (en) * | 2010-12-28 | 2013-04-10 | 出光兴产株式会社 | Stacked structure having oxide semiconductor thin film layer and thin film transistor |
JP2013073973A (en) * | 2011-09-26 | 2013-04-22 | Toshiba Corp | Spin transistor and memory |
JP2013102227A (en) * | 2010-12-28 | 2013-05-23 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Thin film transistor, manufacturing method of the same, and display device |
CN109478502A (en) * | 2016-08-09 | 2019-03-15 | 瓦里安半导体设备公司 | The composite patterning mask deposited using angle-tilt ion beam |
-
2008
- 2008-10-08 JP JP2008261431A patent/JP2010093051A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011238909A (en) * | 2010-04-19 | 2011-11-24 | Imec | Vertical tunnel field-effect transistor (tfet) manufacturing method |
CN103038889A (en) * | 2010-12-28 | 2013-04-10 | 出光兴产株式会社 | Stacked structure having oxide semiconductor thin film layer and thin film transistor |
JP2013102227A (en) * | 2010-12-28 | 2013-05-23 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Thin film transistor, manufacturing method of the same, and display device |
US8785927B2 (en) | 2010-12-28 | 2014-07-22 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Laminate structure including oxide semiconductor thin film layer, and thin film transistor |
CN102738169A (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-17 | 北京大学 | Flash memory and manufacturing method thereof |
WO2012139363A1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-18 | 北京大学 | A flash memory and the manufacturing method thereof |
JP2013073973A (en) * | 2011-09-26 | 2013-04-22 | Toshiba Corp | Spin transistor and memory |
CN109478502A (en) * | 2016-08-09 | 2019-03-15 | 瓦里安半导体设备公司 | The composite patterning mask deposited using angle-tilt ion beam |
CN109478502B (en) * | 2016-08-09 | 2022-12-06 | 瓦里安半导体设备公司 | Method for forming structure for patterning substrate, method for patterning substrate, and method for forming mask |
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