JPH05243567A - Mis type transistor element - Google Patents

Mis type transistor element

Info

Publication number
JPH05243567A
JPH05243567A JP7627992A JP7627992A JPH05243567A JP H05243567 A JPH05243567 A JP H05243567A JP 7627992 A JP7627992 A JP 7627992A JP 7627992 A JP7627992 A JP 7627992A JP H05243567 A JPH05243567 A JP H05243567A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
substrate
monocrystal
silicon
type transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7627992A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsugi Irinoda
貢 入野田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd, Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Priority to JP7627992A priority Critical patent/JPH05243567A/en
Publication of JPH05243567A publication Critical patent/JPH05243567A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the transistor characteristics by providing a monocrystal insulation film of cubic system or tetragonal system formed as a gate insulation film by heteroepitaxial growth on a monocrystal silicon substrate and by setting the difference less than 3 % between its lattice constant and that of the monocrystal silicon substrate. CONSTITUTION:A monocrystal insulation layer 102 of cubic system or tetragonal system formed by the heteroepitaxial growth and having a lattice constant coinciding with that of the monocrystal substrate 101 is provided on a silicon monocrystal substrate 101. A gate wiring layer 103 is provided on the monocrystal insulation layer 102. Composition of the monocrystal insulation layer 102 is (Y2O3)m (ZrO2)n (m=0.09, n=1-m) or (CaF2)m (CdF2)n (m=0.58, n=1-m). By doing this, a decrease in degree of movement of the transistor element and deterioration of switching characteristics can be reduced and the characteristics can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、MIS型トランジスタ素子の分
野に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of MIS type transistor devices.

【0002】[0002]

【従来技術】単結晶半導体基板にMIS型トランジスタ
を形成する際のゲート絶縁膜としては、非晶質の酸化シ
リコン膜、窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜と
窒化シリコン膜の組合せ、さらには誘電率が酸化シリコ
ン膜よりも高い双結晶のPZT〔Pb(Zi,Ti)O
3〕,LiNbO3,BaMgF4,SrTiO3,Bi4
Ti312,TaOx等がある。また、単結晶シリコン
基板上にMgAl24膜又はMgAl24膜とMgOと
の積層膜を設け、さらに電気光学効果を持つ強誘電帯膜
を設けた光変調器(特開昭62−39825)、シリコ
ン基板上にMgAl24膜およびPtのエピタキシャル
膜を形成し、さらにペロブスカイト型構造を持つ誘電体
膜を形成した誘電体薄膜デバイス用基板(特開昭63−
55198)、シリコン単結晶上にCaF2とSrF2
エピタキシャル成長させ、その上にPbTiO3膜を配
向性よく形成した報告〔JJAP vol,24(19
85)Supplement24−2,pp619−6
21〕等がある。単結晶半導体基板上に構築する電子能
動デバイスの1つに、MIS型トランジスタがあり、特
に絶縁層に酸化シリコン膜を用いる場合は、MOS型ト
ランジスタと云う。現在まで、このMOS型トランジス
タの発展の歴史の中で、酸化膜と半導体との間の界面の
研究が数多く行われてきた。その中で、酸化膜と半導体
との界面には、界面準位とよばれるデバイス特性に悪影
響を与える準位が多数存在し、その準位がMOSトラン
ジスタの動作に悪影響を与えることは良く知られてい
る。この界面準位の形成の大部分の原因は、酸化シリコ
ン膜は、シリコン単結晶基板の酸素雰囲気による熱酸化
によって形成されるが、本質的に非晶質の酸化膜であ
り、そのために単結晶と非晶質の界面には多数の未結合
手(ダングリングボンド)が存在し、その存在によるも
のである。この問題点を解決するために、従来上記の未
結合手を水素等の原子により終端することによって、界
面準位を低下させることが一般的に行われている。しか
し、この手法によっては、一度ダングリングボンドと結
合した水素原子が熱処理により脱離したり、ひきつづい
てなされる熱処理工程によって新たに生ずる単結晶基板
での格子欠陥によるダングリングボンドの新たな形成等
が原因となり、大幅な界面準位の減少は、非常に不可能
であった。また、近年デバイスサイズの縮少化が大きく
進んで来ており、それにともなってゲート絶縁膜の薄膜
化が進んできており、薄膜化に伴い電源電圧が低下の傾
向にある。しかしながら、酸化シリコン薄膜をゲート絶
縁膜として使用した場合に、トランジスタのチャンネル
を形成するのに必要な電圧を印加するとゲートリークが
生じたり、絶縁破壊がおき、薄膜化には限度があった。
これは酸化シリコン膜の誘電率が4と比較的小さいため
であり、従来はこの問題を解消するために高誘電率のT
aO2やPb(Zi,Ti)O3等の強誘電率材料をゲー
ト絶縁膜に利用してきた。しかしながら、これら強誘電
率材料のゲート絶縁膜も、MOCVD法やスパッタ法に
より形成するので、シリコン表面との界面には多数の界
面準位が存在していた。
2. Description of the Related Art As a gate insulating film for forming a MIS transistor on a single crystal semiconductor substrate, an amorphous silicon oxide film, a silicon nitride film, a combination of a silicon oxide film and a silicon nitride film, or a dielectric constant is used. Of PZT [Pb (Zi, Ti) O, which has a higher crystallinity than the silicon oxide film
3 ], LiNbO 3 , BaMgF 4 , SrTiO 3 , Bi 4
There is Ti 3 O 12, TaOx, or the like. Further, an optical modulator provided with a MgAl 2 O 4 film or a laminated film of MgAl 2 O 4 film and MgO on a single crystal silicon substrate and further provided with a ferroelectric band film having an electro-optical effect (Japanese Patent Laid-Open No. 62- 39825), a substrate for a dielectric thin film device in which an MgAl 2 O 4 film and a Pt epitaxial film are formed on a silicon substrate, and a dielectric film having a perovskite structure is further formed (JP-A-63-
55198), CaF 2 and SrF 2 were epitaxially grown on a silicon single crystal, and a PbTiO 3 film was formed thereon with good orientation [JJAP vol, 24 (19
85) Supplement 24-2, pp619-6
21] etc. One of electronic active devices constructed on a single crystal semiconductor substrate is a MIS transistor, and when a silicon oxide film is used for an insulating layer, it is called a MOS transistor. To date, much research has been conducted on the interface between the oxide film and the semiconductor in the history of the development of this MOS transistor. Among them, there are many levels called interfacial levels that adversely affect device characteristics at the interface between the oxide film and the semiconductor, and it is well known that the levels adversely affect the operation of the MOS transistor. ing. Most of the cause of the formation of the interface state is that the silicon oxide film is formed by thermal oxidation of the silicon single crystal substrate in an oxygen atmosphere, but it is an essentially amorphous oxide film, and therefore the single crystal is formed. There are many dangling bonds (dangling bonds) at the interface between the and amorphous, and this is due to the existence thereof. In order to solve this problem, it has been generally practiced to reduce the interface state by terminating the dangling bond with an atom such as hydrogen. However, depending on this method, hydrogen atoms once bonded to dangling bonds are desorbed by heat treatment, or new formation of dangling bonds due to lattice defects in a single crystal substrate newly generated by a heat treatment process that is continuously performed. As a result, it was extremely impossible to significantly reduce the interface state. Further, in recent years, the device size has been greatly reduced, and accordingly, the gate insulating film has been made thinner, and the power supply voltage tends to be reduced as the thickness is reduced. However, when a silicon oxide thin film is used as a gate insulating film, when a voltage required to form a channel of a transistor is applied, gate leakage occurs or dielectric breakdown occurs, and there is a limit to thinning.
This is because the silicon oxide film has a relatively low dielectric constant of 4, and conventionally, in order to solve this problem, a high dielectric constant T
Ferroelectric materials such as aO 2 and Pb (Zi, Ti) O 3 have been used for the gate insulating film. However, since the gate insulating film of these ferroelectric materials is also formed by the MOCVD method or the sputtering method, many interface states exist at the interface with the silicon surface.

【0003】[0003]

【目的】本発明は上記の界面準位の問題点を解消し、高
性能したMIS型トランジスタ素子の提供を目的とする
ものである。
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of interface states and to provide a high performance MIS transistor element.

【0004】[0004]

【構成】本発明は、シリコン単結晶基板上に、単結晶絶
縁層、ゲート電極およびソース・ドレイン部等を有する
MIS(Metal Insulator Semic
onductor)型トランジスタ素子において、ゲー
ト絶縁膜が単結晶シリコン基板上にヘテロエピタキシャ
ルにより形成された単結晶絶縁層であり、かつ該単結晶
が立方晶または正方晶であり、さらにその格子定数がシ
リコン単結晶基板のそれと一致しているものであること
を特徴とするMIS型トランジスタに関する。
According to the present invention, a MIS (Metal Insulator Semiconductor) having a single crystal insulating layer, a gate electrode, a source / drain portion, etc. on a silicon single crystal substrate.
In the transistor type transistor device, the gate insulating film is a single crystal insulating layer formed by heteroepitaxial growth on a single crystal silicon substrate, the single crystal is cubic or tetragonal, and the lattice constant is silicon single crystal. The present invention relates to a MIS type transistor which is the same as that of a crystal substrate.

【0005】本発明のMIS型トランジスタの構成につ
いて図1にもとづいて説明する。図1は、本発明のMI
S型トランジスタの基本的な構成を示す。シリコン単結
晶基板101は、厚み350μm〜850μm、好まし
くは400μm〜600μmのシリコン単結晶基板であ
って、面配向は(100)又は(111)の単結晶半導
体基板である。前記面配向は、ヘテロエピタキシャルさ
せる単結晶絶縁物の素材の種類によって決定される。シ
リコン単結晶基板上に、厚さ50Å〜2000Å、好ま
しくは100Å〜1000Åの格子定数が単結晶基板の
それと一致する5.430Åである立方晶または正方晶
の単結晶絶縁層102を設ける。該層の格子定数は、シ
リコンの格子定数とのミスマッチが0のものである。該
単結晶絶縁層は、MOCVD法、スパッタ法、MBE
法、ALE法、EB蒸着法、あるいはこれらの手段を組
み合わせた方法で形成される。該単結晶絶縁層の素材と
しては、例えばフッ化物、酸化物等を含む混晶体が挙げ
られ、YSZ(Yttria−Stabilized
Zirconia)、(Ca,Cd)F2等があるが、
これらのものに限定されるものではなく、シリコン単結
晶と格子定数が一致する混晶体であればよい。前記単結
晶絶縁層102上には、ゲート配線層103が存在す
る。ゲート配線層103は、ドープトpoly−シリコ
ンやアルミニウム金属、その他の材料からなり、蒸着
法、CVD法、スパッタ法等により、厚さ1000Å〜
1μm、好ましくは2000Å〜5000Åに形成され
たものである。前記ゲート配線層103上には、トラン
ジスタのソース・ドレイン部分104が存在する。ソー
ス・ドレイン部分は、Nチャンネルトランジスタにおい
ては、周期率表の第5族の原子(P,As,Sb)が高
濃度にイオン注入法、気相拡散法または塗布拡散法等に
よって、またPチャンネルトランジスタにおいては周期
率表の第3族の原子(B,Al,Ga,In)が高濃度
にイオン注入法、気相拡散法または塗布拡散法等によっ
てドーピングされている部分である。
The structure of the MIS type transistor of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the MI of the present invention.
The basic structure of an S-type transistor is shown. The silicon single crystal substrate 101 is a silicon single crystal substrate having a thickness of 350 μm to 850 μm, preferably 400 μm to 600 μm, and a plane orientation of (100) or (111). The plane orientation is determined by the kind of material of the single crystal insulator to be heteroepitaxially grown. On the silicon single crystal substrate, a cubic or tetragonal single crystal insulating layer 102 having a thickness of 50Å to 2000Å, preferably 100Å to 1000Å and a lattice constant of 5.430Å which matches that of the single crystal substrate is provided. The lattice constant of the layer has zero mismatch with the lattice constant of silicon. The single crystal insulating layer is formed by MOCVD, sputtering, MBE.
Method, ALE method, EB vapor deposition method, or a method combining these means. Examples of the material of the single crystal insulating layer include a mixed crystal including a fluoride, an oxide, and the like, and YSZ (Ytria-Stabilized).
Zirconia), (Ca, Cd) F 2 etc.,
The material is not limited to these, and any mixed crystal having a lattice constant matching that of a silicon single crystal may be used. A gate wiring layer 103 is present on the single crystal insulating layer 102. The gate wiring layer 103 is made of doped poly-silicon, aluminum metal, or other material, and has a thickness of 1000 Å by a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, or the like.
It is formed in a thickness of 1 μm, preferably 2000 Å to 5000 Å. Source / drain portions 104 of the transistor are present on the gate wiring layer 103. In the N-channel transistor, the source / drain portions are formed by the ion implantation method, the vapor phase diffusion method, the coating diffusion method, or the like with a high concentration of group 5 atoms (P, As, Sb) in the periodic table, and the P channel. In the transistor, a group 3 atom (B, Al, Ga, In) in the periodic table is doped at a high concentration by an ion implantation method, a vapor phase diffusion method, a coating diffusion method, or the like.

【0006】次に、本発明のMIS型トランジスタの具
体的な構成およびその製造法を図2および図3に基づい
て、実施例として説明する。 実施例1 図2を用いて説明する。201は、シリコン単結晶基板
であってp−type面方位(100)、抵抗率10〜
15Ω・cmの基板である。この基板を、LOCOS法
により素子分離する。フィールド酸化膜202の厚さは
5000Åである。次に、基板201上の自然酸化膜を
除去するためにHF溶液で1分処理した。処理した基板
201を真空チャンバー内へセットし、基板温度800
℃で電子ビーム蒸着(E−B蒸着)法により(Y23
m(ZrO2)n(n=1−m)膜を膜厚300Åヘテ
ロエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長中O
2を2sccm流し雰囲気をO2雰囲気にし、ZrO,Z
r,YO又はYを酸化雰囲気でE−B蒸着することによ
って、単結晶絶縁膜203を得た。しかし、フィールド
酸化膜202上に成長した部分203−1は多結晶のも
のであった。ここで得た単結晶絶縁膜203は(Y
23)m(ZrO2)nであり、m=0.09,n=1
−mの時、Siとの格子定数が一致した。シリコンとの
格子定数が一致しているかどうかをX線回折装置により
評価し、RHEEDにより立方晶であることを確認し
た。この単結晶絶縁膜203の成長速度は4nm/mi
nであった。単結晶Si基板201とヘテロエピタキシ
ャル成長した単結晶絶縁膜203(Y23)m(ZrO
2)n(m=0.09,n=1−m)との界面準位を評
価するためにQusi−CVを測定した結果、界面準位
密度は5×109cm-2・ev-1であった。この値は、
従来のSi−SiO2界面の界面準位の2×1010cm
-2・ev-1より良好な値となっていることがわかった。
又、同時に誘電率を求めると18の値が得られ、SiO
2の4の値と比較して、4倍以上高い値が得られた。次
に、ドープトpoly−シリコン204をLPCVD法
により基板温度625℃、圧力0.5Torrで300
0Å堆積した。その後、通常のホトリソグラフィー法を
用いてパターニングし、セルフアラインにてRIEによ
りエッチングを行い、MIS型トランジスタ構造を形成
した。その後、イオン注入法を用いてリンを1×1017
cm-2注入し、ソース・ドレイン領域205を形成し、
活性化アニールを900℃30分行った。最後にAlメ
タル配線206を行い完成した。トランジスタサイズ
は、W/L=40/10μmのものである。完成した単
一素子を測定した所、Vg−Id特性におけるサブスレ
ッシュホールド特性が良好であって、40mV/dec
adeであった。従来のMOSトランジスタの場合と、
本発明のMIS型トランジスタのゲート絶縁物を用いた
場合のサブスレッシュホールド特性と、界面準位密度を
表1に示す。なお、サブスレッシュホールド特性の値が
低いほど界面準位が低く、従来のMOSトランジスタに
比較して、本発明のMIS型トランジスタは良好なサブ
スレッシュホールド特性を持つことがわかる。
Next, a specific structure of the MIS transistor of the present invention and a manufacturing method thereof will be described as an embodiment based on FIGS. 2 and 3. Example 1 will be described with reference to FIG. A silicon single crystal substrate 201 has a p-type plane orientation (100) and a resistivity of 10 to 10.
It is a substrate of 15 Ω · cm. This substrate is separated into elements by the LOCOS method. The thickness of the field oxide film 202 is 5000Å. Next, in order to remove the natural oxide film on the substrate 201, the substrate was treated with an HF solution for 1 minute. The processed substrate 201 is set in the vacuum chamber, and the substrate temperature is set to 800.
(Y 2 O 3 ) by electron beam evaporation (EB evaporation) method at ℃
The m (ZrO 2 ) n (n = 1-m) film was heteroepitaxially grown to a film thickness of 300Å. O during epitaxial growth
2 at a flow rate of 2 sccm to make the atmosphere an O 2 atmosphere.
A single crystal insulating film 203 was obtained by EB vapor-depositing r, YO, or Y in an oxidizing atmosphere. However, the portion 203-1 grown on the field oxide film 202 was polycrystalline. The single crystal insulating film 203 obtained here is (Y
2 O 3 ) m (ZrO 2 ) n, and m = 0.09, n = 1.
When −m, the lattice constant was the same as that of Si. It was evaluated by an X-ray diffractometer whether or not the lattice constants of silicon were the same, and it was confirmed by RHEED that it was a cubic crystal. The growth rate of this single crystal insulating film 203 is 4 nm / mi.
It was n. A single crystal Si substrate 201 and a single crystal insulating film 203 (Y 2 O 3 ) m (ZrO 2 ) heteroepitaxially grown.
2 ) As a result of measuring Qusi-CV in order to evaluate the interface state with n (m = 0.09, n = 1-m), the interface state density was 5 × 10 9 cm −2 · ev −1. Met. This value is
2 × 10 10 cm of the interface level of the conventional Si-SiO 2 interface
It was found that the value was better than -2 · ev −1 .
Further, when the dielectric constant is calculated at the same time, a value of 18 is obtained.
A value more than 4 times higher than that of 4 in 2 was obtained. Next, the doped poly-silicon 204 is deposited by LPCVD at a substrate temperature of 625 ° C. and a pressure of 0.5 Torr for 300 times.
0Å accumulated. After that, patterning was performed using a normal photolithography method, and etching was performed by RIE by self-alignment to form a MIS type transistor structure. After that, 1 × 10 17 phosphorus is used by using an ion implantation method.
cm −2 implantation to form source / drain regions 205,
Activation annealing was performed at 900 ° C. for 30 minutes. Finally, Al metal wiring 206 was formed and completed. The transistor size is W / L = 40/10 μm. When the completed single device was measured, it was found that the subthreshold characteristic in the Vg-Id characteristic was good, and it was 40 mV / dec.
It was ade. In case of conventional MOS transistor,
Table 1 shows the sub-threshold characteristics and the interface state density when the gate insulator of the MIS transistor of the present invention is used. It should be noted that the lower the subthreshold characteristic value is, the lower the interface state is, and it is understood that the MIS transistor of the present invention has a better subthreshold characteristic as compared with the conventional MOS transistor.

【0007】実施例2 図3を用いて本発明の別の実施例を説明する。シリコン
単結晶基板301はn−type面方位(111)、抵
抗率20〜30Ωcmの基板である。この基板を通常の
LOCOS法により素子分離する。フィールド酸化膜3
02の厚さは6000Åである。次に、基板上の自然酸
化膜を除去するためにHF溶液で1分処理した。処理し
た基板を真空チャンバー内へセットし、真空度1×10
-11Torrまで排気し、基板温度600℃で(Ca
2)m(CdF2)n(n=1−m)膜を膜厚500Å
ヘテロエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長
した膜の原料として、CaF2,CdF2を用い、同時に
E−Bガンからの電子を照射し、各々の電子線エミッシ
ョン電流を調整することにより組成制御を行った。その
結果、単結晶絶縁膜303を得た。しかしフィールド酸
化膜上に成長した部分303−1は多結晶であった。こ
こで得た単結晶絶縁膜303は(CaF2)m(Cd
2)nであり、m=0.58,n=1−mの時、Si
との格子定数が一致した。Siとの格子定数が一致して
いるかどうかをX線回折装置により評価し、RHEED
により立方晶であることを確認した。この単結晶絶縁膜
303の成長速度は50Å/minであった。単結晶シ
リコン基板301とヘテロエピタキシャル成長した単結
晶絶縁膜303(CaF2)m(CdF2)n(m=0.
58,n=1−m)との界面準位を評価するためにQu
si−CVを測定した結果、界面準位密度が6×109
cm-2,ev-1であった。この値は、従来のSi−Si
2界面の界面準位の2×1010cm-2,ev-1より良好
な値となっていることがわかった。その後ドープトpo
ly−シリコン304をLPCVD法により基板温度6
25℃、圧力0.5Torrで3500Å堆積した。そ
の後、通常のホトリソグラフィー法を用いてパターニン
グし、セルフアラインにてRIEによりエッチングを行
い、MIS型トランジスタ構造を形成した。その後、イ
オン注入法を用いてホウ素を1×1017cm-2注入し、
ソース・ドレイン領域305を形成し、活性化アニール
を900℃30分行った。最後にAlメタル配線306
を行い完成した。トランジスタサイズは、W/L=60
/5μmのものである。完成した単一素子を測定した
所、Vg−Id特性におけるサブスレッシュホールド特
性が良好であって、53mV/decadeであった。
従来のMOSトランジスタの場合と、本発明のMIS型
トランジスタのゲート絶縁物を用いた場合のサブスレッ
シュホールド特性と、本発明のMIS型トランジスタの
ゲート単結晶絶縁物を用いた場合のサブスレッシュホー
ルド特性と界面準位密度を表2に示す。なお、サブスレ
ッシュホールド特性は値が低いほど界面準位が低く、従
来のMOSドランジスタに比較して、本発明のMIS型
トランジスタは良好なサブスレッシュホールド特性を持
つことがわかる。
Second Embodiment Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The silicon single crystal substrate 301 is a substrate having an n-type plane orientation (111) and a resistivity of 20 to 30 Ωcm. This substrate is separated into elements by the usual LOCOS method. Field oxide film 3
The thickness of 02 is 6000Å. Next, the substrate was treated with an HF solution for 1 minute to remove the native oxide film on the substrate. Set the processed substrate in the vacuum chamber and set the degree of vacuum to 1 × 10.
-Evacuate to -11 Torr, and at substrate temperature 600 ℃ (Ca
F 2 ) m (CdF 2 ) n (n = 1-m) film with a film thickness of 500Å
Heteroepitaxial growth was performed. CaF 2 and CdF 2 were used as raw materials for the epitaxially grown film, and at the same time, electrons from the EB gun were irradiated, and the electron beam emission currents were adjusted to control the composition. As a result, a single crystal insulating film 303 was obtained. However, the portion 303-1 grown on the field oxide film was polycrystalline. The single crystal insulating film 303 obtained here is (CaF 2 ) m (Cd
F 2 ) n, and when m = 0.58 and n = 1-m, Si
The lattice constants of and were in agreement. Whether or not the lattice constants of Si match with each other was evaluated by an X-ray diffractometer, and RHEED
It was confirmed to be cubic by. The growth rate of the single crystal insulating film 303 was 50 Å / min. A single crystal insulating film 303 (CaF 2 ) m (CdF 2 ) n (m = 0.
58, n = 1-m) to evaluate the interface state
As a result of measuring si-CV, the interface state density was 6 × 10 9.
It was cm -2 , ev -1 . This value is
It was found that the value was better than the interface level of the O 2 interface of 2 × 10 10 cm -2 , ev -1 . Then doped po
The substrate temperature of ly-silicon 304 was set to 6 by LPCVD.
3500Å was deposited at 25 ° C and a pressure of 0.5 Torr. After that, patterning was performed using a normal photolithography method, and etching was performed by RIE by self-alignment to form a MIS type transistor structure. After that, 1 × 10 17 cm −2 of boron is implanted by using the ion implantation method,
A source / drain region 305 was formed and activation annealing was performed at 900 ° C. for 30 minutes. Finally, Al metal wiring 306
Was completed. Transistor size is W / L = 60
/ 5 μm. When the completed single element was measured, the subthreshold characteristic in the Vg-Id characteristic was good, and it was 53 mV / decade.
Sub-threshold characteristics in the case of the conventional MOS transistor, in the case of using the gate insulator of the MIS type transistor of the present invention, and in sub-threshold characteristics of the case of using the gate single crystal insulator of the MIS type transistor of the present invention Table 2 shows the interface state density. It should be noted that the lower the sub-threshold characteristic, the lower the interface state, and the MIS transistor of the present invention has a better sub-threshold characteristic than the conventional MOS transistor.

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【0008】本発明のMIS型トランジスタ素子におい
ては、ゲート絶縁層が単結晶シリコン基板からヘテロエ
ピタキシャル成長した単結晶絶縁層であり、かつ、その
格子定数が単結晶シリコン基板の格子定数と一致してい
ることにより、ダングリングボンドが著しく減少し、そ
のために界面準位密度が著しく減少する。したがって、
トランジスタ素子の移動度の低下、スイッチング特性の
劣化等が減少し、トランジスタ特性の向上が可能とな
る。
In the MIS type transistor device of the present invention, the gate insulating layer is a single crystal insulating layer heteroepitaxially grown from the single crystal silicon substrate, and its lattice constant matches the lattice constant of the single crystal silicon substrate. As a result, dangling bonds are significantly reduced, and thus the interface state density is significantly reduced. Therefore,
It is possible to improve transistor characteristics by reducing mobility of transistor elements, deterioration of switching characteristics, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のMIS型トランジスタの基本的な構成
をモデル的に示す断面図である。
FIG. 1 is a model cross-sectional view showing the basic structure of a MIS transistor of the present invention.

【図2】本発明の1実施例のMIS型トランジスタの各
製造工程をモデル的に示した断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing each manufacturing process of the MIS type transistor of one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施例のMIS型トランジスタの
各製造工程をモデル的に示した断面図である。
FIG. 3 is a model cross-sectional view showing each manufacturing process of the MIS transistor of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 シリコン単結晶基板 102 単結晶絶縁層 103 ゲート電極 104 ソース・ドレイン部 201 シリコン単結晶基板 202 フィールド酸化膜 203 単結晶絶縁膜 (Y23)m(ZrO2)n(m=0.09,n=1−
m) 204 ドープトpoly−シリコンゲート 205 ソース・ドレイン領域 206 Alメタル配線 301 シリコン単結晶基板 302 フィールド酸化膜 303 単結晶絶縁膜 (CaF2)m(CdF2)n(m=0.52,n=1−
m) 303−1 多結晶絶縁膜 (CaF2)m(CdF2)n(m=0.52,n=1−
m) 304 ドープトpoly−シリコンゲート 305 ソース・ドレイン領域 306 Alメタル配線
101 Silicon Single Crystal Substrate 102 Single Crystal Insulating Layer 103 Gate Electrode 104 Source / Drain 201 Silicon Single Crystal Substrate 202 Field Oxide Film 203 Single Crystal Insulating Film (Y 2 O 3 ) m (ZrO 2 ) n (m = 0.09 , N = 1-
m) 204 doped poly-silicon gate 205 source / drain region 206 Al metal wiring 301 silicon single crystal substrate 302 field oxide film 303 single crystal insulating film (CaF 2 ) m (CdF 2 ) n (m = 0.52, n = 1-
m) 303-1 polycrystalline insulating film (CaF 2) m (CdF 2 ) n (m = 0.52, n = 1-
m) 304 doped poly-silicon gate 305 source / drain region 306 Al metal wiring

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン単結晶基板を母材としたMIS
(Metal Insulator Semicond
uctor)型トランジスタ素子において、ゲート絶縁
膜がシリコン単結晶基板上にヘテロエピタキシャル成長
により形成された単結晶絶縁層であり、かつ該単結晶が
立方晶または正方晶であり、さらにその格子定数とシリ
コン単結晶基板の格子定数との相違が3%以下であるこ
とを特徴とするMIS型トランジスタ素子。
1. A MIS using a silicon single crystal substrate as a base material.
(Metal Insulator Semiconductor
In the transistor type transistor device, the gate insulating film is a single crystal insulating layer formed by heteroepitaxial growth on a silicon single crystal substrate, and the single crystal is a cubic crystal or a tetragonal crystal. A MIS type transistor device characterized in that the difference from the lattice constant of the crystal substrate is 3% or less.
【請求項2】 前記単結晶層絶縁層と単結晶基板の格子
定数が一致しているものである請求項1記載のMIS型
トランジスタ素子。
2. The MIS transistor element according to claim 1, wherein the single crystal layer insulating layer and the single crystal substrate have the same lattice constant.
【請求項3】 前記単結晶絶縁層の単結晶の組成が、
(Y23)m(ZrO2)n(m=0.09,n=1−
m)である請求項1記載のMIS型トランジスタ素子。
3. The composition of the single crystal of the single crystal insulating layer is:
(Y 2 O 3) m ( ZrO 2) n (m = 0.09, n = 1-
m) The MIS type transistor device according to claim 1.
【請求項4】 前記単結晶絶縁層の単結晶の組成が、
(CaF2)m(CdF2)n(m=0.58,n=1−
m)である請求項1記載のMIS型トランジスタ素子。
4. The composition of the single crystal of the single crystal insulating layer is:
(CaF 2) m (CdF 2 ) n (m = 0.58, n = 1-
m) The MIS type transistor device according to claim 1.
JP7627992A 1992-02-27 1992-02-27 Mis type transistor element Pending JPH05243567A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7627992A JPH05243567A (en) 1992-02-27 1992-02-27 Mis type transistor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7627992A JPH05243567A (en) 1992-02-27 1992-02-27 Mis type transistor element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05243567A true JPH05243567A (en) 1993-09-21

Family

ID=13600845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7627992A Pending JPH05243567A (en) 1992-02-27 1992-02-27 Mis type transistor element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05243567A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5828080A (en) * 1994-08-17 1998-10-27 Tdk Corporation Oxide thin film, electronic device substrate and electronic device
WO2003065436A1 (en) * 2002-01-30 2003-08-07 Infineon Technologies Ag Semiconductor component with an insulating layer and method for the production of a semiconductor component with an insulating layer
JP2004260132A (en) * 2003-02-05 2004-09-16 Nec Electronics Corp Method for fabricating semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5828080A (en) * 1994-08-17 1998-10-27 Tdk Corporation Oxide thin film, electronic device substrate and electronic device
WO2003065436A1 (en) * 2002-01-30 2003-08-07 Infineon Technologies Ag Semiconductor component with an insulating layer and method for the production of a semiconductor component with an insulating layer
JP2004260132A (en) * 2003-02-05 2004-09-16 Nec Electronics Corp Method for fabricating semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10249767B2 (en) Ga2O3-based semiconductor element
US6501121B1 (en) Semiconductor structure
EP1655766B1 (en) Substrate for growth of nitride semiconductor
US7385265B2 (en) High dielectric constant MOSFET device
JP3733420B2 (en) Heterojunction field effect transistor using nitride semiconductor material
US20040224459A1 (en) Layered structure, method for manufacturing the same, and semiconductor element
WO2000019500A1 (en) Semiconductor substrate and its production method, semiconductor device comprising the same and its production method
US7187045B2 (en) Junction field effect metal oxide compound semiconductor integrated transistor devices
US7342276B2 (en) Method and apparatus utilizing monocrystalline insulator
US6495409B1 (en) MOS transistor having aluminum nitride gate structure and method of manufacturing same
US5433168A (en) Method of producing semiconductor substrate
EP1209729A1 (en) Multilayered body, method for fabricating multilayered body, and semiconductor device
JP3684709B2 (en) Composite structure of crystalline oxide dielectric thin film and single crystal silicon substrate, electronic device using the same, and manufacturing method thereof
US6528377B1 (en) Semiconductor substrate and method for preparing the same
US7678633B2 (en) Method for forming substrates for MOS transistor components and its products
JPH05243567A (en) Mis type transistor element
KR20030051820A (en) Semiconductor structure having high dielectric constant material
JPH0590602A (en) Semiconductor memory cell and manufacture thereof
JP3970539B2 (en) Field effect transistor
JP2633009B2 (en) Compound semiconductor field effect transistor and method of manufacturing the same
JPS59181609A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH031546A (en) Field-effect transistor
JPH0341783A (en) Field-effect superconducting transistor device
JP2732513B2 (en) Oxide superconducting three-terminal element
JPH0697082A (en) Manufacture of semiconductor device