JP5166789B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置に係る発明であり、たとえば、チャネル領域に歪を発生させることにより、キャリヤの移動度を向上させることができる半導体装置に適用できる。 The present invention is an invention relating to a semiconductor equipment, for example, by generating a strain in the channel region, can be applied to a semiconductor equipment which can improve the carrier mobility.
半導体装置の中で用いられるトランジスタとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が広く知られている。また、チャネル領域におけるキャリヤの移動度を向上させるために、P−MOSFETにおいては、ソース・ドレイン領域にSiGe層を形成する技術も存在する。 As a transistor used in a semiconductor device, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is widely known. In addition, in order to improve the carrier mobility in the channel region, there is a technique for forming a SiGe layer in the source / drain region in the P-MOSFET.
当該P−MOSFETでは、n型のシリコン基板上に、ゲート絶縁膜とゲート電極とから成る積層体(ゲート構造)が形成されている。したがって、当該ゲート構造の下方のチャネル領域はn型シリコンである。また、ゲート構造の両脇の半導体基板の表面内には、P型のSiGeから成るソース・ドレイン領域が形成されている。このように、シリコンよりも格子定数が大きいゲルマニウムを含むSiGe層をソース・ドレイン領域に形成する。したがって、シリコンから成るチャネル領域に圧縮歪が形成される。当該圧縮歪により、チャネル領域におけるホールの移動度を向上させることができる。 In the P-MOSFET, a stacked body (gate structure) including a gate insulating film and a gate electrode is formed on an n-type silicon substrate. Therefore, the channel region below the gate structure is n-type silicon. Further, source / drain regions made of P-type SiGe are formed in the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate structure. Thus, a SiGe layer containing germanium having a lattice constant larger than that of silicon is formed in the source / drain regions. Therefore, compressive strain is formed in the channel region made of silicon. With the compressive strain, the mobility of holes in the channel region can be improved.
なお、p型チャネルを有する半導体装置において、p型チャネル領域に一軸性圧縮応力をSiGe層より印加して、前記チャネル領域におけるホール移動度を向上させる技術が特許文献1に開示されている。 Note that, in a semiconductor device having a p-type channel, Patent Document 1 discloses a technique for improving the hole mobility in the channel region by applying uniaxial compressive stress to the p-type channel region from the SiGe layer.
上記のように、P−MOSFETでは、ソース・ドレイン領域にはp型のSiGe層が形成される。ここで、SiGe層の比誘電率は、シリコンの誘電率よりも大きい。したがって、上記従来技術を採用することにより、トランジスタ動作時において、p型SiGe層から成るソース・ドレイン領域とn型のシリコン基板とのpn接合部において、大きな接合容量が存在する。当該大きな接合容量の存在は、トランジスタの高速動作を妨げる原因となる。 As described above, in the P-MOSFET, a p-type SiGe layer is formed in the source / drain regions. Here, the relative dielectric constant of the SiGe layer is larger than the dielectric constant of silicon. Therefore, by adopting the above-described conventional technique, a large junction capacitance exists at the pn junction between the source / drain region composed of the p-type SiGe layer and the n-type silicon substrate during transistor operation. The presence of the large junction capacitance is a cause of hindering high-speed operation of the transistor.
そこで、本発明は、チャネル領域におけるキャリヤの移動度を向上させることができ、かつ動作の高速化が可能な、半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can improve carrier mobility in a channel region and can increase the operation speed.
本発明に係る1の実施の形態においては、以下の半導体装置が開示されている。すなわち、第一の導電型を有する半導体基板と、半導体基板上に形成されるゲート構造と、ゲート構造の両脇における半導体基板の表面内に形成される、第二の導電型を有する電極領域とが備えられている。さらに、電極領域の直下部に、電極領域が有する比誘電率よりも小さい、または半導体基板が有する比誘電率より小さい、比誘電率を有する低比誘電率層が形成されている。
そして、前記半導体基板は、n型シリコンであり、前記電極領域は、p型SiGeであり、前記低比誘電率層は、SiCまたはCである。または、前記半導体基板は、p型シリコンであり、前記電極領域は、n型SiCであり、前記低比誘電率層は、SiCまたはCである。
In one embodiment according to the present invention, the following semiconductor device is disclosed. That is, a semiconductor substrate having a first conductivity type, a gate structure formed on the semiconductor substrate, and an electrode region having a second conductivity type formed in the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate structure Is provided. Further, a low relative dielectric constant layer having a relative dielectric constant smaller than the relative dielectric constant of the electrode region or smaller than that of the semiconductor substrate is formed immediately below the electrode region.
The semiconductor substrate is n-type silicon, the electrode region is p-type SiGe, and the low relative dielectric constant layer is SiC or C. Alternatively, the semiconductor substrate is p-type silicon, the electrode region is n-type SiC, and the low relative dielectric constant layer is SiC or C.
上記実施の形態によれば、チャネル領域におけるキャリヤの移動度を向上させることができる。さらに、電極領域と半導体基板との間におけるpn接合の接合容量を低減できる。よって、半導体装置の動作の高速化が可能となる。 According to the above embodiment, the mobility of carriers in the channel region can be improved. Furthermore, the junction capacitance of the pn junction between the electrode region and the semiconductor substrate can be reduced. Therefore, the operation speed of the semiconductor device can be increased.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係るP−MOSFET1の構成を示す断面図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a P-MOSFET 1 according to the present embodiment.
P−MOSFET1は、n型不純物を含み、シリコンから成る半導体基板2を備えている(つまり、半導体基板2は、n型である)。また、半導体基板2上には、ゲート絶縁膜3とゲート電極4とが当該順に積層された積層体(以下、ゲート構造G1と称する)が形成されている。当該ゲート構造G1の側面部には、サイドウォール膜10が形成されている。
The P-MOSFET 1 includes a
また、ゲート構造G1の両脇の半導体基板2の表面内には、p型を有するSiGe(シリコン・ゲルマニウム)層(電極領域と把握できる)5が形成されている。ここで、当該SiGe層5に隣接して、当該SiGe層5を取り囲むように、p型のSiC(炭化シリコン)層7(またはp型のC(炭素)層7)が形成されている。当該SiGe層5およびSiC層7(またはC層7)により、P−MOSFET1のソース・ドレイン領域が構成される。
A p-type SiGe (silicon germanium) layer (which can be grasped as an electrode region) 5 is formed in the surface of the
さらに、本実施の形態に係るP−MOSFET1では、SiGe層5およびSiC層7(またはC層7)の底部に隣接して、SiC層6(またはC層6)(低比誘電率層と把握できる)が形成されている。ここで、SiC層6およびC層6は共に、所定の導電型を有する不純物がドープされていない。なお、ゲート構造G1の下方の半導体基板2の表面付近(換言すれば、ソース・ドレイン領域間)にチャネル領域が形成される。
Furthermore, in the P-MOSFET 1 according to the present embodiment, the SiC layer 6 (or C layer 6) (low relative dielectric constant layer is grasped adjacent to the bottoms of the
p型のSiGe層5、ノンドープのSiC層6およびp型のSiC層7の形成方法の一例は、下記の通りである。
An example of a method for forming the p-
まず、ゲート構造G1の両脇における半導体基板2の上面を削る。つまり、ゲート構造G1の両脇における半導体基板2の表面内にリセスを形成する。次に、エピタキシャル成長により、当該リセスの底面および両側面にSiCを成長させる。次に、他のエピタキシャル成長により、SiCが一部に形成されたリセスを埋めるように、SiGeを成長させる。その後、所定の条件でp型の不純物を注入する。当該不純物は、符号6の形成位置までは届かない。以上の工程により、図1に示すように、p型のSiGe層5、ノンドープのSiC層6およびp型のSiC層7が、半導体基板2に形成される。
First, the upper surface of the
上記のように、チャネル領域は、SiGe層5間に存在する。ここで、チャネル領域のシリコンの格子定数は5.43Åであり、SiGe層5の格子定数は、5.43より大きく、5.64以下である(SiとGeの組成比に応じて、格子定数も前記範囲内で変化する)。したがって、シリコンの格子定数より大きな格子定数を有するSiGe層5は、チャネル領域のシリコンを圧縮する。このように、チャネル領域が圧縮され歪が生じるので、チャネル領域のホール移動度を向上させることができる。
As described above, the channel region exists between the
さらに、本実施の形態に係るP−MOSFET1は、動作の高速化が可能である。当該効果の説明を図2に示す従来技術と比較しつつ説明する。 Furthermore, the operation of the P-MOSFET 1 according to the present embodiment can be speeded up. The description of the effect will be made in comparison with the prior art shown in FIG.
従来技術では、図2に示すように、P−MOSFET100は、n型を有するシリコン基板101、ゲート絶縁膜102、ゲート電極103、ソース・ドレイン領域に形成されるp型のSiGe層104、およびサイドウォール膜110により構成されている。図2に示すように、シリコンよりも大きな格子定数を有するSiGe層5により、シリコンから成るチャネル領域が囲まれている。よって、上述のように、チャネル領域のホール移動度を向上させることができる。
In the prior art, as shown in FIG. 2, the P-
また、図2に示す構成では、シリコン基板101とSiGe層104とのpn接合において接合容量が発生する。ここで、SiGe層104の比誘電率は11.9より大きく、16.0以下であり、シリコンの比誘電率11.9よりも高い。したがって、チャネル領域におけるホール移動度向上の観点からソース・ドレイン領域にSiGe層104を形成した場合には、ソース・ドレイン領域が単にシリコンから構成されている場合と比較して、上記pn接合における接合容量が大きくなってしまう。当該大きな接合容量は、トランジスタ動作の高速化を困難とさせる。
In the configuration shown in FIG. 2, a junction capacitance is generated at the pn junction between the
これに対して、図1に示す本実施の形態に係るP−MOSFET1では、SiGe層5の直下に、ノンドープのSiC層6(またはノンドープのC層6)が形成されている。ここで、SiC層6の比誘電率10.0であり、C層6の比誘電率は5.7であり、共にSiGe層5の比誘電率よりも小さく、Siの比誘電率よりも小さい。
On the other hand, in the P-MOSFET 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1, a non-doped SiC layer 6 (or a non-doped C layer 6) is formed immediately below the
したがって、ソース・ドレイン領域5のpn接合部の接合容量と、SiC層6から成る容量(またはC層6から成る容量)を入れ替えて、ソース・ドレイン領域5とSiC層6(またはC層6)から成る容量が直列に接続されることになる。よって、図2に示した構成よりも、ソース・ドレイン領域のpn接合部における接合容量の低減を図ることができる。当該接合容量を低減できるため、トランジスタの動作の高速化も可能となる。
Therefore, the junction capacitance of the pn junction of the source /
なお、上記形成方法を採用した場合には、SiC層7(またはC層7)がSiGe層5に隣接して形成されてしまう。しかし、格子定数および当該格子定数に起因したチャネル領域の圧縮歪発生の観点から、シリコンよりも格子定数が小さい当該SiC層7(またはC層7)の膜厚は薄くした方が良い。または、他の形成方法を採用することによりSiC層7(またはC層7)を形成し無い方がより好ましい。
In addition, when the said formation method is employ | adopted, the SiC layer 7 (or C layer 7) will be formed adjacent to the
また、SiC層6(またはC層6)を空乏化したときの空乏層の厚さは、ソース・ドレイン領域における(より具体的に、p型のSiGe層5とn型のシリコン基板2との間における)pn接合の空乏層の厚さと同程度或いはそれ以上の厚さであることが望ましい。SiC層6(またはC層6)の厚さを前記のように設定することにより、当該pn接合における接合容量をより低減することができる。
The thickness of the depletion layer when the SiC layer 6 (or C layer 6) is depleted is determined in the source / drain region (more specifically, between the p-
また、本実施の形態では、SiC層6(またはC層6)は、ノンドープであったが、p型の不純物がドープされていても良い。 In the present embodiment, SiC layer 6 (or C layer 6) is non-doped, but may be doped with p-type impurities.
また、SiGe層5(電極領域)の直下に形成される低比誘電率層6は、比誘電率が電極領域5の比誘電率または半導体基板2の比誘電率より小さければ、SiCまたはC以外の構成であっても良い。
Further, the low relative dielectric
<実施の形態2>
図3は、本実施の形態に係るN−MOSFET11の構成を示す断面図である。
<
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the N-
N−MOSFET11は、p型不純物を含み、シリコンから成る半導体基板12を備えている(つまり、半導体基板12は、p型である)。また、半導体基板12上には、ゲート絶縁膜13とゲート電極14とが当該順に積層された積層体(以下、ゲート構造G2と称する)が形成されている。当該ゲート構造G2の側面部には、サイドウォール膜20が形成されている。
The N-
また、ゲート構造G2の両脇の半導体基板12の表面内には、n型を有するSiC(炭化シリコン)層(電極領域と把握できる)15が形成されている。当該SiC層15により、N−MOSFET11のソース・ドレイン領域が構成される。
An n-type SiC (silicon carbide) layer (which can be grasped as an electrode region) 15 is formed in the surface of the
さらに、本実施の形態に係るN−MOSFET11では、SiC層15の底部に隣接して、SiC層16(またはC層16)(低比誘電率層と把握できる)が形成されている。ここで、SiC層16およびC層16は共に、所定の導電型を有する不純物がドープされていない。なお、ゲート構造G2の下方の半導体基板12の表面付近(換言すれば、ソース・ドレイン領域間)にチャネル領域が形成される。
Furthermore, in N-
n型のSiC層15およびノンドープのSiC層16の形成方法の一例は、下記の通りである。
An example of a method for forming the n-
まず、ゲート構造G2の両脇における半導体基板12の上面を削る。つまり、ゲート構造G2の両脇における半導体基板12の表面内にリセスを形成する。次に、エピタキシャル成長により、当該リセスを充填するように、リセス内にSiCを成長させる。その後、所定の条件でn型の不純物を注入する。当該不純物は、符号16の形成位置までは届かない。以上の工程により、図3に示すように、n型のSiC層15およびノンドープのSiC層16が、半導体基板12に形成される。
First, the upper surface of the
上記のように、チャネル領域は、SiC層15間に存在する。ここで、チャネル領域のシリコンの格子定数は5.43Åであり、SiC層15の格子定数は3.08である。したがって、シリコンの格子定数より小さい格子定数を有するSiC層15は、チャネル領域のシリコンを引っ張る。このように、チャネル領域に引っ張り歪が生じるので、チャネル領域の電子移動度を向上させることができる。
As described above, the channel region exists between the SiC layers 15. Here, the lattice constant of silicon in the channel region is 5.43Å, and the lattice constant of the
さらに、本実施の形態に係るN−MOSFET11は、動作の高速化が可能である。当該効果の説明を図4に示す構成と比較しつつ説明する。
Further, the N-
図4に示すN−MOSFET200は、p型を有するシリコン基板151、ゲート絶縁膜152、ゲート電極153、ソース・ドレイン領域に形成されるn型のSiC層154、およびサイドウォール膜160により構成されている。図4に示すように、シリコンよりも小さな格子定数を有するSiC層154により、シリコンから成るチャネル領域が囲まれている。よって、上述のように、チャネル領域の電子移動度を向上させることができる。また、図4に示す構成では、シリコン基板151とSiC層154とのpn接合において接合容量が発生する。
The N-
これに対して、図3に示す本実施の形態に係るN−MOSFET11では、n型のSiC層15の直下に、ノンドープのSiC層16(またはノンドープのC層16)が形成されている。ここで、SiC層16の比誘電率10.0であり、C層16の比誘電率は5.7であり、共にSiの比誘電率(=11.9)よりも小さい(C層16においては、SiC層15の比誘電率よりも小さい)。
On the other hand, in the N-
したがって、ソース・ドレイン領域15のpn接合部の接合容量と、ノンドープSiC層16から成る容量(またはノンドープC層16から成る容量)を入れ替えて、ソース・ドレイン領域15とノンドープSiC層16(またはノンドープC層16)から成る容量が直列に接続されることになる。よって、図4に示した構成よりも、ソース・ドレイン領域のpn接合部における接合容量の低減を図ることができる。当該接合容量を低減できるため、トランジスタの動作の高速化も可能となる。
Therefore, the source /
また、ノンドープのSiC層16(またはノンドープC層16)を空乏化したときの空乏層の厚さは、ソース・ドレイン領域における(より具体的に、n型のSiC層15とp型のシリコン基板12との間における)pn接合の空乏層の厚さと同程度或いはそれ以上の厚さであることが望ましい。SiC層16(またはC層16)の厚さを前記のように設定することにより、当該pn接合における接合容量をより低減することができる。
The thickness of the depletion layer when the non-doped SiC layer 16 (or the non-doped C layer 16) is depleted is determined in the source / drain regions (more specifically, the n-
また、SiC層(電極領域)15の直下に形成される低比誘電率層16は、比誘電率が電極領域15の比誘電率または半導体基板12の比誘電率より小さければ、ノンドープSiCまたはC以外の構成であっても良い。なお、当該低比誘電率層16は、ノンドープであっても、n型の不純物がドープされていても良い。
Further, the low relative dielectric
<実施の形態3>
本実施の形態に係る半導体装置21は、以下の構成を除いて、実施の形態1に係る半導体装置1の構成と同じである。
<
The
つまり、図5に示すように、本実施の形態に係る半導体装置21では、ゲート構造G1の下方の半導体基板2において、当該ゲート構造G1から近い順に、n型シリコン層8(あるいは、n型シリコン層8を形成しない)、n型SiGe層9、およびn型のシリコン層2の3層構造(あるいは2層構造)が形成されている。
That is, as shown in FIG. 5, in the
ここで、SiGe層9にn型の不純物が含有されていても良く、または当該SiGe層9はノンドープであっても良い。ただし、チャネル領域における移動度の向上の観点から、SiGe層9にn型の不純物が含有されていることが、より望ましい。 Here, the SiGe layer 9 may contain an n-type impurity, or the SiGe layer 9 may be non-doped. However, it is more desirable that the SiGe layer 9 contains an n-type impurity from the viewpoint of improving the mobility in the channel region.
n型SiGe層9、n型シリコン層8等の形成方法の一例を次に説明する。 Next, an example of a method for forming the n-type SiGe layer 9 and the n-type silicon layer 8 will be described.
n型のシリコンから成る半導体基板2の上面に対してエピタキシャル成長処理を施すことにより、半導体基板2の上面にn型SiGe層9を形成する。次に、当該n型SiGe層9に対して別の条件でエピタキシャル成長処理を施す。これにより、n型SiGe層9上に、n型シリコン層8が形成される。あるいは、ノンドープのエピタキシャル2層膜に所定の不純物注入処理を行う。これにより、たとえばn型SiGe層9およびn型のシリコン層8が形成される(上記3層構造)。
An n-type SiGe layer 9 is formed on the upper surface of the
なお、上記2層構造の場合には、上層のn型シリコン層8は形成しない。 In the case of the two-layer structure, the upper n-type silicon layer 8 is not formed.
その後、シリコン層8上にゲート構造G1を作成する。そして、当該ゲート構造G1の両脇の半導体基板2(より具体的には、シリコン層8、あるいは、SiGe層9)を部分的に除去し、リセス部を形成する。その後の符号5〜7の形成方法は、実施の形態1と同様であるので、ここでの説明は省略する。
Thereafter, a gate structure G1 is formed on the silicon layer 8. Then, the semiconductor substrate 2 (more specifically, the silicon layer 8 or the SiGe layer 9) on both sides of the gate structure G1 is partially removed to form a recess portion. Since the subsequent formation methods of
以上のように、本実施の形態では、チャネル領域が形成されるシリコン層8の下層にSiGe層9が形成されている。ここで、ソース・ドレイン領域の圧縮により、SiGe層9、シリコン層8(シリコン層8が形成されない場合には、SiGe層9のみ)には、強い圧縮歪が発生する。さらに、SiGe層9の格子定数は、シリコンの格子定数よりも大きい。したがって、チャネル領域が形成されるシリコン層8が、より大きい格子定数を有するSiGe層9に誘発されてより強い圧縮歪が発生する。よって、実施の形態1の構成と比較して、本実施の形態の方がより、チャネル領域におけるホールの移動度を向上させることができる。 As described above, in this embodiment, the SiGe layer 9 is formed below the silicon layer 8 where the channel region is formed. Here, due to compression of the source / drain regions, strong compressive strain is generated in the SiGe layer 9 and the silicon layer 8 (only the SiGe layer 9 when the silicon layer 8 is not formed). Furthermore, the lattice constant of the SiGe layer 9 is larger than that of silicon. Therefore, the silicon layer 8 in which the channel region is formed is induced by the SiGe layer 9 having a larger lattice constant, and a stronger compressive strain is generated. Therefore, compared with the structure of Embodiment 1, this Embodiment can improve the mobility of the hole in a channel area | region more.
なお、実施の形態3に係るP−MOSFET21は、実施の形態1に係るP−MOSFET1が有する効果を有することは、言うまでもない。
Needless to say, the P-
<実施の形態4>
本実施の形態に係る半導体装置31は、以下の構成を除いて、実施の形態2に係る半導体装置11の構成と同じである。
<Embodiment 4>
The
つまり、図6に示すように、本実施の形態に係る半導体装置31では、ゲート構造G2の下方の半導体基板12において、当該ゲート構造G2から近い順に、p型シリコン層18(あるいはp型シリコン層18を形成しない)、p型SiC層19、およびp型のシリコン層12の3層構造(あるいは2層構造)が形成されている。
That is, as shown in FIG. 6, in the
ここで、SiC層19にp型の不純物が含有されていても良く、または当該SiC層19はノンドープであっても良い。ただし、チャネル領域における移動度の向上の観点から、SiC層19にp型の不純物が含有されていることが、より望ましい。
Here, the
p型SiC層19、p型シリコン層18等の形成方法の一例を次に説明する。
Next, an example of a method for forming the p-
p型のシリコンから成る半導体基板12の上面に対してエピタキシャル成長処理を施すことにより、半導体基板12の上面にp型SiC層19を形成する。次に、当該p型SiC層19に対して別の条件でエピタキシャル成長処理を施す。これにより、p型SiC層19上に、p型シリコン層18が形成される。あるいは、ノンドープのエピタキシャルの2層膜に所定の不純物注入処理を行う。これにより、たとえばp型のSiC層19およびp型のシリコン層18が形成される(上記3層構造)。
By performing an epitaxial growth process on the upper surface of the
なお、上記2層構造の場合には、上層のp型シリコン層18は形成しない。
In the case of the two-layer structure, the upper p-
その後、シリコン層18上にゲート構造G2を作成する。そして、当該ゲート構造G2の両脇の半導体基板12(より具体的には、シリコン層18、あるいは、SiC層19)を部分的に除去し、リセス部を形成する。その後の符号15,16の形成方法は、実施の形態2と同様であるので、ここでの説明は省略する。
Thereafter, the gate structure G <b> 2 is formed on the
以上のように、本実施の形態では、チャネル領域が形成されるシリコン層18の下層にSiC層19が形成されている。ここで、ソース・ドレイン領域15の引っ張りにより、SiC層19、シリコン層18(シリコン層18が形成されない場合には、SiC層19のみ)には、強い引っ張り歪が発生する。さらに、SiC層19の格子定数は、シリコンの格子定数よりも小さい。したがって、チャネル領域が形成されるシリコン層18が、より小さい格子定数を有するSiC層19に誘発されてより強い引っ張り歪が発生する。よって、実施の形態2の構成と比較して、本実施の形態の方がより、チャネル領域における電子の移動度を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment,
なお、実施の形態4に係るN−MOSFET31は、実施の形態2に係るN−MOSFET11が有する効果を有することは、言うまでもない。
Needless to say, the N-
<実施の形態5>
本実施の形態は、実施の形態1に係る構成と、実施の形態2に係る構成とを備えるCMOSFETに関するものである。図7は、本実施の形態に係るCMOSFET50の構成を示す断面図である。
<
The present embodiment relates to a CMOSFET provided with the configuration according to the first embodiment and the configuration according to the second embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the
図7に示すように、シリコンから成る半導体基板51は、第一の領域と第二の領域とを有している。第一の領域には、実施の形態1に係るP−MOSFETが形成される。第二の領域には、実施の形態2に係るN−MOSFETが形成される。図7に示すように、各トランジスタは、素子分離膜52より電気的に分離されている。第一の領域の半導体基板51内には、n型の不純物が注入された第一のウエル領域53が形成されている。他方、第二の領域の半導体基板51内には、p型の不純物が注入された第二のウエル領域54が形成されている。
As shown in FIG. 7, the
第一の領域に形成されるP−MOSFETの構成は、実施の形態1と同様である。 The configuration of the P-MOSFET formed in the first region is the same as that in the first embodiment.
つまり、第一の領域の第一のウエル領域53上には、ゲート絶縁膜3とゲート電極4とが当該順に積層された積層体(以下、ゲート構造G1と称する)が形成されている。当該ゲート構造G1の側面部には、サイドウォール膜10が形成されている。
That is, on the
また、ゲート構造G1の両脇の第一のウエル領域53の表面内には、p型を有するSiGe(シリコン・ゲルマニウム)層5が形成されている。ここで、本実施の形態では、実施の形態1で説明したp型のSiC層7(またはp型のC層7)が形成されていない場合について説明する。したがって、当該SiGe層5により、P−MOSFETの第一のソース・ドレイン領域が構成される。
A p-type SiGe (silicon-germanium)
さらに、SiGe層5の底部に隣接して、SiC層6(またはC層6)が形成されている。ここで、SiC層6およびC層6は共に、所定の導電型を有する不純物がドープされていない。なお、ゲート構造G1の下方の第一のウエル領域53の表面付近(換言すれば、第一のソース・ドレイン領域間)にチャネル領域が形成される。
Further, an SiC layer 6 (or C layer 6) is formed adjacent to the bottom of the
ここで、SiC層6(またはC層6)は、第一の低比誘電率層と把握できる。第一のソース・ドレイン領域の直下部に形成される当該第一の低比誘電率層6は、第一のソース・ドレイン領域を構成するSiGe層5が有する比誘電率よりも小さい。または、当該第一の低比誘電率層6は、第一のウエル領域53が有する比誘電率より小さい。
Here, the SiC layer 6 (or C layer 6) can be grasped as the first low relative dielectric constant layer. The first low relative dielectric
第二の領域に形成されるN−MOSFETの構成は、実施の形態2と同様である。 The configuration of the N-MOSFET formed in the second region is the same as that in the second embodiment.
つまり、第二の領域の第二のウエル領域54上には、ゲート絶縁膜13とゲート電極14とが当該順に積層された積層体(以下、ゲート構造G2と称する)が形成されている。当該ゲート構造G2の側面部には、サイドウォール膜20が形成されている。
That is, on the
また、ゲート構造G2の両脇の第二のウエル領域54の表面内には、n型を有するSiC(炭化シリコン)層15が形成されている。当該SiC層15により、N−MOSFETの第二のソース・ドレイン領域が構成される。
An n-type SiC (silicon carbide)
さらに、SiC層15の底部に隣接して、SiC層16(またはC層16)が形成されている。ここで、SiC層16およびC層16は共に、所定の導電型を有する不純物がドープされていない。なお、ゲート構造G2の下方の第二のウエル領域54の表面付近(換言すれば、第二のソース・ドレイン領域間)にチャネル領域が形成される。
Further, SiC layer 16 (or C layer 16) is formed adjacent to the bottom of
ここで、SiC層16(またはC層16)は、第二の低比誘電率層と把握できる。第二のソース・ドレイン領域の直下部に形成される当該第二の低比誘電率層16は、第一のソ二ス・ドレイン領域を構成するSiC層15が有する比誘電率よりも小さい。または、当該第二の低比誘電率層16は、第二のウエル領域54が有する比誘電率より小さい。
Here, the SiC layer 16 (or C layer 16) can be grasped as a second low relative dielectric constant layer. The second low relative dielectric
なお、本実施の形態では、実施の形態1に係る構成と実施の形態2に係る構成とを組み合わせたCMOSFETについて言及した。しかし、P−MOSFETを実施の形態3に係る構成に置き換えても良い。同様に、N−MOSFETを実施の形態4に係る構成に置き換えても良い。 In the present embodiment, reference is made to the CMOSFET in which the configuration according to the first embodiment and the configuration according to the second embodiment are combined. However, the P-MOSFET may be replaced with the configuration according to the third embodiment. Similarly, the N-MOSFET may be replaced with the configuration according to the fourth embodiment.
1,21 P−MOSFET、2,12,51 半導体基板、3,13 ゲート絶縁膜、4,14 ゲート電極、5,9 SiGe層、6,16 ノンドープSiC層(またはC層)、11,31 N−MOSFET、15 n型SiC層(またはC層)、19 SiC層、50 CMOSFET、52 素子分離膜、53 第一のウエル領域、54 第二のウエル領域、G1,G2 ゲート構造。 1,21 P-MOSFET, 2,12,51 Semiconductor substrate, 3,13 Gate insulating film, 4,14 Gate electrode, 5,9 SiGe layer, 6,16 Non-doped SiC layer (or C layer), 11, 31 N MOSFET, 15 n-type SiC layer (or C layer), 19 SiC layer, 50 CMOSFET, 52 element isolation film, 53 first well region, 54 second well region, G1, G2 gate structure.
Claims (6)
前記半導体基板上に形成される、ゲート絶縁膜とゲート電極とが当該順に積層された積層体であるゲート構造と、
前記ゲート構造の両脇における前記半導体基板の表面内に形成される、第二の導電型を有する電極領域と、
前記電極領域の直下部に形成される、前記電極領域が有する比誘電率よりも小さい、または前記半導体基板が有する比誘電率より小さい、比誘電率を有する低比誘電率層とを、備えており、
前記半導体基板は、
n型シリコンであり、
前記電極領域は、
p型SiGeであり、
前記低比誘電率層は、
SiCまたはCである、
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a first conductivity type;
A gate structure formed on the semiconductor substrate, the gate structure being a stacked body in which a gate insulating film and a gate electrode are stacked in that order;
An electrode region having a second conductivity type formed in the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate structure;
A low relative dielectric constant layer having a relative dielectric constant, which is formed immediately below the electrode region, smaller than the relative dielectric constant of the electrode region, or smaller than the relative dielectric constant of the semiconductor substrate. And
The semiconductor substrate is
n-type silicon,
The electrode region is
p-type SiGe,
The low dielectric constant layer is:
SiC or C.
A semiconductor device.
前記ゲート構造から近い順に、n型SiGe層およびn型シリコン層の積層構造が形成されている、 A stacked structure of an n-type SiGe layer and an n-type silicon layer is formed in order from the gate structure.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1.
前記ゲート構造から近い順に、n型シリコン層、n型SiGe層、およびn型シリコン層の積層構造が形成されている、 A stacked structure of an n-type silicon layer, an n-type SiGe layer, and an n-type silicon layer is formed in the order from the gate structure.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板上に形成される、ゲート絶縁膜とゲート電極とが当該順に積層された積層体であるゲート構造と、 A gate structure formed on the semiconductor substrate, the gate structure being a stacked body in which a gate insulating film and a gate electrode are stacked in that order;
前記ゲート構造の両脇における前記半導体基板の表面内に形成される、第二の導電型を有する電極領域と、 An electrode region having a second conductivity type formed in the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate structure;
前記電極領域の直下部に形成される、前記電極領域が有する比誘電率よりも小さい、または前記半導体基板が有する比誘電率より小さい、比誘電率を有する低比誘電率層とを、備えており、 A low relative dielectric constant layer having a relative dielectric constant, which is formed immediately below the electrode region, smaller than the relative dielectric constant of the electrode region, or smaller than the relative dielectric constant of the semiconductor substrate. And
前記半導体基板は、 The semiconductor substrate is
p型シリコンであり、 p-type silicon,
前記電極領域は、 The electrode region is
n型SiCであり、 n-type SiC,
前記低比誘電率層は、 The low dielectric constant layer is:
SiCまたはCである、 SiC or C.
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device.
前記ゲート構造から近い順に、p型SiC層およびp型シリコン層の積層構造が形成されている、 A stacked structure of a p-type SiC layer and a p-type silicon layer is formed in order from the gate structure.
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 4.
前記ゲート構造から近い順に、p型シリコン層、p型SiC層、およびp型シリコン層の積層構造が形成されている、 A stacked structure of a p-type silicon layer, a p-type SiC layer, and a p-type silicon layer is formed in order from the gate structure.
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 4.
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