JP2013232471A - Complementary semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Masahiro Koike
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a complementary semiconductor device which achieves a CMOS structure using a Ge channel at a low temperature and at a low cost, enhances performance, and reduces power consumption.SOLUTION: A complementary semiconductor device using a Ge channel comprises: n-type first and second semiconductor layers 21 formed on an underlayer insulating film 12, and whose main component is Ge; an nMOSFET whose gate electrode 23 is formed on the first semiconductor layer 21 via a gate insulating film 22, and whose channel and source/drain are semiconductor layers of the same conductivity type; and a pMOSFET whose gate electrode 23 is formed on the second semiconductor layer 21 via the gate insulating film 22, and whose source/drain region is formed of an alloy layer 25 of the second semiconductor layer 21 and a metal.

Description

本発明の実施形態は、Geチャネルを用いた相補型半導体装置及びその製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a complementary semiconductor device using a Ge channel and a method for manufacturing the same.

半導体集積回路の高性能化、低消費電力化において、配線長短縮による寄生容量及び寄生抵抗の低減のために、トランジスタの3次元積層が有効である。3次元化は既に、Siチップを積み上げてTSV(Through Silicon Via)で接続する技術が開発中であるが、TSVサイズが通常のCMOSプロセスの配線間隔に比べ2ケタ以上大きいため、接続密度を上げて配線の効率化をはかるのは限界がある。また、TSVのためのエリアペナルティーが無視できない程度に大きいため、回路設計に支障を来たしたり、コストの増大を招いたりするため、より高密度に配線接続が可能な技術が求められる。   In high performance and low power consumption of semiconductor integrated circuits, three-dimensional stacking of transistors is effective for reducing parasitic capacitance and parasitic resistance by shortening the wiring length. Three-dimensionalization is already underway to develop a technology for stacking Si chips and connecting them with TSV (Through Silicon Via). However, since the TSV size is more than two digits larger than the wiring interval of a normal CMOS process, the connection density is increased. Therefore, there is a limit to improving wiring efficiency. In addition, since the area penalty for TSV is so large that it cannot be ignored, circuit design is hindered and costs are increased. Therefore, a technology capable of wiring connection with higher density is required.

その様な技術として、回路の一部を抜き出して、CMOSの配線プロセス工程中、或いは工程後にa−Si−TFTとして積層する技術が報告されている(例えば、非特許文献1参照)。しかし、a−Si−TFTの性能が通常Si−CMOSに比べ極端に悪いので、駆動電圧が高くなる、或いは十分な性能が出せない等種々の制限があり、3次元化のメリットを十分享受できない。   As such a technique, a technique in which a part of a circuit is extracted and laminated as an a-Si-TFT during or after the CMOS wiring process is reported (for example, see Non-Patent Document 1). However, since the performance of a-Si-TFT is extremely poor compared to normal Si-CMOS, there are various restrictions such as high driving voltage or insufficient performance, and the three-dimensional advantage cannot be fully enjoyed. .

また、結晶SiをCMOSの配線層の上に貼り合せた構造では、下地CMOSに匹敵する性能が得られる(例えば、非特許文献2参照)。しかし、この場合、プロセス温度が600度と高いため、下地CMOSに使える材料・プロセスが限られる。   In addition, in a structure in which crystalline Si is bonded onto a CMOS wiring layer, performance comparable to that of the underlying CMOS can be obtained (see, for example, Non-Patent Document 2). However, in this case, since the process temperature is as high as 600 degrees, the materials and processes that can be used for the underlying CMOS are limited.

T. Naito et al., 2010 Symposium on VLSI Technology, Technical Digest Papers, p.219T. Naito et al., 2010 Symposium on VLSI Technology, Technical Digest Papers, p.219 P. Batude et al., IEDM Technical Digest, p.151P. Batude et al., IEDM Technical Digest, p.151

発明が解決しようとする課題は、Geチャネルを用いたCMOS構造を低温で且つローコストに実現することができ、高性能化及び低消費電力化をはかり得る相補型半導体装置及びその製造方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a complementary semiconductor device capable of realizing a CMOS structure using a Ge channel at a low temperature and at a low cost, and capable of achieving high performance and low power consumption, and a manufacturing method thereof. That is.

実施形態の相補型半導体装置は、下地絶縁膜上に形成された、Geを主成分とするn型の第1及び第2の半導体層と、前記第1の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、チャネル及びソース/ドレインを同じ極性の半導体層としたnMOSFETと、前記第2の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、且つソース/ドレイン領域が前記第2の半導体層と金属との合金層で形成されたpMOSFETと、を具備している。   The complementary semiconductor device according to the embodiment includes an n-type first and second semiconductor layers mainly composed of Ge formed on a base insulating film, and a gate insulating film on the first semiconductor layer. The gate electrode is formed, the channel and the source / drain are nMOSFETs having the same polarity semiconductor layer, the gate electrode is formed on the second semiconductor layer via the gate insulating film, and the source / drain region is A pMOSFET formed of an alloy layer of a second semiconductor layer and a metal.

本発明によれば、下地絶縁膜上のGeチャネルを用いることで、プロセス温度の低温化と、Siより高い移動度による高性能化(低電圧化)が可能となる。また、n型GeチャネルをpMOSFET及びnMOSFETとで共通化することで、CMOSプロセスのコストを低減することができる。さらに、nMOSFETの抵抗低減に有利なn型Geチャネルを選択することで、Ge−CMOS固有の問題である、nMOSFET用Ge/金属コンタクトの低抵抗化が困難という問題が解決される。   According to the present invention, by using the Ge channel on the base insulating film, it is possible to lower the process temperature and to improve the performance (lower voltage) by higher mobility than Si. In addition, by sharing the n-type Ge channel between the pMOSFET and the nMOSFET, the cost of the CMOS process can be reduced. Furthermore, by selecting an n-type Ge channel that is advantageous in reducing the resistance of the nMOSFET, the problem that it is difficult to reduce the Ge / metal contact for the nMOSFET, which is a problem inherent to Ge-CMOS, is solved.

以上のように、本構成のチャネル材料・極性、電極構造の選択の組み合わせによって、背景技術の問題点が総合的に解決され、3次元CMOSの高性能化・低消費電力化・低コスト化に寄与することができる。   As described above, the combination of the channel material, polarity, and electrode structure of this configuration comprehensively solves the problems of the background art, thereby improving the performance, power consumption, and cost of 3D CMOS. Can contribute.

第1の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing an element structure of a complementary semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係わる相補型半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the complementary type semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態に係わる相補型半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the complementary type semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第2の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the element structure of the complementary semiconductor device concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係わる相補型半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the complementary semiconductor device concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the element structure of the complementary semiconductor device concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the element structure of the complementary semiconductor device concerning 4th Embodiment. 第4の実施形態の効果を説明するためのもので、pMOSFET及びnMOSFETのしきい値特性を示す図。The figure which shows the threshold value characteristic of pMOSFET and nMOSFET for demonstrating the effect of 4th Embodiment. 第5の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the element structure of the complementary semiconductor device concerning 5th Embodiment. 第6の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the element structure of the complementary semiconductor device concerning 6th Embodiment. 第7の実施形態に係わる積層型半導体装置の素子構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the element structure of the laminated type semiconductor device concerning 7th Embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an element structure of a complementary semiconductor device according to the first embodiment.

Si支持基板上11にSiO2 或いはSiN等の下地絶縁膜12、チャネルとなるn型ポリGe層21(30nm)が順次積層されている。Ge層21は、高濃度にP(リン)がドーピングされてn+ 型となっている(濃度1.0×1019cm-2)。また、Ge層21は、nMOS領域100とpMOS領域200とで島状に素子分離されており、nMOS領域100ではnMOSFETのチャネルを構成し、pMOS領域200ではpMOSFETのチャネルを構成するものとなっている。即ち、nMOSFET及びpMOSFET共にn型Geをチャネルに用いるものとなっている。従って、nMOSFETは空乏型動作、pMOSFETは反転型動作となる。 A base insulating film 12 such as SiO 2 or SiN and an n-type polyGe layer 21 (30 nm) serving as a channel are sequentially stacked on a Si support substrate 11. The Ge layer 21 is doped with P (phosphorus) at a high concentration and becomes n + type (concentration 1.0 × 10 19 cm −2 ). Further, the Ge layer 21 is element-isolated in an nMOS region 100 and a pMOS region 200. The nMOS region 100 constitutes an nMOSFET channel, and the pMOS region 200 constitutes a pMOSFET channel. Yes. That is, both nMOSFET and pMOSFET use n-type Ge for the channel. Therefore, the nMOSFET operates as a depletion type and the pMOSFET operates as an inverting type.

nMOS領域100及びpMOS領域200のそれぞれにおいて、Ge層21上にAl23 (4nm)からなるゲート絶縁膜22、TaN(30nm)からなるゲート電極23が順次積層されて、ゲートスタックが形成されている。ゲート電極23の側面には、TaNOなどのゲート側壁絶縁膜24が形成されている。また、pMOS領域200では、ゲートスタックを挟んでNiGe合金からなるソース/ドレイン領域(メタルS/D)25が形成されている。 In each of the nMOS region 100 and the pMOS region 200, a gate insulating film 22 made of Al 2 O 3 (4 nm) and a gate electrode 23 made of TaN (30 nm) are sequentially stacked on the Ge layer 21 to form a gate stack. ing. A gate sidewall insulating film 24 such as TaNO is formed on the side surface of the gate electrode 23. In the pMOS region 200, a source / drain region (metal S / D) 25 made of a NiGe alloy is formed with a gate stack interposed therebetween.

ゲートスタック及びメタルS/D25が形成された基板上に、SiO2 等からなる層間絶縁膜26が形成されている。この層間絶縁膜26にコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを埋め込むように、W(タングステン)の電極プラグ27が設けられている。pMOS領域200では、電極プラグ27がメタルS/D25に接続され、nMOS領域100では、電極プラグ27がGe層21に接続されている。ここで、電極プラグ27とメタルS/D25又はGe層21との間には、TiNバリアメタル28が挿入されている。そして、層間絶縁膜26上には、電極プラグ27に接続される配線29が設けられている。 An interlayer insulating film 26 made of SiO 2 or the like is formed on the substrate on which the gate stack and the metal S / D 25 are formed. Contact holes are formed in the interlayer insulating film 26, and W (tungsten) electrode plugs 27 are provided so as to fill the contact holes. In the pMOS region 200, the electrode plug 27 is connected to the metal S / D 25, and in the nMOS region 100, the electrode plug 27 is connected to the Ge layer 21. Here, a TiN barrier metal 28 is inserted between the electrode plug 27 and the metal S / D 25 or the Ge layer 21. A wiring 29 connected to the electrode plug 27 is provided on the interlayer insulating film 26.

次に、本実施形態の製造方法を、図2及び図3を参照して説明する。   Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.2 and FIG.3.

まず、図2(a)に示すように、Si支持基板11上の下地絶縁膜12上に、PドープアモルファスGe膜13をCVD法やスパッタリングによって成長する。   First, as shown in FIG. 2A, a P-doped amorphous Ge film 13 is grown on the base insulating film 12 on the Si support substrate 11 by CVD or sputtering.

次いで、350℃〜500℃でアニールすることで、図2(b)に示すように、n型ポリGe層21を形成する。アニール前に、保護膜としてSiO2 等の絶縁膜をアモルファスGe膜13上に堆積してもよい。ここで、Ge層21は多結晶であるが、素子が微細化されてチャネル長がグレインサイズに近くなると、多結晶であっても実質的に単結晶と同じにように見なすことが可能となる。 Next, by annealing at 350 ° C. to 500 ° C., an n-type polyGe layer 21 is formed as shown in FIG. An insulating film such as SiO 2 may be deposited on the amorphous Ge film 13 as a protective film before annealing. Here, although the Ge layer 21 is polycrystalline, when the element is miniaturized and the channel length becomes close to the grain size, even if it is polycrystalline, it can be regarded as substantially the same as a single crystal. .

次いで、図2(c)に示すように、Ge層21をnMOS領域100とpMOS領域200とに島状に素子分離後、厚さ4nmのAl23 膜(ゲート絶縁膜)22と、厚さ30nmのTaN膜(ゲート電極)23を順次積層する。 Next, as shown in FIG. 2C, after the Ge layer 21 is separated into an nMOS region 100 and a pMOS region 200 in an island shape, an Al 2 O 3 film (gate insulating film) 22 having a thickness of 4 nm is formed. A TaN film (gate electrode) 23 having a thickness of 30 nm is sequentially stacked.

次いで、図2(d)に示すように、リソグラフィーとRIEによってゲートパターンを形成し、ゲート絶縁膜22及びゲート電極23をpMOS,nMOS用にそれぞれ加工し、ソース/ドレイン部を露出させる。この際、ゲート電極23の両脇が酸化されて側壁絶縁膜24が形成される。   Next, as shown in FIG. 2D, a gate pattern is formed by lithography and RIE, the gate insulating film 22 and the gate electrode 23 are processed for pMOS and nMOS, respectively, and the source / drain portions are exposed. At this time, both sides of the gate electrode 23 are oxidized to form the sidewall insulating film 24.

次いで、図3(e)に示すように、SiO2 保護絶縁膜31をCVD法により堆積した後、リソグラフィーとウェットエッチングによってpMOS領域200のみを露出させ、nMOS領域100に保護絶縁膜31を残す。そして、全面にNi膜32をスパッタリング等で堆積する。 Next, as shown in FIG. 3E, after depositing the SiO 2 protective insulating film 31 by the CVD method, only the pMOS region 200 is exposed by lithography and wet etching, and the protective insulating film 31 is left in the nMOS region 100. Then, a Ni film 32 is deposited on the entire surface by sputtering or the like.

次いで、図3(f)に示すように、250℃〜350℃で熱処理を施して、pMOS領域200のソース/ドレイン部にNiGe合金層25を形成し、未反応のNi膜31を希塩酸等で除去する。ここで、NiGe合金層25がpMOSFET用のメタルS/Dとなる。一方、nMOS領域100ではNiGe合金は形成されない。   Next, as shown in FIG. 3F, heat treatment is performed at 250 ° C. to 350 ° C. to form the NiGe alloy layer 25 in the source / drain portion of the pMOS region 200, and the unreacted Ni film 31 is diluted with dilute hydrochloric acid or the like. Remove. Here, the NiGe alloy layer 25 becomes the metal S / D for the pMOSFET. On the other hand, no NiGe alloy is formed in the nMOS region 100.

以上のようにして作製されたnMOSFET,pMOSFETは、共にチャネルはn+ 型ポリGe層21で、下地絶縁膜12上に堆積され、nMOSFETは空乏型、pMOSFETは反転型動作となる。さらに、nMOSFETはソースドレイン(S/D)とチャネルの間にpn接合のない所謂ジャンクションレスのトランジスタとなり、pMOSFETはp型不純物を用いないメタルS/Dを有するトランジスタとなっている。 In the nMOSFET and the pMOSFET manufactured as described above, the channel is the n + type poly Ge layer 21 and is deposited on the base insulating film 12, and the nMOSFET is depleted and the pMOSFET is in an inverting operation. Further, the nMOSFET is a so-called junctionless transistor having no pn junction between the source / drain (S / D) and the channel, and the pMOSFET is a transistor having a metal S / D without using a p-type impurity.

次いで、図3(g)に示すように、SiO2 等の層間絶縁膜26をプラズマCVD等で堆積してCMPで平坦化し、リソグラフィーとRIEでコンタクトホールを形成する。即ち、pMOS領域200では、メタルS/D25上にコンタクトホールを形成し、nMOS領域100では、ゲートスタックを挟んでGe層21上にコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールの底部にTiNバリアメタル28を形成し、更にコンタクトホールをWプラグ27で埋め込む。 Next, as shown in FIG. 3G, an interlayer insulating film 26 such as SiO 2 is deposited by plasma CVD or the like, planarized by CMP, and contact holes are formed by lithography and RIE. That is, in the pMOS region 200, a contact hole is formed on the metal S / D 25, and in the nMOS region 100, a contact hole is formed on the Ge layer 21 with the gate stack interposed therebetween. Subsequently, a TiN barrier metal 28 is formed at the bottom of the contact hole, and the contact hole is further filled with a W plug 27.

これ以降は、再びCMPで表面のW,TiN金属を除去したのち、Al配線29を形成してCMOS回路を形成することにより、前記図1に示す構造が完成する。   Thereafter, the W and TiN metals on the surface are again removed by CMP, and then the Al wiring 29 is formed to form the CMOS circuit, thereby completing the structure shown in FIG.

このように本実施形態によれば、pMOS,nMOS共に同じ材料であるn型ポリGe層21をチャネルとして用いるため、別々の半導体材料を用いる場合に比してプロセスが容易となる。即ち、pMOSとnMOSでソース/ドレイン領域を形成する工程のみ異なるだけで、他のプロセスは共通であるため、全体のプロセスの簡略化をはかることが可能となる。   As described above, according to this embodiment, since the n-type polyGe layer 21 which is the same material for both the pMOS and nMOS is used as a channel, the process becomes easier as compared with the case where different semiconductor materials are used. That is, only the process of forming the source / drain regions is different between the pMOS and the nMOS, and other processes are common, so that the entire process can be simplified.

また、Siよりも移動度の高いGeを用いているので、より高速なデバイスを作製することができる。さらに、GeはSiによりも低温で形成可能であるため、例えば本構造を3次元に積層した場合に、下地のデバイスに与える影響を少なくすることができる。   In addition, since Ge, which has higher mobility than Si, is used, a higher speed device can be manufactured. Further, since Ge can be formed at a lower temperature than Si, for example, when this structure is laminated three-dimensionally, the influence on the underlying device can be reduced.

また、nMOSFETの抵抗低減に有利なn型Geチャネルを選択することで、Ge−CMOS固有の問題である、nMOSFET用Ge/金属コンタクトの低抵抗化が困難という問題が解決される。   Further, by selecting an n-type Ge channel that is advantageous for reducing the resistance of the nMOSFET, the problem that it is difficult to reduce the resistance of the Ge / metal contact for nMOSFET, which is a problem inherent to Ge-CMOS, is solved.

また、pMOSでは、ソース/ドレインをNiGe合金としているので、ソース/ドレインの低抵抗化をはかることができる。さらに、電極プラグ27との接続抵抗をも小さくすることができる。また、ソース/ドレインと電極プラグとのコンタクトは、n型Geとメタルのみであるため、コンタクトが容易になる利点もある。   Further, in the pMOS, since the source / drain is made of NiGe alloy, the resistance of the source / drain can be reduced. Further, the connection resistance with the electrode plug 27 can be reduced. Further, since the contact between the source / drain and the electrode plug is only n-type Ge and metal, there is an advantage that the contact becomes easy.

(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the element structure of the complementary semiconductor device according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態が先に説明した第1の実施形態と異なる点は、nMOS領域100のソース/ドレインをNiGe合金で形成し、該合金とGeチャネルの間にS(硫黄)の高濃度偏析領域40を形成したことである。その他の構成は、第1の実施形態と共通である。   This embodiment is different from the first embodiment described above in that the source / drain of the nMOS region 100 is formed of a NiGe alloy, and a high concentration segregation region 40 of S (sulfur) is formed between the alloy and the Ge channel. Is formed. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本実施形態の構成により、第1の実施形態よりもnMOSFETの寄生抵抗成分をより低減することができる。   With the configuration of this embodiment, the parasitic resistance component of the nMOSFET can be further reduced as compared with the first embodiment.

次に、本実施形態の製造方法を、図5を参照して説明する。   Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.

まず、前記図2(a)〜(d)に示すのと同様に、素子分離されたn型ポリGe層21上にゲートスタックパターンを形成する。   First, in the same manner as shown in FIGS. 2A to 2D, a gate stack pattern is formed on the element-isolated n-type polyGe layer 21.

次いで、図5(a)に示すように、Ni膜32をnMOS領域100及びpMOS領域200の双方の上に形成する。   Next, as shown in FIG. 5A, the Ni film 32 is formed on both the nMOS region 100 and the pMOS region 200.

次いで、図5(b)に示すように、250℃〜350℃で熱処理を施して、nMOS領域100及びpMOS領域200のソース/ドレイン部にNiGe合金層25を形成し、未反応のNi膜を希塩酸等で除去する。続いて、pMOS領域200上に保護絶縁膜31を形成し、nMOS領域100のNiGe合金層25に対してS(硫黄)イオン注入を行う。   Next, as shown in FIG. 5B, heat treatment is performed at 250 ° C. to 350 ° C. to form the NiGe alloy layer 25 in the source / drain portions of the nMOS region 100 and the pMOS region 200, and an unreacted Ni film is formed. Remove with dilute hydrochloric acid. Subsequently, a protective insulating film 31 is formed on the pMOS region 200, and S (sulfur) ion implantation is performed on the NiGe alloy layer 25 in the nMOS region 100.

次いで、図5(c)に示すように、再度250℃〜350℃で熱処理を施すことにより、nMOS領域100にイオン注入したSをNiGe層25とチャネルGe層21との間に偏析させる。このSの偏析により、nMOS領域100におけるNiGe層25とn型Ge層21とのショットキー障壁を制御し、寄生抵抗を下げて駆動電流を大きくすることができる。その後、保護絶縁膜31をウェットエッチングにより除去する。   Next, as shown in FIG. 5C, heat treatment is again performed at 250 ° C. to 350 ° C. to segregate S ion-implanted into the nMOS region 100 between the NiGe layer 25 and the channel Ge layer 21. Due to the segregation of S, the Schottky barrier between the NiGe layer 25 and the n-type Ge layer 21 in the nMOS region 100 can be controlled to reduce the parasitic resistance and increase the drive current. Thereafter, the protective insulating film 31 is removed by wet etching.

これ以降は、第1の実施形態と同様に、電極プラグ27及び配線29等の形成工程を経て、前記図4に示す構造が完成することになる。   Thereafter, as in the first embodiment, the structure shown in FIG. 4 is completed through the process of forming the electrode plug 27, the wiring 29, and the like.

このように本実施形態によれば、pMOSFETとnMOSFETでチャネルに同じ材料のn型Ge層21を用いることにより、先の第1の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、nMOS領域100でもソース/ドレインをNiGe合金としているので、nMOSFETのソース/ドレインの低抵抗化をはかることができる。さらに、nMOS領域100でSをNiGe層25とチャネルGe層21との間に偏析させることにより、nMOSFETの寄生抵抗を下げて駆動電流を大きくする効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, by using the n-type Ge layer 21 made of the same material for the channel in the pMOSFET and the nMOSFET, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Since the source / drain is made of NiGe alloy also in the region 100, the resistance of the source / drain of the nMOSFET can be reduced. Furthermore, by segregating S between the NiGe layer 25 and the channel Ge layer 21 in the nMOS region 100, an effect of reducing the parasitic resistance of the nMOSFET and increasing the drive current can be obtained.

(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of a complementary semiconductor device according to the third embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態が先の第1の実施形態と異なる点は、nMOS領域100において、ソース/ドレインと電極プラグとの接続領域にSイオンが注入され、S偏析領域50が形成されていることである。S偏析領域50を形成するには、コンタクトホール形成後にnMOS領域100のコンタクトホールにSイオン注入を行い、250℃〜350℃で熱処理を施し、S濃度が1×1016cm-3となる領域を形成すればよい。 The present embodiment is different from the first embodiment in that, in the nMOS region 100, S ions are implanted into the connection region between the source / drain and the electrode plug, and the S segregation region 50 is formed. . In order to form the S segregation region 50, after forming the contact hole, S ions are implanted into the contact hole of the nMOS region 100, heat treatment is performed at 250 ° C. to 350 ° C., and the S concentration becomes 1 × 10 16 cm −3. May be formed.

このような構成であれば、第1の実施形態よりもnMOSFETにおける電極プラグ27の接触抵抗が低減される。従って、第1の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、素子特性の更なる向上をはかることができる。また、第2の実施形態に比して、コンタクトホールを利用してイオン注入を行うため、保護膜31のような厚い絶縁膜を必要とすることなく、プロセス的に簡単である利点もある。   With such a configuration, the contact resistance of the electrode plug 27 in the nMOSFET is reduced as compared with the first embodiment. Therefore, the device characteristics can be further improved as well as the same effects as those of the first embodiment. Further, as compared with the second embodiment, since ion implantation is performed using a contact hole, there is an advantage that the process is simple without requiring a thick insulating film such as the protective film 31.

以上で示した第1〜第3の実施形態においては、チャネル層としては、純粋なGeのみならず、GeとSn(錫)の混晶であるGeSnや、更にSiが混晶化したSiGeSnを用いることもできる。即ち、Geを主成分とする半導体層であればよい。この場合、プロセス温度を更に低減することが可能になる、ポリグレイン界面の結晶欠陥、或いはグレイン中の結晶欠陥をSnが不活性化してキャリア濃度の調整を容易化する、或いは移動度を向上させるなどの効果がある。   In the first to third embodiments described above, as the channel layer, not only pure Ge but also GeSn that is a mixed crystal of Ge and Sn (tin), and SiGeSn that is further mixed with Si are used. It can also be used. That is, any semiconductor layer having Ge as a main component may be used. In this case, it becomes possible to further reduce the process temperature, Sn inactivates crystal defects at the polygrain interface, or crystal defects in the grains, thereby facilitating adjustment of the carrier concentration, or improving mobility. There are effects such as.

また、ゲート絶縁膜はHfO2 、或いはAl23/HfO2 積層膜など、他の絶縁膜も用いることができる。チャネル不純物はPに限らず、As(ヒ素),Sb(アンチモン)の何れか、或いはそれらの混合を用いてもよい。また、各層の膜厚や、不純物濃度などの値は一例であり、目的に応じて変更可能である。また、第2、第3の実施形態において、Sイオンの代わりに、他のカルコゲン元素、即ちSeやTeを用いてもよい。また、これらカルコゲン注入後の熱処理は、その後の層間絶縁膜の堆積温度が250℃以上であれば省略可能である。 The gate insulating film such as HfO 2, or Al 2 O 3 / HfO 2 laminated film, another insulating film may also be used. The channel impurity is not limited to P, and any of As (arsenic), Sb (antimony), or a mixture thereof may be used. Moreover, the film thickness of each layer, the values such as the impurity concentration are examples, and can be changed according to the purpose. In the second and third embodiments, other chalcogen elements, that is, Se or Te, may be used instead of S ions. The heat treatment after chalcogen injection can be omitted if the subsequent interlayer insulating film deposition temperature is 250 ° C. or higher.

(第4の実施形態)
図7は、第4の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図である。なお、図4と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an element structure of a complementary semiconductor device according to the fourth embodiment. The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態が先の第2の実施形態と異なる点は、下地絶縁膜60として、特に希土類酸化物、例えばY23 やLa23 を用いたことである。 The present embodiment is different from the second embodiment in that a rare earth oxide such as Y 2 O 3 or La 2 O 3 is used as the base insulating film 60.

本実施形態の構造であれば、下地絶縁膜60とチャネルとしてのn型Ge層21との間にダイポールが発生し、pMOSFET、nMOSFETのしきい値を適正方向(正側)に移動し、各FETのしきい値調整を容易化することができる。これにより、次のような効果が得られる。   In the structure of the present embodiment, a dipole is generated between the base insulating film 60 and the n-type Ge layer 21 as the channel, and the threshold values of the pMOSFET and nMOSFET are moved in the proper direction (positive side). The threshold adjustment of the FET can be facilitated. Thereby, the following effects are obtained.

図8は、pMOSFET及びnMOSFETの伝達特性(ドレイン電流(Id)−ゲート電圧(Vg)特性)を示す図であり、図中の点線はSiO2 等の通常の絶縁膜を用いた場合(制御無し)、破線は本実施形態の下地絶縁膜を用いた場合を示している。また、図中の実線は後述するように独立したバックゲートにより制御した場合の一例である。 FIG. 8 is a diagram showing transfer characteristics (drain current (Id) -gate voltage (Vg) characteristics) of the pMOSFET and the nMOSFET, and the dotted line in the figure indicates a case where a normal insulating film such as SiO 2 is used (no control). ), The broken line shows the case where the base insulating film of this embodiment is used. Also, the solid line in the figure is an example when controlled by an independent back gate as will be described later.

SiO2 などを下地絶縁膜及びゲート絶縁膜として用いた場合には、図8の点線に示すように、pMOSFETは負側に深いしきい値、nMOSFETも負のしきい値(ノーマリーオン)となり、そのままではCMOS回路としては非常に使いにくい。そのため、第1〜第3の実施形態では、しきい値を正側に移動させる効果のあるAl23 ゲート絶縁膜等を用いていた。 When SiO 2 or the like is used as the base insulating film and the gate insulating film, the pMOSFET has a deep threshold on the negative side and the nMOSFET also has a negative threshold (normally on) as shown by the dotted line in FIG. As it is, it is very difficult to use as a CMOS circuit. Therefore, in the first to third embodiments, an Al 2 O 3 gate insulating film or the like that has an effect of moving the threshold value to the positive side is used.

これに対し、本実施形態のように希土類酸化物からなる下地絶縁膜60を用いた場合、図8の破線に示すように、両チャネルともしきい値電圧が正側にシフトする。このため、ゲート絶縁膜、或いはゲート電極によるしきい値調整の負担が減少し、ゲート絶縁膜及び電極の選択肢の幅が広がる。具体的には本実施形態では、比較的誘電率が高く、Geと良好な界面形成が可能なZrO2 ゲート絶縁膜とTaNゲート電極を用いることができる。 On the other hand, when the base insulating film 60 made of a rare earth oxide is used as in this embodiment, the threshold voltage shifts to the positive side in both channels as shown by the broken line in FIG. Therefore, the burden of threshold adjustment by the gate insulating film or the gate electrode is reduced, and the range of options for the gate insulating film and the electrode is widened. Specifically, in this embodiment, a ZrO 2 gate insulating film and a TaN gate electrode that have a relatively high dielectric constant and can form a good interface with Ge can be used.

このように本実施形態によれば、下地絶縁膜60として希土類酸化物からなるしきい値調整層を用いることにより、pMOSFET及びnMOSFET共にしきい値電圧を正側にシフトさせることができる。従って、先の第4の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、ゲート絶縁膜22及びゲート電極23の材料選択肢の幅が広がる利点がある。   As described above, according to the present embodiment, the threshold voltage can be shifted to the positive side in both the pMOSFET and the nMOSFET by using the threshold adjustment layer made of the rare earth oxide as the base insulating film 60. Therefore, there is an advantage that the range of material choices for the gate insulating film 22 and the gate electrode 23 is widened as well as the same effects as those of the fourth embodiment.

なお、下地絶縁膜60上のCMOS構造は必ずしも第2の実施形態の構造に限らず、他の実施形態の構造にも適用可能である。   The CMOS structure on the base insulating film 60 is not necessarily limited to the structure of the second embodiment, and can be applied to the structures of other embodiments.

(第5の実施形態)
図9は、第5の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図である。なお、図4と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an element structure of a complementary semiconductor device according to the fifth embodiment. The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態が先の第2の実施形態と異なる点は、Si支持基板11と下地絶縁膜12との間に、しきい値電圧を調整するためのバックゲート電極70を設けたことにある。バックゲート電極70としては、Si支持基板11の表面に高濃度に不純物(P,As,Sbが好ましい)をドーピングした拡散層、或いは不純物をドープしたポリSi堆積膜、又はAl,Cu,W,TaN,TiN等の金属膜を用いることができる。ここで、Si支持基板11の表面の拡散層を用いる場合以外においては、バックゲート電極70と支持基板11の間に絶縁膜を形成してもよい。   The present embodiment is different from the second embodiment in that a back gate electrode 70 for adjusting a threshold voltage is provided between the Si support substrate 11 and the base insulating film 12. As the back gate electrode 70, a diffusion layer in which the surface of the Si support substrate 11 is doped with impurities (preferably P, As, Sb) is doped, a poly-Si deposited film doped with impurities, or Al, Cu, W, A metal film such as TaN or TiN can be used. Here, an insulating film may be formed between the back gate electrode 70 and the support substrate 11 except when the diffusion layer on the surface of the Si support substrate 11 is used.

このような構成であれば、先の第4の実施形態と同様に、nMOSFET、pMOSFETのしきい値電圧を正側にシフトして適正化することができる。しかも、バックゲート電圧を調整できるので、第4の実施形態よりも精密なしきい値電圧設定が可能である。   With such a configuration, the threshold voltages of the nMOSFET and the pMOSFET can be shifted to the positive side and optimized as in the fourth embodiment. In addition, since the back gate voltage can be adjusted, the threshold voltage can be set more precisely than in the fourth embodiment.

(第6の実施形態)
図10は、第6の実施形態に係わる相補型半導体装置の素子構造を示す断面図である。なお、図4と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an element structure of a complementary semiconductor device according to the sixth embodiment. The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態が先の第2の実施形態と異なる点は、支持基板11と下地絶縁膜12との間に、しきい値電圧を調整するためのバックゲート電極71,72を設けたことにある。即ち、pMOSFETを制御する第1のバックゲート電極71とnMOSFETを制御する第2のバックゲート電極72が形成され、それぞれ独立に制御可能である点が第5の実施形態と異なっている。なお、図中の73は、バックゲート電極71,72を分離するための絶縁膜を示している。   This embodiment is different from the second embodiment in that back gate electrodes 71 and 72 for adjusting a threshold voltage are provided between the support substrate 11 and the base insulating film 12. . In other words, the first back gate electrode 71 that controls the pMOSFET and the second back gate electrode 72 that controls the nMOSFET are formed, which are different from the fifth embodiment in that they can be controlled independently. In the drawing, reference numeral 73 denotes an insulating film for separating the back gate electrodes 71 and 72.

また、バックゲート電極71,72としては、ポリSi堆積膜、又はAl,Cu,W,TaN,TiN等の金属膜を用いることができる。さらに、Si支持基板11の表面に高濃度に不純物(P,As,Sbが好ましい)をドーピングした拡散層を用いることも可能である。この場合は、絶縁膜73を省略することができる。   Further, as the back gate electrodes 71 and 72, a poly-Si deposited film or a metal film such as Al, Cu, W, TaN, or TiN can be used. Furthermore, it is also possible to use a diffusion layer in which the surface of the Si support substrate 11 is doped with impurities (preferably P, As, Sb) at a high concentration. In this case, the insulating film 73 can be omitted.

このような構成であれば、先の第4の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、バックゲート電圧を独立制御することができる。このため、前記図8中に実線で示すように、更に精密にしきい値電圧を設定することができる。   With such a configuration, it is possible to independently control the back gate voltage as well as to obtain the same effect as in the fourth embodiment. Therefore, as shown by the solid line in FIG. 8, the threshold voltage can be set more precisely.

(第7の実施形態)
図11は、第7の実施形態に係わる積層型半導体装置の素子構造を示す断面図である。なお、図4と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the element structure of the stacked semiconductor device according to the seventh embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as FIG. 4, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態は、下地がSi−CMOS回路(第1の半導体装置)300であり、その上部に第2の実施形態の相補型半導体装置(Ge−CMOS回路:第2の半導体装置)400が積層されている。即ち、pMOSFET及びnMOSFETからなるGe−CMOS回路400がSi−CMOS回路300上に層間膜を介して形成され、CMOS回路として一体化されている。   In this embodiment, the base is a Si-CMOS circuit (first semiconductor device) 300, and a complementary semiconductor device (Ge-CMOS circuit: second semiconductor device) 400 according to the second embodiment is stacked thereon. Has been. That is, the Ge-CMOS circuit 400 made of pMOSFET and nMOSFET is formed on the Si-CMOS circuit 300 via the interlayer film, and is integrated as a CMOS circuit.

下地Si−CMOS回路300において、301はSi基板、311は素子分離絶縁膜、321はゲート電極、331は第1の電極プラグ、332は第2の電極プラグ、333は第3の電極プラグ、334は第4の電極プラグ、335は第5の電極プラグ、341は第1の配線、342は第2の配線、351は層間絶縁膜を示している。   In the underlying Si-CMOS circuit 300, 301 is a Si substrate, 311 is an element isolation insulating film, 321 is a gate electrode, 331 is a first electrode plug, 332 is a second electrode plug, 333 is a third electrode plug, 334 Denotes a fourth electrode plug, 335 denotes a fifth electrode plug, 341 denotes a first wiring, 342 denotes a second wiring, and 351 denotes an interlayer insulating film.

Ge−CMOS回路400の配線29は、リソグラフィーにより作製されたコンタクトホール内に埋め込み形成された電極プラグ27及び電極プラグ331〜335を介してSi−CMOS回路300と電気的に接続されている。   The wiring 29 of the Ge-CMOS circuit 400 is electrically connected to the Si-CMOS circuit 300 through electrode plugs 27 and electrode plugs 331 to 335 embedded in contact holes formed by lithography.

Ge−CMOS回路400の製造に際しては、層間絶縁膜351上にPドープアモルファスGe膜13をCVD法やスパッタリングによって成長した後、アニールすることでn型ポリGe層21を形成する。その後は、先の第2の実施形態と同様にして作製することができる。   In manufacturing the Ge-CMOS circuit 400, the P-doped amorphous Ge film 13 is grown on the interlayer insulating film 351 by CVD or sputtering, and then annealed to form the n-type polyGe layer 21. Thereafter, it can be produced in the same manner as in the second embodiment.

このように本実施形態によれば、層間絶縁膜351上にn型ポリGe層21を島状に分離して形成し、各々にpMOSFET及びnMOSFETを作製することにより、Si−CMOS回路300とGe−CMOS回路400が積層された3次元構造の半導体装置を実現することができる。そしてこの場合、層間絶縁膜351上に形成する半導体がGe層であるため、アニール温度を低くできる。これは、下地Si−CMOS回路300に与える影響を少なくできる点で極めて有効である。また、基板の貼り合わせを用いた場合のようにTSVを要することもなく、ローコストに実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, the n-type poly-Ge layer 21 is formed in an island shape on the interlayer insulating film 351, and the p-MOSFET and the n-MOSFET are formed in each of them. A semiconductor device having a three-dimensional structure in which the CMOS circuit 400 is stacked can be realized. In this case, since the semiconductor formed on the interlayer insulating film 351 is a Ge layer, the annealing temperature can be lowered. This is extremely effective in that the influence on the underlying Si-CMOS circuit 300 can be reduced. Further, TSV is not required unlike the case where the substrates are bonded together, and can be realized at a low cost.

なお、本実施形態では、上部Ge−CMOS回路400として第2の実施形態として示した構成を用いているが、第1、第3の実施形態の構成を用いることも可能である。また、第4の実施形態のように下地Si−CMOS回路300との間にしきい値調整絶縁膜60を挟むことも可能である。さらには、第5、第6の実施形態で示したようなバックゲート電極70,71,72を下地Si−CMOS回路300との間に挿入してもよい。   In the present embodiment, the configuration shown as the second embodiment is used as the upper Ge-CMOS circuit 400, but the configurations of the first and third embodiments can also be used. Further, as in the fourth embodiment, it is also possible to sandwich the threshold adjustment insulating film 60 between the base Si-CMOS circuit 300. Furthermore, the back gate electrodes 70, 71, 72 as shown in the fifth and sixth embodiments may be inserted between the underlying Si-CMOS circuit 300.

(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments.

実施形態では、pMOS構造としてソース/ドレインをNiGeで形成したが、これに限らず他の金属、例えばCo,Pd,PtとGeとの合金を用いることができる。さらに、ソース/ドレインは必ずしも合金に限らず、p型不純物ドープによる拡散層としても良い。   In the embodiment, the source / drain is formed of NiGe as a pMOS structure, but the present invention is not limited to this, and other metals such as alloys of Co, Pd, Pt and Ge can be used. Further, the source / drain is not necessarily an alloy, and may be a diffusion layer by p-type impurity doping.

また、合金層とチャネルとの間に偏析される元素としてSを用いたが、Se,Te等のカルコゲン元素を用いることも可能である。さらに、カルコゲン元素(S,Se,Te)の組み合わせをドープするようにしても良い。   Further, although S is used as an element segregated between the alloy layer and the channel, chalcogen elements such as Se and Te can also be used. Further, a combination of chalcogen elements (S, Se, Te) may be doped.

また、Geを主たる成分とするチャネル層は、CVD法やズパッタリング等で堆積するのみならず、絶縁膜上に貼り合せる方法により形成してもよい。特に、貼り合せる場合には単結晶を用いることができ、より高性能化することができる。   In addition, the channel layer containing Ge as a main component may be formed not only by a CVD method or a sputtering method but also by a method of bonding onto an insulating film. In particular, when bonding, a single crystal can be used, and higher performance can be achieved.

また、積層型半導体装置を作製する場合の第1の半導体装置は必ずしもSi基板を用いたものに限らず、他の半導体材料を用いたものであっても良い。   In addition, the first semiconductor device in the case of manufacturing the stacked semiconductor device is not necessarily limited to the one using the Si substrate, but may be one using another semiconductor material.

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11…Si支持基板
12…下地絶縁膜
13…アモルファスGe膜
21…n型ポリGe層
22…ゲート絶縁膜
23…ゲート電極
24…ゲート側壁絶縁膜
25…金属ソース/ドレイン
26…層間絶縁膜
27…金属プラグ
28…バリアメタル
29…配線
31…保護絶縁膜
32…Ni膜
40…高濃度偏析領域
50…S偏析領域
60…下地絶縁膜(しきい値調整層)
70,71,72…バックゲート電極
73…絶縁膜
100…nMOS領域
200…pMOS領域
300…Si−CMOS回路(第1の半導体装置)
400…Ge−CMOS回路(第2の半導体装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Si support substrate 12 ... Base insulating film 13 ... Amorphous Ge film 21 ... N-type poly Ge layer 22 ... Gate insulating film 23 ... Gate electrode 24 ... Gate side wall insulating film 25 ... Metal source / drain 26 ... Interlayer insulating film 27 ... Metal plug 28 ... Barrier metal 29 ... Wiring 31 ... Protective insulating film 32 ... Ni film 40 ... High concentration segregation region 50 ... S segregation region 60 ... Base insulating film (threshold adjustment layer)
70, 71, 72 ... Back gate electrode 73 ... Insulating film 100 ... nMOS region 200 ... pMOS region 300 ... Si-CMOS circuit (first semiconductor device)
400... Ge-CMOS circuit (second semiconductor device)

Claims (8)

下地絶縁膜上に形成され、Geを主成分とするn型の第1及び第2の半導体層と、
前記第1の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、チャネル及びソース/ドレインを同じ極性の半導体層としたnMOSFETと、
前記第2の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、且つソース/ドレイン領域が前記第2の半導体層と金属との合金層で形成されたpMOSFETと、
を具備したことを特徴とする相補型半導体装置。
N-type first and second semiconductor layers mainly formed of Ge and formed on a base insulating film;
An nMOSFET in which a gate electrode is formed on the first semiconductor layer through a gate insulating film, and the channel and the source / drain are semiconductor layers having the same polarity;
A pMOSFET in which a gate electrode is formed on the second semiconductor layer via a gate insulating film, and a source / drain region is formed of an alloy layer of the second semiconductor layer and a metal;
A complementary semiconductor device comprising:
前記第1の半導体層の前記ゲート電極を挟むソース/ドレイン領域にコンタクト電極が接続され、該コンタクト電極と前記第1の半導体層が接触している領域にS,Se,Teのうちの何れか一つ、或いはその組み合わせがドーピングされていることを特徴とする請求項1記載の相補型半導体装置。   A contact electrode is connected to a source / drain region sandwiching the gate electrode of the first semiconductor layer, and any of S, Se, and Te is in a region where the contact electrode and the first semiconductor layer are in contact with each other. The complementary semiconductor device according to claim 1, wherein one or a combination thereof is doped. 下地絶縁膜上に形成され、Geを主成分とするn型の第1及び第2の半導体層と、
前記第1の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、且つソース/ドレイン領域が前記第1の半導体層と金属との合金層で形成され、該合金層とチャネルとの間にS,Se,Teのうちの何れか一つ、或いはその組み合わせがドーピングされたnMOSFETと、
前記第2の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、且つソース/ドレイン領域が前記第2の半導体層と金属との合金層で形成されたpMOSFETと、
を具備したことを特徴とする相補型半導体装置。
N-type first and second semiconductor layers mainly formed of Ge and formed on a base insulating film;
A gate electrode is formed on the first semiconductor layer through a gate insulating film, and a source / drain region is formed of an alloy layer of the first semiconductor layer and a metal, and between the alloy layer and the channel. NMOSFET doped with any one of S, Se, Te, or a combination thereof;
A pMOSFET in which a gate electrode is formed on the second semiconductor layer via a gate insulating film, and a source / drain region is formed of an alloy layer of the second semiconductor layer and a metal;
A complementary semiconductor device comprising:
前記下地絶縁膜が希土類酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の相補型半導体装置。   The complementary semiconductor device according to claim 1, wherein the base insulating film contains a rare earth oxide. 前記下地絶縁膜の下部に、前記nMOSFETと前記pMOSFET共通のバックバイアス印加用の電極が形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の相補型半導体装置。   5. The complementary semiconductor device according to claim 1, wherein an electrode for applying a back bias common to the nMOSFET and the pMOSFET is formed below the base insulating film. 前記nMOSFETの少なくともチャネル部分の直下領域を含むように、前記下地絶縁膜の下部に形成された第1のバックバイアス印加用の電極と、前記pMOSFETの少なくともチャネル部分の直下領域を含むように、前記下地絶縁膜の下部に形成された第2のバックバイアス印加用の電極とが形成され、これらの第1、第2のバックバイアス印加用の電極はそれぞれ独立に制御されていることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の相補型半導体装置。   The first back bias application electrode formed below the underlying insulating film so as to include at least a region immediately below the channel portion of the nMOSFET, and at least the region immediately below the channel portion of the pMOSFET. A second back bias application electrode formed under the base insulating film is formed, and the first and second back bias application electrodes are independently controlled. The complementary semiconductor device according to claim 1. 半導体基板上にCMOS回路が形成された第1の相補型半導体装置と、
前記第1の半導体装置上に積層された、請求項1〜6の何れかに記載の第2の相補型半導体装置と、
を具備し、
前記第1の相補型半導体装置と前記第2の相補型半導体装置がコンタクト電極により電気的に接続されていることを特徴とする積層型半導体装置。
A first complementary semiconductor device having a CMOS circuit formed on a semiconductor substrate;
The second complementary semiconductor device according to claim 1, wherein the second complementary semiconductor device is stacked on the first semiconductor device.
Comprising
A stacked semiconductor device, wherein the first complementary semiconductor device and the second complementary semiconductor device are electrically connected by a contact electrode.
下地絶縁膜上にGeを主成分とするn型の半導体層を形成する工程と、
前記n型の半導体層をnMOSFET用の第1の半導体領域とpMOSFET用の第2の半導体領域に素子分離する工程と、
前記第1の半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、チャネル及びソース/ドレインを同じ極性の半導体層としたnMOSFETを形成する工程と、
前記第2の半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、ソース/ドレイン領域を前記第2の半導体領域と金属との合金層としたpMOSFETを形成する工程と、
を含むことを特徴とする相補型半導体装置の製造方法。
Forming an n-type semiconductor layer mainly composed of Ge on the base insulating film;
Isolating the n-type semiconductor layer into a first semiconductor region for nMOSFET and a second semiconductor region for pMOSFET;
Forming a gate electrode on the first semiconductor region via a gate insulating film, and forming an nMOSFET having a channel and a source / drain semiconductor layer of the same polarity;
Forming a gate electrode on the second semiconductor region via a gate insulating film and forming a pMOSFET in which source / drain regions are alloy layers of the second semiconductor region and metal;
A method of manufacturing a complementary semiconductor device, comprising:
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