JP2012060082A - Field-effect transistor - Google Patents
Field-effect transistor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012060082A JP2012060082A JP2010204769A JP2010204769A JP2012060082A JP 2012060082 A JP2012060082 A JP 2012060082A JP 2010204769 A JP2010204769 A JP 2010204769A JP 2010204769 A JP2010204769 A JP 2010204769A JP 2012060082 A JP2012060082 A JP 2012060082A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- source
- region
- channel layer
- layer
- electrode
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
本発明は、化合物半導体電界効果トランジスタに関する。 The present invention relates to a compound semiconductor field effect transistor.
ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)の2009年版のロードマップによると、今後のトランジスタに要求される特性を満たすためには、高移動度チャネル材料として、NチャンネルではIII−V属系の化合物半導体、Pチャンネルではゲルマニウム(Ge)の必要性が指摘されている。 According to the 2009 roadmap of ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors), in order to satisfy the characteristics required for future transistors, III-V group compound semiconductors are used as high mobility channel materials in N-channel. The need for germanium (Ge) has been pointed out in the P channel.
化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ構造の高電流化にはソース領域でのキャリア濃度の上昇が必要であることが複数の研究機関によるシミュレーションによって予測されている。ソースキャリア濃度の向上のためにはシリコンデバイスで一般的であるイオン打ち込み法による高濃度ドーピングに加えて、III−V族デバイスにより適していると考えられる分子線エピタキシー法や有機金属気相成長法を用いた再成長プロセスや、金属をソースに用いるメタルソース等が提案され、そのデバイス動作が報告されている。 It has been predicted by simulations by a plurality of research institutions that an increase in carrier concentration in the source region is necessary for increasing the current of a field effect transistor structure using a compound semiconductor. In order to improve the source carrier concentration, in addition to high-concentration doping by ion implantation, which is common in silicon devices, molecular beam epitaxy and metalorganic vapor phase epitaxy, which are considered to be more suitable for III-V devices A regrowth process using silicon, a metal source using metal as a source, etc. have been proposed, and its device operation has been reported.
一方でこれらの手法は高温処理を必要とし集積プロセスへの導入に課題が残ることや、結晶成長の導入による高コスト化、金属/半導体界面へのショットキー障壁の形成によるキャリア注入能力の劣化などの課題がある。 On the other hand, these methods require high-temperature processing, and there are still problems in introduction into the integration process, cost increase by introducing crystal growth, carrier injection ability deterioration due to formation of Schottky barrier at the metal / semiconductor interface, etc. There is a problem.
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、電界効果トランジスタにおけるソースの高キャリア濃度化をプロセス面での負荷を抑えつつ実現することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and one of exemplary purposes of an embodiment thereof is to realize a high carrier concentration of a source in a field effect transistor while suppressing a load on a process. .
本発明のある態様は、電界効果トランジスタに関する。この電界効果トランジスタは、3−5(III-V)族化合物半導体のチャネル層と、チャネル層の第1面のゲート領域に形成されたゲート絶縁膜と、チャネル層の第1面に、ゲート領域を挟むように位置するドレイン領域およびソース領域それぞれに形成されたドレインコンタクト層およびソースコンタクト層と、チャネル層の第1面と反対側の第2面側に形成された裏面絶縁膜と、裏面絶縁膜のチャネル層と反対の面側に、ソースコンタクト層と対向する領域に形成されるソース下面電極と、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a field effect transistor. This field effect transistor includes a channel layer of a 3-5 (III-V) group compound semiconductor, a gate insulating film formed in a gate region on the first surface of the channel layer, and a gate region on the first surface of the channel layer. A drain contact layer and a source contact layer formed in each of the drain region and the source region located so as to sandwich the gate electrode, a back surface insulating film formed on the second surface side opposite to the first surface of the channel layer, and a back surface insulation A source lower surface electrode formed in a region facing the source contact layer is provided on the surface of the film opposite to the channel layer.
この態様によると、ソース下面電極に適切な電位を与えることにより、キャリア濃度の高いソース領域(高濃度ソース領域)を形成することができ、キャリア濃度を改善することができる。この構造は、現在提案されているさまざまな技術と比較してプロセスへの負荷が小さく、イオン打ち込み法・再成長法と比べてコスト面での優位性が得られ、金属ソース構造を用いる技術と比べて、ショットキー障壁を介さないためキャリア注入能力の増加といった効果を得ることができる。
加えてソース下面電極の設計により高濃度ソース領域とゲート電極のオーバーラップ長を任意に変更することができる。これによりオーバーラップ形成によるオン状態でのアクセス抵抗の低減とそれに伴う駆動電流の向上が可能となり、同時に起こるゲート寄生容量の増加による充電遅延や障壁低下に由来するオフリーク電流に関わるトレードオフに対しても、デバイスの用途ごとに最適な構造の形成が容易に可能となる。
According to this aspect, by applying an appropriate potential to the source lower surface electrode, a source region having a high carrier concentration (high concentration source region) can be formed, and the carrier concentration can be improved. This structure has a lower load on the process compared to various currently proposed technologies, offers cost advantages over the ion implantation and regrowth methods, and uses a metal source structure. In comparison, since the Schottky barrier is not passed, an effect of increasing the carrier injection capability can be obtained.
In addition, the overlap length of the high-concentration source region and the gate electrode can be arbitrarily changed by the design of the source bottom electrode. This makes it possible to reduce the access resistance in the on state due to overlap formation and improve the drive current associated therewith, against the trade-off related to off-leakage current due to charging delay and barrier reduction due to the increase in gate parasitic capacitance that occurs at the same time. However, it is possible to easily form an optimum structure for each application of the device.
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described components, or a conversion of the expression of the present invention between methods, apparatuses, and the like is also effective as an aspect of the present invention.
本発明のある態様によれば、プロセス面での負荷を抑えつつ、電界効果トランジスタにおけるソースの高キャリア濃度化を実現できる。さらにゲート電極と高濃度ソース領域のオーバーラップ長の制御による特性の向上が可能である。 According to an aspect of the present invention, it is possible to realize a high carrier concentration of a source in a field effect transistor while suppressing a process load. Further, the characteristics can be improved by controlling the overlap length between the gate electrode and the high concentration source region.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
図1は、実施の形態に係る半導体デバイス(Nチャンネル電界効果トランジスタ)100の構造を示す断面図である。この半導体デバイス100は、基板2と、その上に張り合わされたFET10とで構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device (N-channel field effect transistor) 100 according to an embodiment. The
基板2は、たとえばシリコン基板である。基板2の上には、接合レイヤ4を介して、FET10が接合される。接合レイヤ4は、たとえばBCB(benzocyclobutene)接着剤であり、後述のプロセスを経て形成されたFET10を、基板2の上に固着せしめる。
The
FET10は、チャネル層20、ゲート絶縁膜30、ゲート電極32、ソースコンタクト層34、ソース電極36、ドレインコンタクト層38、ドレイン電極40、裏面絶縁膜50、ソース下面電極52を備える。
The FET 10 includes a
チャネル層20は、積層された上側閉じ込め層22、チャネル層24、下側閉じ込め層26を備える。チャネル層24には高電子移動度材料、具体的にはIII−V属化合物半導体であるインジウムガリウム砒素(InGaAs)やインジウム砒素(InAs)などを用いる。上側閉じ込め層22および下側閉じ込め層26には、インジウムリン(InP)やインジウムアルミニウム砒素(InAlAs)などが利用される。上側閉じ込め層22は、チャネル真性部のリセス構造を形成する為のウエットエッチングにおけるエッチストップ層として機能する。また上側閉じ込め層22およびチャネル層24は、チャネル内キャリア分布と絶縁膜/半導体界面におけるラフネスやトラップ電荷に起因する散乱を抑制し、チャネル内のキャリア走行速度を向上させる役割を有する。
The
チャネル層20の上面(第1面)のゲート領域にはゲート絶縁膜30が形成される。ゲート絶縁膜30の上層には、ゲート電極32が形成される。また、チャネル層20の下面(第2面)側には、裏面絶縁膜50が形成される。ゲート絶縁膜30および裏面絶縁膜50は、High−Kゲート絶縁膜であってもよい。
A
チャネル層20の上面には、ゲート領域Gを挟むように配置されるソース領域Sおよびドレイン領域Dそれぞれには、ソース電極36とドレイン電極40が形成される。ソース電極36とチャネル層20の間、ドレイン電極40とチャネル層20の間にはそれぞれ、ソースコンタクト層34、ドレインコンタクト層38が形成される。ソースコンタクト層34およびドレインコンタクト層38は、高濃度ドーピングされた材料、たとえばインジウムガリウム砒素(n+-InGaAs)などで構成される。
On the upper surface of the
ソース下面電極52は、裏面絶縁膜50の下面、つまりチャネル層20と反対の面側のソース電極36と対向する領域に形成される。このソース下面電極52はゲート電極32との位置関係を位置合わせ精度に従う任意の位置に形成可能であり、そのチャネル方向の長さL、すなわちゲート電極32の基部とのオーバーラップ長LOLPも任意に設計しうる。ソース下面電極52としては、金、クロムなど、適切な金属材料を用いることができる。
The source
以上が半導体デバイス100の構成である。続いてその製造方法を説明する。
図2(a)〜(f)および図3(a)〜(f)は、図1の半導体デバイス100の製造方法を示す図である。
図2(a)は、基板構造の断面を示す。InPのウエハ(支持基板)3の深い領域から浅い領域に向かって、コンタクト層34、38、チャネル層20、キャップ層60が順に形成される。各層の形成は公知の技術を用いればよく、特に限定されない。図2(a)〜(c)では、図1と上下が反転していることに留意されたい。
The above is the configuration of the
2 (a) to 2 (f) and FIGS. 3 (a) to 3 (f) are diagrams illustrating a method of manufacturing the
FIG. 2A shows a cross section of the substrate structure. The
続いて図2(b)に示すようにキャップ層60がエッチングあるいは研磨によって除去される。これによりチャネル層20が表面に現れる。続いて図2(c)に示すように、チャネル層20の上面に裏面絶縁膜50が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the
続いて図2(d)に示すように、裏面絶縁膜50の上にソース下面電極52が形成される。図2(d)に示される構造体が、ソース下面電極52側を接合面として、接合レイヤ4を介して基板2に貼り合わされ、図2(e)の構造体が得られる。続いてウエハ3の薄層化が行われ、図2(f)に示すようにコンタクト層34、38が露出する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the source
図3(a)に移る。隣接するFETを分離(素子分離)するために、コンタクト層34、38およびチャネル層20の外周部分がエッチングされる。続いて図3(b)に示すように、ゲート領域のコンタクト層34、38がチャネル層20の深さまでエッチングされる(チャネル出し)。続いて図3(c)に示すように、FET全体を覆うように、ゲート絶縁膜30が堆積される。続いて図3(d)に示すように、ゲート領域のゲート絶縁膜30の上面にゲート電極32が蒸着によって形成される。続いて図3(e)に示すように、ゲート絶縁膜30のソース領域、ドレイン領域にコンタクト孔62、64が形成される。続いて図3(f)に示すように、コンタクト孔62、64の上部に、蒸着によってソース電極36、ドレイン電極40が形成される。
以上が半導体デバイス100の製造方法である。
Turning to FIG. In order to isolate adjacent FETs (element isolation), the outer peripheral portions of the contact layers 34 and 38 and the
The method for manufacturing the
続いて図1の半導体デバイス100の利点を説明する。図4(a)は、図1の半導体デバイス100のソース領域のバンド構造の模式図を、図4(b)は、ソース下面電極52が設けられないFETのソース領域のバンド構造の模式図を示す。EF(BS)は、ソース下面電極52のフェルミ準位を、EF(S)はソース領域のフェルミ準位を示す。
Next, advantages of the
まず図4(b)を参照する。従来のデバイス構造では、ワイドギャップ層である上側閉じ込め層22によって、ソースコンタクト層34からチャネル層24へのキャリア(電子)注入が阻害される。
Reference is first made to FIG. In the conventional device structure, carrier (electron) injection from the
続いて図4(a)を参照し、図1の半導体デバイス100について説明する。ソース下面電極52に適切な電圧を印加し、ソース電極36とソース下面電極52の間を電圧VBSにてバイアスすると、ソース領域におけるコンタクトが低下し、ソースコンタクト層34の下部のチャネル層24に高いキャリア濃度が誘発され、高濃度電子蓄積層を形成することができる。
Next, the
このように図1の半導体デバイス100によれば、ソース領域のキャリア濃度が高まることにより、FET単体の電流駆動能力が向上し、それにともないカットオフ周波数を高めることができる。
As described above, according to the
また、CMOS論理回路をはじめとする一般的なn型FETにおいて、ソースは接地されるのが一般的である。したがってソース電極36とソース下面電極52の間は、常にバイアス電圧VBSでバイアスされることになり、電荷の充放電による容量性遅延の影響を受けないという利点もある。
In general n-type FETs including a CMOS logic circuit, the source is generally grounded. Thus between the
さらに、BCB接合レイヤ4を用いた貼り合わせは支持基板を問わないことから、Si基板上への貼り合わせによる転写が可能であり、異種材料集積化プロセスとしても応用できる。
またソース下面電極52を形成する際には、ソース領域、ゲート領域、ドレイン領域に対する位置合わせが重要であるところ、この位置合わせとしてはデバイス層を越えての電極のSEM観察が可能であることから、電子ビーム等によるアライメント技術に対応しているといえる。
Further, since the bonding using the
Further, when forming the source
まとめると、実施の形態に係る半導体デバイス100によれば、ソース下面電極52に適切な電位を与えることにより、キャリア濃度を改善することができる。この構造は、現在提案されているさまざまな技術と比較してプロセスへの負荷が小さく、イオン打ち込み法・再成長法と比べてコスト面での優位性が得られ、金属ソース構造を用いる技術と比べて、ショットキー障壁を介さないためキャリア注入能力の増加といった効果を得ることができる。
In summary, according to the
またゲート電極32に対してソース下面電極52の位置、長さLを最適化することで、高駆動能力と寄生容量・待機電力のトレードオフに対する良好な制御性を実現することができる。具体的には、チャネル方向の長さLを長くしてゲート電極32(ゲート領域)とのオーバーラップ量を大きくすれば、ゲート寄生容量の増加による充電遅延や障壁低下に由来するオフリーク電流の増大と引き替えに、トランジスタのオン状態でのアクセス抵抗の低減とそれに伴う駆動電流の向上が可能となる。反対にオーバーラップ量を小さくした場合には、アクセス抵抗の低減という効果は減少するが、それと引き替えに、ゲート寄生容量の低下、オフリーク電流の減少という効果を得ることができる。つまり、デバイスの用途ごとに最適な構造の形成が容易に可能となる。
Further, by optimizing the position and length L of the source
さらに裏面加工貼り合わせ技術は、シリコン基板上への集積技術としても魅力的であり現在注目を集めている高移動度材料の論理回路応用にも繋がる。 Furthermore, the back surface processing bonding technique is attractive as an integration technique on a silicon substrate, and leads to logic circuit applications of high mobility materials that are currently attracting attention.
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.
ソース下面電極52と同様の電極(ドレイン裏面電極)を、ドレイン電極40の裏面側にもさらに設けてもよい。
An electrode (drain back electrode) similar to the source
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
100…半導体デバイス、2…基板、3…ウエハ、4…接合レイヤ、10…FET、20…チャネル層、22…上側閉じ込め層、24…チャネル層、26…下側閉じ込め層、30…ゲート絶縁膜、32…ゲート電極、34…ソースコンタクト層、36…ソース電極、38…ドレインコンタクト層、40…ドレイン電極、50…裏面絶縁膜、52…ソース下面電極、60…キャップ層。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記チャネル層の第1面のゲート領域に形成されたゲート絶縁膜と、
前記チャネル層の前記第1面に、ゲート領域を挟むように位置するドレイン領域およびソース領域それぞれに形成されたドレインコンタクト層およびソースコンタクト層と、
前記チャネル層の前記第1面と反対側の第2面側に形成された裏面絶縁膜と、
前記裏面絶縁膜の前記チャネル層と反対の面側に、前記ソースコンタクト層と対向する領域に形成されるソース下面電極と、
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。 A channel layer of a group 3-5 compound semiconductor;
A gate insulating film formed in the gate region of the first surface of the channel layer;
A drain contact layer and a source contact layer formed on each of the drain region and the source region located so as to sandwich the gate region on the first surface of the channel layer;
A back surface insulating film formed on the second surface side opposite to the first surface of the channel layer;
A source lower surface electrode formed in a region facing the source contact layer on a surface opposite to the channel layer of the back surface insulating film;
A field effect transistor comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010204769A JP2012060082A (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Field-effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010204769A JP2012060082A (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Field-effect transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012060082A true JP2012060082A (en) | 2012-03-22 |
Family
ID=46056770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010204769A Pending JP2012060082A (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Field-effect transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012060082A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019139619A1 (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-18 | Intel Corporation | Source contact and channel interface to reduce body charging from band-to-band tunneling |
CN113451394A (en) * | 2021-06-30 | 2021-09-28 | 深圳市时代速信科技有限公司 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
-
2010
- 2010-09-13 JP JP2010204769A patent/JP2012060082A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019139619A1 (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-18 | Intel Corporation | Source contact and channel interface to reduce body charging from band-to-band tunneling |
US11094716B2 (en) | 2018-01-12 | 2021-08-17 | Intel Corporation | Source contact and channel interface to reduce body charging from band-to-band tunneling |
CN113451394A (en) * | 2021-06-30 | 2021-09-28 | 深圳市时代速信科技有限公司 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8080820B2 (en) | Apparatus and methods for improving parallel conduction in a quantum well device | |
US8274118B2 (en) | Hybrid material accumulation mode GAA CMOSFET | |
US8350298B2 (en) | Hybrid material inversion mode GAA CMOSFET | |
US8264042B2 (en) | Hybrid orientation accumulation mode GAA CMOSFET | |
JP5668085B2 (en) | Power transistor with segmented gate | |
US9905421B2 (en) | Improving channel strain and controlling lateral epitaxial growth of the source and drain in FinFET devices | |
US8274119B2 (en) | Hybrid material accumulation mode GAA CMOSFET | |
US20110260173A1 (en) | Semiconductor structure | |
EP3089216B1 (en) | Split-gate power semiconductor field-effect transistor | |
US20130105763A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20120241722A1 (en) | Field effect transistor | |
US9099555B2 (en) | Tunnel field effect transistor | |
WO2013063726A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
WO2012100563A1 (en) | Method for preparing germanium-based schottky n-type field effect transistor | |
US9136183B2 (en) | Transistor device and fabrication method | |
CN105633147A (en) | Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof | |
WO2016119682A1 (en) | Tunneling field effect transistor and preparation method thereof | |
JP2012060082A (en) | Field-effect transistor | |
WO2016029711A1 (en) | Tunnel field effect transistor and manufacturing method thereof | |
US11201246B2 (en) | Field-effect transistor structure and fabrication method | |
KR101881068B1 (en) | Reconfigurable field effect transistor and method for manufacturing reconfigurable field effect transistor |