JP6531243B2 - Tunnel field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor - Google Patents
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本発明は、トンネル電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a tunnel field effect transistor and a method of manufacturing the field effect transistor.
半導体集積回路をより高性能かつ低消費電力にしようとすると、現在の中心的なデバイスであるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)を小型化し低電圧動作を可能にする必要がある。しかし、MOSFETを小型化すると、短チャネル効果によるリーク電流の増大が生じ、電源電圧のさらなる低減が困難になる。この理由として、室温でのサブスレッショルド・スウィング(S.S.)が物理限界に近づき、60mV/dec.以下に低減することが困難であることが挙げられる。よって、60mV/dec.以下のS.S.を可能にする新たなデバイスが求められている。 In order to make semiconductor integrated circuits have higher performance and lower power consumption, it is necessary to miniaturize the current core device, MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), to enable low voltage operation. However, when the MOSFET is miniaturized, leakage current increases due to the short channel effect, and it becomes difficult to further reduce the power supply voltage. The reason for this is that the subthreshold swing (S.S.) at room temperature approaches the physical limit and 60 mV / dec. It is difficult to reduce below. Therefore, 60 mV / dec. The following S. S. There is a need for new devices that allow for
60mV/dec.以下のS.S.を可能にするデバイスとして、ソース領域とチャネル領域との接合領域におけるトンネル効果を利用する、トンネル電界効果トランジスタ(TFET)が注目されている。たとえば非特許文献1には、分子線エピタキシー(MBE)法により、炭素をソース領域に添加したInGaAsによるTFETが記載され、S.S.が60mV/dec.と報告されている。また、特許文献1には、横型TFETの構成において、トンネル領域およびチャネル領域を、それぞれ別の材料で形成し、各領域のエネルギーバンド構造の関係から横型TFETを実現する技術が開示されている。
60 mV / dec. The following S. S. A tunnel field effect transistor (TFET) is attracting attention as a device that enables the use of tunneling in the junction region between the source region and the channel region. For example, Non-Patent
しかし、非特許文献1に記載のTFETは、縦型構造であることから、既存の相補型電界効果トランジスタ(CMOSFET)との親和性が低く、CMOS回路との集積化も困難である。その点、特許文献1に記載のTFETは横型構造であることから、そのような問題は少ないものの、特許文献1に記載の横型TFETにおいては、ソース領域をGaAsSb、チャネル領域をInGaAsのように、異なる材料で構成することから、エッチング工程、マスク材の形成工程、再成長工程という追加工程を必要とし、大幅な製造コストの増大を招くという課題がある。
However, since the TFET described in Non-Patent
本発明の目的は、横型構造のTFETを、大幅なコスト増大を招くことなく製造する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for manufacturing a lateral structure TFET without causing a significant increase in cost.
また、TFETは、ソース領域とチャネル領域との間のトンネル現象を利用してドレイン電流を制御することから、オン電流を十分大きくできないという構造的な課題を有する。このため、本発明者らは、大きなトンネル電流を得ることが可能な材料として、バンド間遷移が直接遷移であり且つ狭バンドギャップのInGaAsが有望と考え、InP基板に格子整合するIn0.53Ga0.47Asを用いたプレーナ構造のTFETを検討し、ある程度のオン電流の増加が得られる至ったものの、より大きなオン電流が必要であることを認識した。より大きなオン電流は、InGaAsのIn組成を大きくしてバンドギャップを狭くすることで得られるものの、オフ電流が増大してしまうという問題があることを認識するに至った。 In addition, TFET has a structural problem that the on current can not be sufficiently increased because the drain current is controlled by utilizing the tunnel phenomenon between the source region and the channel region. Therefore, the present inventors, as a material capable of obtaining a large tunneling current, considered InGaAs interband transition is a direct transition and the narrow band gap and promising, an In 0.53 which is lattice matched to the InP substrate We examined planar TFETs using Ga 0.47 As and realized that although we could get some increase in on current, we needed more on current. Although larger on current can be obtained by increasing the In composition of InGaAs to narrow the band gap, it has been recognized that there is a problem that the off current is increased.
本発明の目的は、オフ電流を増加させることなく、オン電流を増加する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for increasing the on current without increasing the off current.
さらに、TFETのデバイス特性、特にS.S.を60mV/dec.以下に低減するには、トンネル確率の高いチャネル領域、低欠陥密度を有するソース領域、急峻な不純物濃度勾配を有するトンネル接合領域が必要である。 Furthermore, the device characteristics of TFETs, in particular S.I. S. To 60 mV / dec. In order to reduce to the following, a channel region having a high tunneling probability, a source region having a low defect density, and a tunnel junction region having a steep impurity concentration gradient are required.
本発明の目的は、トンネル確率の高いチャネル領域、低欠陥密度を有するソース領域、急峻な不純物濃度勾配を有するトンネル接合領域を大幅なコスト増大を招くことなく製造する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for manufacturing a channel region having a high tunneling probability, a source region having a low defect density, and a tunnel junction region having a steep impurity concentration gradient without causing a significant increase in cost.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、基板と、前記基板の上に位置する積層半導体層と、前記積層半導体層に形成された第1伝導型を示すソース領域と、前記積層半導体層に形成された、前記第1伝導型とは逆の第2伝導型を示すドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域に電界を印加するゲート構造と、を有し、前記ソース領域、前記チャネル領域および前記ドレイン領域が、前記積層半導体層の表面に沿った方向に並んで位置するトンネル電界効果トランジスタであって、前記積層半導体層が、第1半導体からなる第1層と、前記第1層より前記基板から遠くに位置する、第2半導体からなる第2層とを有し、前記第2半導体のバンドギャップが、前記第1半導体のバンドギャップより小さいトンネル電界効果トランジスタを提供する。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a substrate, a laminated semiconductor layer located on the substrate, and a source region exhibiting a first conductivity type formed in the laminated semiconductor layer A drain region formed in the stacked semiconductor layer and exhibiting a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a gate structure for applying an electric field to a channel region between the source region and the drain region A tunnel field effect transistor in which the source region, the channel region, and the drain region are aligned in a direction along the surface of the laminated semiconductor layer, and the laminated semiconductor layer is a first semiconductor And a second layer made of a second semiconductor which is located farther from the substrate than the first layer, and the band gap of the second semiconductor is a band gap of the first semiconductor. Providing a smaller tunnel field effect transistor.
前記第1伝導型がn型である場合、前記第1半導体より前記第2半導体の価電子帯上端の電子エネルギーレベルが高く、前記第1伝導型がp型である場合、前記第1半導体より前記第2半導体の伝導帯下端の電子エネルギーレベルが低くてもよい。前記第1半導体および前記第2半導体が、III−V族半導体であってもよい。前記第1半導体が、Inx1Ga1−x1Asからなり、前記第2半導体が、Inx2Ga1−x2Asからなり、前記第1半導体のIn組成x1が、前記第2半導体のIn組成x2より小さいものであってもよい。前記積層半導体層が、前記第2層より前記基板から遠くに位置する、第3半導体からなる第3層をさらに有し、前記第3半導体のバンドギャップが、前記第2半導体のバンドギャップとは異なるものであってもよい。前記第3半導体と前記第2半導体とは、価電子帯上端の電子エネルギーレベルまたは伝導帯下端の電子エネルギーレベルが相違するものであってもよい。前記第1半導体、前記第2半導体および前記第3半導体が、III−V族半導体であってもよい。前記第1半導体が、Inx1Ga1−x1Asからなり、前記第2半導体が、Inx2Ga1−x2Asからなり、前記第3半導体が、Inx3Ga1−x3Asからなり、前記第1半導体のIn組成x1が、前記第2半導体のIn組成x2より小さく、前記第3半導体のIn組成x3が、前記第2半導体のIn組成x2と異なるものであってもよい。前記ソース領域に導入された不純物原子の濃度が、1×1019cm−3以上であり、前記不純物原子の濃度勾配が、前記不純物原子の拡散方向において、10nm/dec.以下であってもよい。 When the first conductivity type is n-type, the electron energy level at the upper end of the valence band of the second semiconductor is higher than that of the first semiconductor, and when the first conductivity type is p-type, the first semiconductor is more than the first semiconductor The electron energy level at the lower end of the conduction band of the second semiconductor may be low. The first semiconductor and the second semiconductor may be III-V group semiconductors. The first semiconductor is made of Inx1Ga1 -x1As , the second semiconductor is made of Inx2Ga1 -x2As , and the In composition x1 of the first semiconductor is the In composition x2 of the second semiconductor. It may be smaller. The laminated semiconductor layer further includes a third layer made of a third semiconductor, which is located farther from the substrate than the second layer, and the band gap of the third semiconductor is the band gap of the second semiconductor It may be different. The third semiconductor and the second semiconductor may have different electron energy levels at the top of the valence band or at the bottom of the conduction band. The first semiconductor, the second semiconductor and the third semiconductor may be III-V group semiconductors. The first semiconductor comprises Inx1Ga1 -x1As , the second semiconductor comprises Inx2Ga1 -x2As , the third semiconductor comprises Inx3Ga1 -x3As, and the first semiconductor comprises The In composition x1 of one semiconductor may be smaller than the In composition x2 of the second semiconductor, and the In composition x3 of the third semiconductor may be different from the In composition x2 of the second semiconductor. The concentration of impurity atoms introduced into the source region is 1 × 10 19 cm −3 or more, and the concentration gradient of the impurity atoms is 10 nm / dec. It may be the following.
本発明の第2の態様においては、前記したトンネル電界効果トランジスタの製造方法であって、前記基板の上に、前記第1層および前記第2層を含む前記積層半導体層をエピタキシャル成長法により形成する工程と、前記積層半導体層の一部に前記ソース領域を形成する工程と、前記積層半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、前記ソース領域を平面視した場合の前記ソース領域に隣接する位置であって前記絶縁層の上に、前記ゲート構造を形成する工程と、前記ソース領域および前記ゲート構造を平面視した場合の前記ゲート構造を挟んだ前記ソース領域に対向する位置であって前記積層半導体層の一部に、前記ドレイン領域を形成する工程と、を有するトンネル電界効果トランジスタの製造方法を提供する。前記ソース領域を形成する工程において、不純物原子を熱拡散することで前記ソース領域を形成し、前記不純物原子として、濃度の高い部分での拡散係数が濃度の低い部分の拡散係数より高い値を示す原子を用いてもよい。 In a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a tunnel field effect transistor described above, the laminated semiconductor layer including the first layer and the second layer is formed on the substrate by an epitaxial growth method. And a step of forming the source region in part of the laminated semiconductor layer, a step of forming an insulating layer on the laminated semiconductor layer, and the source region adjacent to the source region in plan view Forming the gate structure on the insulating layer, and facing the source region and the source region sandwiching the gate structure when the source region and the gate structure are viewed in plan. And a step of forming the drain region in a part of the laminated semiconductor layer. In the step of forming the source region, the source region is formed by thermally diffusing impurity atoms, and as the impurity atoms, the diffusion coefficient in the high concentration portion shows a value higher than the diffusion coefficient of the low concentration portion Atoms may be used.
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率等は図示するものに限定されない。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. The drawings are merely schematics for explaining the configuration of the invention, and the sizes, shapes, numbers, ratios of sizes of different members, and the like of the respective members are not limited to those illustrated.
図1は、本実施形態のトンネル電界効果トランジスタ(TFET)100の断面図である。TFET100は、基板105を有し、基板105の上には、バッファ層110および積層半導体層120が形成されている。積層半導体層120には、チャネル領域125、ソース領域130およびドレイン領域160が形成され、ソース領域130に近い側のチャネル領域125の端部にはトンネル接合領域140が形成される。ソース領域130、チャネル領域125およびドレイン領域160は、積層半導体層120の表面に沿った方向に並んで位置する。すなわち、TFET100は横型構造を有する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a tunnel field effect transistor (TFET) 100 according to the present embodiment. The TFET 100 has a
チャネル領域125に隣接してゲート構造150が形成され、ソース領域130およびドレイン領域160のそれぞれに接して、金属ソース電極135および金属ドレイン電極165のそれぞれが形成される。ゲート構造150は、ソース領域130とドレイン領域160との間のチャネル領域125に電界を印加する。ゲート構造150は、金属ゲート電極155およびゲート絶縁体151を含み、金属ゲート電極155は、ゲート絶縁体151により、ソース領域130、チャネル領域125およびドレイン領域160から電気的に絶縁される。
A
ソース領域130は第1伝導型を示し、ドレイン領域160は、第1伝導型とは逆の第2伝導型を示す。ソース領域130がp型にドープされた場合、ドレイン領域160はn型にドープされ、TFET100はnチャネル型TFET(NTFET)になる。ソース領域130がn型ドープされる場合、ドレイン領域160はp型にドープされ、TFET100はpチャネル型TFET(PTFET)になる。
The
基板105として、例えば、シリコン(Si)ウエハ、シリコン・オン・インシュレーター(SOI)ウエハ、ゲルマニウム(Ge)ウエハ、ゲルマニウム・オン・インシュレーター(GOI)ウエハ、ガリウムヒ素(GaAs)ウエハ、インジウムリン(InP)ウエハ、インジウムヒ素(InAs)ウエハ、ガリウムアンチモン(GaSb)ウエハ、ガリウムナイトライド(GaN)ウエハ等の半導体部材を例示することができる。例えばガラス部材や、プラスチック部材、セラミック部材等、半導体以外の部材からなる基板や、種々の部材からなる複数の層が積層された複層構造の基板を適用してもよい。
As the
バッファ層110は、積層半導体層120の高品質化を図ることを目的に、基板105と積層半導体層120の間に形成される。バッファ層110として、積層半導体層120と同じ材料でも良く、あるいは異なる材料であっても良い。積層半導体層120がInxGa1−xAs(0≦x≦1)を含む材料の場合、バッファ層110として、GaAs、InGaAs、InAlAsまたはInP等を適用しても良い。なお、バッファ層110の形成は任意である。バッファ層110は本発明に必須ではない。
The
積層半導体層120は、基板105の上に位置する。積層半導体層120の材料として、Si、Ge、SiGe、SnGe、SiSnGe、GaAs、InAs、InGaAs、InAlAs、InGaAlAs、InP、GaP、InSb、GaSb、AlSb、InGaSb、GaN、InGaN、AlGaN、およびその混晶化合物を含むことができる。
The
図2は、積層半導体層120の断面構造を示す。積層半導体層120は、第1半導体からなる第1層120aと、第1層120aより基板105から遠くに位置する、第2半導体からなる第2層120bとを有する。積層半導体層120は、第2層120bより基板105から遠くに位置する、第3半導体からなる第3層120cをさらに有してもよく、さらに図示しない第4半導体からなる第4層を有してもよい。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the
第1層120aは、チャネル領域125の高品質化の機能を果たす材料である。第2層120bを構成する第2半導体のバンドギャップは、第1層120aを構成する第1半導体のバンドギャップより小さい。また、第1伝導型がn型である場合、第1層120aを構成する第1半導体より第2層120bを構成する第2半導体の価電子帯上端の電子エネルギーレベルが高く、第1伝導型がp型である場合、第1層120aを構成する第1半導体より第2層120bを構成する第2半導体の伝導帯下端の電子エネルギーレベルが低い。これにより、トンネル障壁高さを低下させ、トンネリング確率を増大することができる。
The
第3層120cおよび必要に応じて設ける第4半導体からなる第4層(図示せず)は、チャネル領域125およびゲート構造150の高品質化の機能を果たす。第3層120cを構成する第3半導体のバンドギャップは、第2半導体のバンドギャップとは異なることが好ましい。また、第3半導体と第2半導体とは、価電子帯上端の電子エネルギーレベルまたは伝導帯下端の電子エネルギーレベルが相違することが好ましい。
The
第1半導体、第2半導体および第3半導体として、III−V族半導体を挙げることができる。第1半導体として、Inx1Ga1−x1Asを挙げることができ、第2半導体として、Inx2Ga1−x2Asを挙げることができ、第3半導体として、Inx3Ga1−x3Asを挙げることができる。ここで第1半導体のIn組成x1は、第2半導体のIn組成x2より小さい。また、第3半導体のIn組成x3は、第2半導体のIn組成x2と異なるものとすることができる。たとえば、第1半導体としてIn0.53Ga0.47Asが例示でき、第2半導体としてIn0.7Ga0.3Asが例示でき、第3半導体としてIn0.53Ga0.47Asが例示できる。 A III-V group semiconductor can be mentioned as a 1st semiconductor, a 2nd semiconductor, and a 3rd semiconductor. As the first semiconductor may include In x1 Ga 1-x1 As, the second semiconductor, mention may be made of In x2 Ga 1-x2 As, a third semiconductor, cited In x3 Ga 1-x3 As be able to. Here, the In composition x1 of the first semiconductor is smaller than the In composition x2 of the second semiconductor. The In composition x3 of the third semiconductor can be different from the In composition x2 of the second semiconductor. For example, the first semiconductor In 0.53 Ga 0.47 As can be exemplified, as the second semiconductor In 0.7 Ga 0.3 As can be exemplified, the In 0.53 Ga 0.47 As a third semiconductor It can be illustrated.
第1層120aの膜厚は1〜1000nmの範囲を有し、好ましくは5〜500nmの範囲を有し、さらに好ましくは10〜100nmの範囲が良い。また、第1層120aのバンドギャップは、0.1〜3.4eVの範囲を有し、好ましくは0.1〜1.4eVの範囲を有し、さらに好ましくは0.1〜1.0eVの範囲を有する。特定の一実施形態において、第1層120aがInGaAsの場合、そのIn組成は、0.1〜1.0の範囲を有し、好ましくは0.3〜1.0の範囲を有する。
The film thickness of the
第2層120bの膜厚は1〜100nmの範囲を有し、好ましくは1〜50nmの範囲を有し、さらに好ましくは1〜20nmの範囲が良い。また、第2層120bのバンドギャップは、0.1〜1.0eVの範囲を有し、好ましくは0.1〜0.7eVの範囲を有し、さらに好ましくは0.1〜0.6eVの範囲を有する。特定の一実施形態において、第2層120bがInGaAsの場合、そのIn組成は、0.3〜1.0の範囲を有し、好ましくは0.58〜1.0の範囲を有し、さらに好ましくは0.68〜1.0の範囲を有する。
The thickness of the
第3層120c、第4層(図示せず)の材料は、第1層120aあるいは第2層120bを構成する材料と同一でも良い。それらの膜厚は1〜100nmの範囲を有し、好ましくは1〜50nmの範囲を有し、さらに好ましくは1〜10nmの範囲が良い。また、バンドギャップは、0.1〜3.4eVの範囲を有し、好ましくは0.1〜1.4eVの範囲を有し、さらに好ましくは0.1〜1.0eVの範囲を有する。特定の一実施形態において、第3層120cがInGaAsの場合、そのIn組成は、0.1〜1.0の範囲を有し、好ましくは0.3〜1.0の範囲を有する。
The material of the
ソース領域130は、積層半導体層120に不純物を添加することで形成できる。添加された不純物の絶対濃度が高い程、またその濃度勾配が急峻な程、良好なTFET特性を得ることができる。例えば、NTFETとして、p型伝導を示す不純物を添加することができる。III−V族半導体に対するp型不純物原子の一例として、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hgが挙げられる。Beは軽元素でありイオン注入法による不純物添加、および活性化熱処理による工程により結晶に導入された欠陥回復が容易である特徴を有する。InGaAsに対する別のp型不純物原子の一例として、Znを挙げることができる。InGaAsに対しZnを固相拡散すると、Znの拡散係数がZn濃度の2乗に比例することから、急峻なZn濃度プロファイルが実現できる。これにより、良好なTFET特性を得ることができる。
The
ソース領域130の不純物の絶対濃度は、5×1018〜1×1021cm−3の範囲であり、好ましくは1×1019〜7×1020cm−3の範囲であり、より好ましくは4×1019〜5×1020cm−3の範囲である。
The absolute concentration of the impurity in the
ここで、ソース領域130の不純物の濃度勾配を、濃度が一桁変化する膜厚値と定義すると、ソース領域130における、不純物の基板105に垂直方向への濃度勾配は、0.1〜30nm/dec.の範囲であり、好ましくは0.1〜10nm/dec.の範囲を有し、さらに好ましくは0.1〜5nm/dec.の範囲を有する。
Here, when the concentration gradient of the impurity in the
トンネル接合領域140は、ソース領域130とチャネル領域125との間に形成される接合領域である。TFETがオフのときにはキャリアのトンネル確率が低く、オンのときキャリアのトンネル確率が高くなる。トンネル接合領域140における、不純物の基板105に水平方向への濃度勾配は、0.1〜30nm/dec.の範囲であり、好ましくは0.1〜10nm/dec.の範囲を有し、さらに好ましくは0.1〜5nm/dec.の範囲を有する。
The
ゲート絶縁体151は、金属ゲート電極155を絶縁する絶縁層であり、金属ゲート電極155は、ゲート構造150に隣接するチャネル領域125に電界を印加し、トンネル接合領域140のキャリアトンネル確率を制御して、TFETのオンオフを制御する。ゲート絶縁体151として、たとえばAl2O3、SiO2、AIN、SiN、SiON,Ta2O5、ZrO2、HfO2、La2O3のうちいずれか1種、或いはこれらを混合した絶縁体層を適用してもよい。金属ゲート電極155として、Ti、Ta、W、Al、Cu、Au、TiN、TaNまたはこれらの積層体が挙げられる。
The
NTFETである場合、ドレイン領域160にはn型伝導を示す不純物を添加することができる。III−V族半導体に対するn型不純物原子の一例として、Si、S、Se、Ge、Teが挙げられる。
In the case of an NTFET, the
図3は、TFET100の製造方法の一例を例示するフローチャートである。図3に示す製造方法300により、図1に示したTFET100を形成することができる。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a method of manufacturing the
製造方法300の工程310は、基板を準備する工程である。基板は、TFET100の基板105と同様のものであっても良く、別の基板であっても良い。図示しない別の基板を使用し、積層半導体層120を形成した後、公知の直接ウエハ接合技術を活用して、基板105に転写することもできる。基板105上に、バッファ層110を含んでもよい。バッファ層110は積層半導体層120と同じ材料でも良く、あるいは異なる材料であっても良い。
Step 310 of the
製造方法300の工程320は、積層半導体層120を形成する工程である。図2に示した第1層120aおよび第2層120bをこの順序で形成する工程を含む。必要に応じて第3層120c、図示しない第4層等をこの順序に形成する工程を含んでも良い。
The
以下、積層半導体層120を形成する工程を具体的に説明する。たとえば、分子線エピタキシー(MBE)法、あるいは気相成長(CVD)法によるエピタキシャル成長により積層半導体層120を構成する第1層120a等の各層を形成できる。一例として、GaAs、InGaAs、InAlAs、InP、GaN、InGaN、AlGaN、およびその混晶化合物からなる半導体層を形成して積層半導体層120を構成する各層とすることができる。
Hereinafter, the process of forming the
一実施形態において、III−V族半導体結晶層をCVD法で形成する場合、III族の原料として、InソースにはTMIn(トリメチルインジウム)を、GaソースにはTMGa(トリメチルガリウム)を、AlソースにはTMAl(トリメチルアルミニウム)を、V族ソースとして、AsソースにはAsH3(アルシン)、PソースにはPH3(ホスフィン)、SbソースにはTMSb(トリメチルアンチモン)、NソースにはNH3(アンモニア)を用いることができる。キャリアガスには水素、あるいは窒素を用いることができる。反応温度は、300〜900℃の範囲で、好ましくは450〜750℃の範囲で適宜選択できる。別の一実施形態において、IV族半導体結晶層をCVD法で形成する場合、SiソースにはSiH4(シラン)、またはSi2H6(ジシラン)を、Geソースには、GeH4(ゲルマン)を、SnソースにはSnCl4(四塩化スズ)やTBVSn(トリブチルビニルスズ)を用いることができ、またそれらの複数の水素原子基の一部を塩素原子または炭化水素基で置換した化合物を用いることもできる。キャリアガスには水素、あるいは窒素を用いることができる。反応温度は、300〜900℃の範囲で、好ましくは450〜750℃の範囲で適宜選択できる。ソースガス供給量や反応時間を適宜選択することでエピタキシャル成長層の厚さを制御することができる。 In one embodiment, when the III-V semiconductor crystal layer is formed by a CVD method, TMIn (trimethylindium) is used as an In source, TMGa (trimethylgallium) is used as a Ga source, and an Al source TMAl (trimethylaluminum) for the group V source, AsH 3 (arsine) for the As source, PH 3 (phosphine) for the P source, TMSb (trimethylantimony) for the Sb source, NH 3 for the N source (Ammonia) can be used. Hydrogen or nitrogen can be used as a carrier gas. The reaction temperature can be appropriately selected in the range of 300 to 900 ° C., preferably in the range of 450 to 750 ° C. In another embodiment, when the group IV semiconductor crystal layer is formed by the CVD method, SiH 4 (silane) or Si 2 H 6 (disilane) is used as the Si source, and GeH 4 (germane) as the Ge source. The Sn source can be SnCl 4 (tin tetrachloride) or TBVSn (tributylvinyltin), and a compound in which some of the plural hydrogen atom groups are substituted by chlorine atoms or hydrocarbon groups is used. It can also be done. Hydrogen or nitrogen can be used as a carrier gas. The reaction temperature can be appropriately selected in the range of 300 to 900 ° C., preferably in the range of 450 to 750 ° C. The thickness of the epitaxial growth layer can be controlled by appropriately selecting the source gas supply amount and the reaction time.
製造方法300の工程330は、ソース領域130を形成する工程である。TFET100がNTFETである場合、p型伝導を示す不純物を添加する工程を含む。III−V族半導体に対するp型不純物原子として、Be、Znを例示することができる。
Step 330 of the
以下、Znを固相拡散することでソース領域130を形成する例を説明する。まず、Znの不必要な拡散を防止するためにAl2O3を形成し、ソース領域130に対してスピン・オン・グラス法によるZn原料層の塗布および、その後の活性化熱処理行う。活性化熱処理温度は400〜700℃の範囲で行うことができ、欠陥を低減するためは、450〜700℃の温度が望ましい。また活性化熱処理時間は、Znの拡散深さを必要なデバイスの要求に応じて、5秒から500秒程度で決定することができる。
Hereinafter, an example in which the
製造方法300の工程340は、ゲート絶縁体151を形成する工程である。図1に示したTFET100のゲート構造150の少なくとも一部の上に、絶縁層を堆積してゲート絶縁体151とする。たとえば、原子層堆積法(ALD)を用いてAl2O3層を堆積することにより、ゲート絶縁体151を形成できる。Al2O3の形成には、たとえばTMAとH2Oを原料に用いることができる。
Step 340 of the
製造方法300の工程350は、ゲート絶縁体151の上に金属ゲート電極155を形成する工程である。金属ゲート電極155は、たとえば、蒸着法、スパッタ法により形成できる。
Step 350 of the
製造方法300の工程360はドレイン領域160を形成する工程である。ドレイン領域160は、たとえばイオン注入法によりSiを注入することで形成できる。また特定の一実施形態においては、Niを添加したInGaAsを形成してドレイン領域160としてもよい。
Step 360 of the
製造方法300の工程370は、金属ソース電極135、金属ドレイン電極165を形成する工程である。金属ソース電極135、金属ドレイン電極165は、たとえば、蒸着法、スパッタ法により形成できる。
Step 370 of the
以上説明したTFET100およびその製造方法によれば、ソース領域130、チャネル領域125およびドレイン領域160が積層半導体層120の表面に沿った方向に並んで位置する所謂横型構造を有するため、大幅なコスト増大を招くことなく製造が可能になる。
According to the
また、積層半導体層120が第1層120aおよび第2層120bを有し、第2層120bを構成する第2半導体のバンドギャップが第1層120aを構成する第1半導体のバンドギャップより小さいため、オフ電流を増加させることなく、オン電流を増加することができる。すなわち、第2層120bとしてIn組成の高い極薄のチャネル層あるいは量子井戸構造を導入することにより、トンネリングが起こる領域のみのバンドギャップを短縮し、トンネル電流が起こらない部分のバンドギャップを高く保つことができる。この結果、オフ電流を増やさずにオン電流を向上させることができる。なお、In組成を大きくすると一般に欠陥密度が増加するが、第1層120aにおいて欠陥密度が十分小さくなる程度のIn組成に留めているため、チャネル領域全体における欠陥密度を小さくすることもできる。
In addition, the
さらに、ソース領域130に導入された不純物原子の濃度を、1×1019cm−3以上とし、不純物原子の濃度勾配を、不純物原子の拡散方向において、10nm/dec.以下とすることにより、急峻な不純物濃度勾配を実現できる。
Furthermore, the concentration of impurity atoms introduced into the
以上の効果を総合すると、トンネル確率の高いチャネル領域、低欠陥密度を有するソース領域、および、急峻な不純物濃度勾配を有するトンネル接合領域を、大幅なコスト増大を招くことなく製造することが可能になる。 Combining the above effects, it is possible to manufacture a channel region with a high tunneling probability, a source region with a low defect density, and a tunnel junction region with a steep impurity concentration gradient without causing a significant cost increase. Become.
以下、実施例1、2と比較例のTFETを作成し、特性を比較した。実施例1のTFETは、積層半導体層120に第1層120a、第2層120bおよび第3層120cを有し、第2層120bとしてIn0.7Ga0.3As層を形成した例である。実施例2のTFETは、積層半導体層120に第1層120a、第2層120bおよび第3層120cを有し、第2層120bとしてInAs層を形成した例である。比較例のTFETは、積層半導体層120に第2層120bを有さない例である。
Hereafter, TFET of Example 1, 2 and a comparative example was created, and the characteristic was compared. The TFET of the first embodiment is an example in which the stacked
(実施例1のTFETの作成)
基板105としてInPウエハを使用し、積層半導体層120の第1層120aとしてIn0.53Ga0.47As層を、第2層120bとしてIn0.7Ga0.3As層を、第3層120cとしてIn0.53Ga0.47As層をMOCVD法を用いて形成した。第1層120a、第2層120bおよび第3層120cの各層の厚さは、それぞれ94nm、3nm、3nmとした。MOCVD法における成長温度は550℃、反応圧力は10kPa、成長速度は60nm/min、V族ガス/III族ガス供給比は100とした。ソース領域130の形成領域にスピン・オン・グラス法によりZn原子を添加し、活性化熱処理を500℃、1分の条件で行った。ゲート構造150のゲート絶縁体151としてALD法によるAl2O3層を3.5nmの厚さで堆積し、金属ゲート電極155としてTa膜を蒸着法により形成した。ドレイン領域160としてNi膜を形成し、InGaAsに対して合金化処理を行った。金属ソース電極135、金属ドレイン電極165としてPt膜を蒸着法により形成した。
(Preparation of TFET of Example 1)
An In 0.53 Ga 0.47 As layer is used as the
(実施例2のTFETの作成)
基板105としてInPウエハを使用し、積層半導体層120の第1層120aとしてIn0.53Ga0.47As層を、第2層120bとしてInAs層を、第3層120cとしてIn0.53Ga0.47As層をMOCVD法を用いて形成した。第1層120a、第2層120bおよび第3層120cの各層の厚さは、それぞれ94nm、3nm、3nmとした。MOCVD法における成長温度は550℃、反応圧力は10kPa、成長速度は60nm/min、V族ガス/III族ガス供給比は100とした。ソース領域130、ゲート構造150のゲート絶縁体151および金属ゲート電極155、ドレイン領域160、金属ソース電極135、金属ドレイン電極165は実施例1と同じとした。
(Preparation of TFET of Example 2)
Using the InP wafer as a
(比較例のTFETの作成)
基板105としてInPウエハを使用し、積層半導体層120に相当する半導体としてIn0.53Ga0.47As層をMOCVD法を用いて形成した。厚さは100nmとした。MOCVD法における成長温度は550℃、反応圧力は10kPa、成長速度は60nm/min、V族ガス/III族ガス供給比は100とした。ソース領域130、ゲート構造150のゲート絶縁体151および金属ゲート電極155、ドレイン領域160、金属ソース電極135、金属ドレイン電極165は実施例1と同じとした。
(Creating TFET of Comparative Example)
An InP wafer was used as the
(実施例1および実施例2の結晶評価)
実施例1および実施例2で作成した積層半導体層120を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し、結晶欠陥を評価した。また、周知の方法により組成および厚さの測定を行った。
(Crystal evaluation of Example 1 and Example 2)
The
実施例1における第1層120a(In0.53Ga0.47As)、第2層120b(In0.7Ga0.3As)および第3層120c(In0.53Ga0.47As)の膜厚およびIn組成は、それぞれ設計通りであった。また、TEM測定において、実施例1の第1層120a、第2層120bおよび第3層120cにおける結晶欠陥は観測されなかった。
The first layer 120a in Example 1 (In 0.53 Ga 0.47 As) , a second layer 120b (In 0.7 Ga 0.3 As) and the third layer 120c (In 0.53 Ga 0.47 As The film thickness and In composition of (a) were as designed respectively. Further, in the TEM measurement, crystal defects in the
実施例2における第1層120a(In0.53Ga0.47As)、第2層120b(InAs)および第3層120c(In0.53Ga0.47As)の膜厚およびIn組成は、それぞれ設計通りであった。また、TEM測定において、実施例2の第1層120a、第2層120bおよび第3層120cにおける結晶欠陥は観測されなかった。
The first layer 120a in Example 2 (In 0.53 Ga 0.47 As) , the thickness and In composition of the
(実施例1および実施例2のソース領域における濃度勾配)
2次イオン質量分析法(SIMS)により、実施例1のソース領域130におけるZn原子の濃度プロファイルを測定した。その結果、Zn原子の絶対濃度は4×1019cm−3であり、Zn原子の基板105に垂直方向の濃度勾配は、測定限界の3.5nm/dec.以下であった。同様に、実施例2のソース領域130におけるZn原子の濃度プロファイルを測定した。その結果、Zn原子の絶対濃度は4×1019cm−3であり、Zn原子の基板105に垂直方向の濃度勾配は、測定限界の3.5nm/dec.以下であった。
(Concentration gradient in source region of Example 1 and Example 2)
The concentration profile of Zn atoms in the
(実施例1、実施例2および比較例のTFETにおける電気特性)
実施例1、実施例2および比較例のそれぞれで作製した各TFETにおいて、Id−Vd特性、Id−Vg特性を測定した。図4は、Idの(Vg−Vth)に対する依存性を示す。Vthは、便宜的に、Idが1×10−11A/μmとなるVgと定義した。図5は、S.S.に対するIdの依存性を示す。
(Electrical Properties of TFETs of Example 1, Example 2 and Comparative Example)
The I d -V d characteristics and the I d -V g characteristics were measured in each of the TFETs manufactured in each of Example 1, Example 2 and Comparative Example. FIG. 4 shows the dependence of I d on (V g −V th ). V th is conveniently defined as V g such that I d is 1 × 10 −11 A / μm. FIG. S. Shows the dependence of I d on.
実施例1、実施例2および比較例の何れのTFETにおいても微分負性抵抗が観測され、トンネル現象によるTFETの動作が確認された。 In each of the TFETs of Example 1, Example 2 and Comparative Example, differential negative resistance was observed, and the operation of the TFET by tunneling was confirmed.
比較例のTFETにおいて、Vd=50mV、(Vg−Vth)=1VにおけるIdは、1.5×10−7A/μmであり、Id−Vgカーブは、ヒステリシス特性が十分小さことが確認された。S.S.の最小値は64mV/dec.であった。 In TFET of Comparative Example, V d = 50 mV, the I d in (V g -V th) = 1V , a 1.5 × 10 -7 A / μm, I d -V g curve, hysteresis characteristic is sufficiently It was confirmed to be small. S. S. The minimum value of is 64mV / dec. Met.
実施例1のTFETにおいて、Vd=50mV、(Vg−Vth)=1VにおけるIdは、1.9×10−7A/μmであり、Id−Vgカーブは、ヒステリシス特性が十分小さことが確認された。S.S.の最小値は57mV/dec.であった。また、電流値Idが1×10−13〜1×10−7の範囲内で全てのS.S.の値は比較例よりも低い値となった。 In TFET of embodiments 1, V d = 50 mV, the I d in (V g -V th) = 1V , a 1.9 × 10 -7 A / μm, I d -V g curve, hysteresis characteristic It was confirmed to be small enough. S. S. The minimum value of is 57 mV / dec. Met. All the S. current value I d is in the range of 1 × 10 -13 ~1 × 10 -7 S. The value of was lower than that of the comparative example.
実施例2のTFETにおいて、Vd=50mV、(Vg−Vth)=1VにおけるIdは、8×10−7A/μmであり、Id−Vgカーブは、ヒステリシス特性が十分小さことが確認された。S.S.の最小値は64mV/dec.であった。また、電流値Idが2×10−11〜1×10−7の範囲内で全てのS.S.の値は比較例よりも低い値となった。 In TFET of Example 2, V d = 50 mV, the I d in (V g -V th) = 1V , a 8 × 10 -7 A / μm, I d -V g curve, hysteresis characteristic is sufficiently small That was confirmed. S. S. The minimum value of is 64mV / dec. Met. Also, all S. Within current value I d is 2 × 10 -11 ~1 × 10 -7 S. The value of was lower than that of the comparative example.
実施例1および実施例2において、比較例よりも高い電流値Id、低いS.S.が得られた理由について考察する。 In Example 1 and Example 2, higher current value Id, lower S.O. S. We will consider the reason why we got
まず、比較例、実施例1、実施例2において、チャネル領域125における第2材料半導体120bのIn組成のみを変化させており、第1層120a、および第3層120cのIn組成、および膜厚は同じである。このことからチャネル領域125とゲート絶縁体151との、いわゆるMOS界面は比較例、実施例1、実施例2において、同じである。このため、実験で得られたTFETの電気特性の違いは、チャネル領域125の構成の違いと考えることができる。
First, in the comparative example, the example 1, and the example 2, only the In composition of the
InGaAsはIn組成が高くなる程バンドギャップと電子の有効質量が小さくなる特性を有する。InGaAsのIn組成xにおける、室温でのバンドギャップEgは、Eg={0.36+0.63(1−x)+0.43(1−x)2}eVで与えられる。この式から、In組成0.53のInGaAsのバンドギャップは0.75eVであり、In組成0.7のInGaAsのバンドギャップは0.59eVであり、InAsのバンドギャップは0.36eVと計算できる。一方、InGaAsのIn組成xにおける、室温での有効質量meは、me={0.023+0.037(1−x)+0.003(1−x)2}m0で与えられる。この式から、In組成0.53のInGaAsの有効質量は0.041m0であり、In組成0.7のInGaAsの有効質量は0.034m0であり、InAsの有効質量は0.023m0と計算できる。ここで、m0は、電子静止質量である。 InGaAs has a characteristic that the band gap and the effective mass of electrons become smaller as the In composition becomes higher. The band gap Eg at room temperature in the In composition x of InGaAs is given by Eg = {0.36 + 0.63 (1-x) +0.43 (1-x) 2 } eV. From this formula, the band gap of InGaAs of In composition 0.53 is 0.75 eV, the band gap of InGaAs of In composition 0.7 is 0.59 eV, and the band gap of InAs can be calculated to be 0.36 eV. On the other hand, the effective mass m e at room temperature in the In composition x of InGaAs is given by m e = {0.023 + 0.037 (1-x) +0.003 (1-x) 2 } m 0 . From this equation, the effective mass of InGaAs of In composition 0.53 is 0.041 m 0 , the effective mass of InGaAs of In composition 0.7 is 0.034 m 0 , and the effective mass of In As is 0.023 m 0 . It can be calculated. Here, m 0 is an electron rest mass.
このため、実施例1あるいは実施例2に示すように、第2層120bのIn組成が高いInGaAsあるいはInAsを適用することで、バンドギャップと電子の有効質量が小さくなり、トンネル確率の高いチャネル領域が実現され、TFETにおいて高い動作電流が実現したと考えることができる。
Therefore, as shown in the first embodiment or the second embodiment, by applying InGaAs or InAs having a high In composition of the
第2層120bにおいて膜厚が薄すぎると、トンネル電流密度を多く得られず、十分な効果を発揮しない。一方、膜厚が厚すぎると、高いIn組成のInGaAsあるいはInAsと、第2層120bよりも第1層120aの低いIn組成のInGaAsとの格子緩和による欠陥生成のため、オフ電流およびS.S.を増大させる。そこで、トンネル接合領域140以外の第1層120aにおいては、InGaAsのIn組成は低い方が望ましい。
If the film thickness of the
このため、実施例1あるいは実施例2に示すような第1層120aおよび第2層120bから構成される多層構造が有効である。
Therefore, a multilayer structure constituted of the
次に、第3層120cについて説明する。第3層120cはチャネル領域125およびゲート構造150の高品質化の機能を果たす材料である。第3層120cにおいて第2層120bよりもIn組成の低いInGaAsを用いると、チャネル領域125(積層半導体層120)は、いわゆる量子井戸型の構成となる。このような構成では、キャリアは量子井戸内に局在することになり、トンネル電流密度の向上が期待できる。一方で、量子井戸型の構成において、第2層120bの膜厚が1〜20nmの範囲では、量子効果のために、実効的なバンドギャップの値はバルク半導体よりも増大するため、トンネル確率が低減する。このため種々影響を考慮し、第1層120a、第2層120bおよび第3層120cの構成を決定する必要がある。
Next, the
実施例では、チャネル領域125がInGaAsで構成される場合についてのみ記述したが、他材料による構成も可能である。チャネル領域125がInGaAs以外から構成されるIII−V族材料、あるいはIV−IV族材料においても、第1層120a、第2層120b、を適切に設計することで同様の効果が期待できる。
Although the embodiment has been described only in the case where the
具体的には、チャネル領域125における第1層120a/第2層120bの組み合わせとして、InAlAs/InGaAs、InP/InGaAs、InP/InAs、GaSb/InSb、InGaSb/InSb、GaSb/InAs、InGaSb/InAs、AlAb/InAs、InGaN/InGaN、InGaN/InN、GaN/InN、Si/SiGe、SiGe/SiGe、SiGe/Ge、Ge/SnGe、SnGe/SnGe、SnGe/Sn、SiSn/SiSn、SiGeSn/Ge/Snおよびこれらの混晶化合物が挙げられる。
Specifically, as a combination of the
また、実施例1および実施例2において、比較例よりも高い電流値Id、低いS.S.が得られた別の理由について考察する。 Further, in Example 1 and Example 2, the current value Id higher than that of the comparative example, the lower S.V. S. We will consider another reason why we got
ZnのInGaAsに対する不純物濃度勾配はInGaAs特有にみられる現象である。このため、この不純物濃度勾配はIn組成に依存すると十分考えられる。つまり、In組成が高い半導体材料の場合、ソース領域130におけるZn不純物原子の基板105に垂直方向への濃度勾配は、In組成が低い場合よりも、より急峻である可能性がある。TFETにおいて、不純物原子の拡散は空間的に縦方向、横方向で等価と考え、ソース領域130とチャネル領域125の界面を形成するトンネル接合領域140における不純物の基板105に水平方向への濃度勾配は、ソース領域130におけるZn不純物原子の基板105に垂直方向の濃度勾配と同じであると考えて良い。このため、In組成が高いInGaAsにおいて、トンネル接合領域140のトンネル距離の低減および低欠陥による低リーク電流が実現した。
The impurity concentration gradient of Zn to InGaAs is a phenomenon that is unique to InGaAs. Therefore, it is sufficiently considered that this impurity concentration gradient depends on the In composition. That is, in the case of a semiconductor material with a high In composition, the concentration gradient in the direction perpendicular to the
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。また、第1層が第2層の「上方」にあるとは、第1層が第2層の上面に接して設けられる場合と、第1層の下面および第2層の上面の間に他の層が介在している場合とを含む。また、「上」、「下」等の方向を指す語句は、半導体基板および半導体デバイスにおける相対的な方向を示しており、地面等の外部の基準面に対する絶対的な方向を指すものではない。 The execution order of each process such as operations, procedures, steps, and steps in the apparatuses, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly “before”, “preceding” It is to be noted that “it is not explicitly stated as“ etc. ”and can be realized in any order as long as the output of the previous process is not used in the later process. With regard to the flow of operations in the claims, the specification and the drawings, even if it is described using “first,” “next,” etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing. Also, that the first layer is "above" the second layer means that the first layer is provided in contact with the upper surface of the second layer, and between the lower surface of the first layer and the upper surface of the second layer And the case where there are intervening layers. Further, the terms such as “upper” and “lower” indicate relative directions in the semiconductor substrate and the semiconductor device, and do not indicate absolute directions with respect to an external reference plane such as the ground.
100…TFET、105…基板、110…バッファ層、120…積層半導体層、120a…第1層、120b…第2層、120c…第3層、125…チャネル領域、130…ソース領域、135…金属ソース電極、140…トンネル接合領域、150…ゲート構造、151…ゲート絶縁体、155…金属ゲート電極、160…ドレイン領域、165…金属ドレイン電極。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記基板の上に位置する積層半導体層と、
前記積層半導体層に形成された第1伝導型を示すソース領域と、
前記積層半導体層に形成された、前記第1伝導型とは逆の第2伝導型を示すドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域に電界を印加するゲート構造と、を有し、
前記ソース領域、前記チャネル領域および前記ドレイン領域が、前記積層半導体層の表面に沿った方向に並んで位置するトンネル電界効果トランジスタであって、
前記積層半導体層が、第1半導体からなる第1層と、前記第1層より前記基板から遠くに位置する、第2半導体からなる厚さが1〜3nmの第2層とを有し、
前記第2半導体のバンドギャップが、前記第1半導体のバンドギャップより小さい
トンネル電界効果トランジスタ。 A substrate,
A stacked semiconductor layer located on the substrate;
A source region exhibiting a first conductivity type formed in the laminated semiconductor layer;
A drain region formed in the stacked semiconductor layer and exhibiting a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
A gate structure for applying an electric field to a channel region between the source region and the drain region;
A tunnel field effect transistor in which the source region, the channel region, and the drain region are positioned side by side in a direction along a surface of the laminated semiconductor layer,
The laminated semiconductor layer includes a first layer made of a first semiconductor, and a second layer made of a second semiconductor, which is located farther from the substrate than the first layer, and has a thickness of 1 to 3 nm.
A tunnel field effect transistor, wherein a band gap of the second semiconductor is smaller than a band gap of the first semiconductor.
前記第1伝導型がp型である場合、前記第1半導体より前記第2半導体の伝導帯下端の電子エネルギーレベルが低い、
請求項1に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 When the first conductivity type is n-type, the electron energy level at the top of the valence band of the second semiconductor is higher than that of the first semiconductor,
When the first conductivity type is p-type, the electron energy level at the lower end of the conduction band of the second semiconductor is lower than that of the first semiconductor.
The tunnel field effect transistor according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 The tunnel field effect transistor according to claim 1, wherein the first semiconductor and the second semiconductor are group III-V semiconductors.
前記第2半導体が、Inx2Ga1−x2Asからなり、
前記第1半導体のIn組成x1が、前記第2半導体のIn組成x2より小さい
請求項3に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 The first semiconductor is made of In x 1 Ga 1-x 1 As,
The second semiconductor is made of In x 2 Ga 1-x 2 As.
The tunnel field effect transistor according to claim 3, wherein an In composition x1 of the first semiconductor is smaller than an In composition x2 of the second semiconductor.
前記第3半導体のバンドギャップが、前記第2半導体のバンドギャップとは異なる
請求項1から請求項4の何れか一項に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 The laminated semiconductor layer further includes a third layer made of a third semiconductor, which is located farther from the substrate than the second layer,
The tunnel field effect transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein a band gap of the third semiconductor is different from a band gap of the second semiconductor.
請求項5に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 The tunnel field effect transistor according to claim 5, wherein the third semiconductor and the second semiconductor have different electron energy levels at the upper end of the valence band or the electron energy level at the lower end of the conduction band.
請求項5または請求項6に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 The tunnel field effect transistor according to claim 5, wherein the first semiconductor, the second semiconductor, and the third semiconductor are group III-V semiconductors.
前記第2半導体が、Inx2Ga1−x2Asからなり、
前記第3半導体が、Inx3Ga1−x3Asからなり、
前記第1半導体のIn組成x1が、前記第2半導体のIn組成x2より小さく、
前記第3半導体のIn組成x3が、前記第2半導体のIn組成x2と異なる
請求項7に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 The first semiconductor is made of In x 1 Ga 1-x 1 As,
The second semiconductor is made of In x 2 Ga 1-x 2 As.
The third semiconductor comprises In x 3 Ga 1-x 3 As,
The In composition x1 of the first semiconductor is smaller than the In composition x2 of the second semiconductor,
The tunnel field effect transistor according to claim 7, wherein an In composition x3 of the third semiconductor is different from an In composition x2 of the second semiconductor.
前記不純物原子の濃度勾配が、前記不純物原子の拡散方向において、10nm/dec.以下である
請求項1から請求項8の何れか一項に記載のトンネル電界効果トランジスタ。 The concentration of impurity atoms introduced into the source region is 1 × 10 19 cm −3 or more,
In the diffusion direction of the impurity atoms, the concentration gradient of the impurity atoms is 10 nm / dec. The tunnel field effect transistor according to any one of claims 1 to 8, which is as follows.
前記基板の上に、前記第1層および前記第2層を含む前記積層半導体層をエピタキシャル成長法により形成する工程と、
前記積層半導体層の一部に前記ソース領域を形成する工程と、
前記積層半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記ソース領域を平面視した場合の前記ソース領域に隣接する位置であって前記絶縁層の上に、前記ゲート構造を形成する工程と、
前記ソース領域および前記ゲート構造を平面視した場合の前記ゲート構造を挟んだ前記ソース領域に対向する位置であって前記積層半導体層の一部に、前記ドレイン領域を形成する工程と、
を有するトンネル電界効果トランジスタの製造方法。 A method of manufacturing a tunnel field effect transistor according to any one of claims 1 to 9, wherein
Forming the laminated semiconductor layer including the first layer and the second layer on the substrate by an epitaxial growth method;
Forming the source region in a part of the laminated semiconductor layer;
Forming an insulating layer on the laminated semiconductor layer;
Forming the gate structure on the insulating layer at a position adjacent to the source region in plan view of the source region;
Forming the drain region in a part of the laminated semiconductor layer at a position opposite to the source region and the source region sandwiching the gate structure when the source region and the gate structure are viewed in plan;
A method of manufacturing a tunnel field effect transistor.
前記不純物原子として、濃度の高い部分での拡散係数が濃度の低い部分の拡散係数より高い値を示す原子を用いる
請求項10に記載のトンネル電界効果トランジスタの製造方法。 In the step of forming the source region, the source region is formed by thermally diffusing impurity atoms;
The method for manufacturing a tunnel field effect transistor according to claim 10, wherein an atom whose diffusion coefficient in a high concentration part exhibits a value higher than that of a low concentration part is used as the impurity atom.
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