JPH06342883A - Mosfetおよびcmosデバイス - Google Patents
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Abstract
チャネルMOSFETに適した適切な対称的閾値電圧を
得る。 【構成】 CMOS技術の閾値電圧精度および対称性の
問題を解決するものとしてMOSFETゲートのゲート
酸化膜2とpoly−Si部分との間に挟まれた中間禁
制帯仕事関数材料(TiN)が開示される。
Description
SFET(Silicon−On−Insulator
Complementary Metal Oxid
e Silicon Field Effect Tr
ansistor)では、従来のポリシリコンゲートに
よりn−チャネルおよびp−チャネルトランジスタに対
して対称的な閾値電圧を達成することは非常に困難であ
る。言い換えれば、適切なCMOS動作を保証するには
n−チャネルおよびp−チャネルデバイスの閾値電圧は
同じ絶対値を有することが望ましい。従来のポリシリコ
ンゲートによりこれを達成することは困難である。さら
に、nおよびpチャネルデバイスの両方に適した適切な
閾値電圧を達成することは困難である。
膜とMOSFETのポリシリコンゲート部分との間に薄
いTiN層が挟まれているゲート電極構造を使用してC
MOS論理応用、n−チャネルおよびp−チャネルMO
SFETに適した適切な対称的閾値電圧が得られる。
す。図から分かるように、窒化チタンTiNが絶縁体5
上のライトリードープトp−形(p−)シリコン膜3の
上でポリシリコンゲート部分(poly−Si)とゲー
ト酸化膜2の間に挟まれている。ソース領域4はハイリ
ードープトn−形材料(n+)として示されている。同
様に、ドレーン領域8はハイリードープトn−形材料
(n+)として示されている。ライトリードープト領域
(LDD)6がソースおよびドレーン領域から延びてお
りライトリードープトn−形材料(n−)として示され
ている。LDDスペーサがポリシリコンゲート部分に当
接している。図1の構造を形成する工程は次のようであ
る。
せる。 2).CVD(Chemical Vapor Dep
osition)もしくはプラズマスパッタリングによ
り酸化膜層上にTiNを堆積させる(1000Å未満が
望ましい)。 3).前記ゲート酸化膜上にポリシリコン層を堆積させ
る(およそ3500〜4500Åが望ましい)。
より)図示するゲート部分を形成するようにポリシリコ
ンをエッチングする。 5).(望ましくは従来のドライエッチにより)ポリシ
リコンゲート部分をマスクとして使用してTiNをエッ
チングしてデバイスゲートのTiN部分を形成する。 6).LDD注入を行う。 7).(望ましくはCVD酸化膜により)LDDスペー
サを形成する。 8).ソースおよびドレーン注入を行う。
す。図2には逆T字形ゲートが示されている。次の点を
除けば、この構造は図1の構造と同様に形成される。
の構造を形成して図2の構造を得るLDDスペーサ工程
と同じ)。
明するために、図3にメタル層16を使用したビア14
を介してpoly−Siゲートとコンタクトする共通ゲ
ートコネクタ12を有するpおよびn形MOSFET
SOIデバイスの模式図を示す。
Si(仕事関数=4.7V)と同じであるため、埋込p
−チャネルを使用することなくCMOS回路(n−チャ
ネルおよびp−チャネル共)に対する平衡のとれた閾値
電圧を容易に得ることができる。これは完全ディプリー
トされたSOI/CMOSにとって特に重要である。S
OI/MOSFET(完全ディプリートされたSOI)
では従来のポリゲートによりn−チャネルおよびp−チ
ャネルデバイスに対して適切な閾値電圧および対称的閾
値電圧を得ることは極めて困難である。N+ポリゲート
の場合にはn−チャネルデバイスの閾値電圧が低くなり
過ぎp−チャネルデバイスの閾値電圧が高くなり過ぎ、
p+ポリゲートの場合はその逆となる。本発明のTiN
形成ゲートの場合にはCMOS回路に対する適切な対称
的閾値電圧を得ることができる。
により自己整合ソース/ドレーン注入および自己整合シ
リサイド等の従来のポリシリコン工程に関連した利点が
得られる。
ポリシリコン逆T字形ゲートと同じ利点が得られる。こ
れにより、ゲートがソースおよびドレーン接合に重畳す
ることが保証される。さらに重要なことは、逆T字形ゲ
ート構造によりホットキャリア注入や高エネルギホトン
放射によるスペーサ酸化膜のチャージアップによる駆動
電流の低下が改善される。
適しているのはその中間ギャップ仕事関数による。中間
禁制帯仕事関数は一般的におよそ4.6〜4.8Vの範
囲に限定される。TiNをゲートの一部として使用する
ものとして本発明を説明してきたが、TiNの替りに中
間ギャップ仕事関数を有する他の材料を使用することが
できる。中間ギャップ仕事関数材料をゲート酸化膜とp
oly−Siゲート部分との間に挟むことによりゲート
酸化膜の応力が最少限に抑えられるだけでなく構造が簡
単化される。適切な中間ギャップ仕事関数材料としてS
i−Geおよびタングステンシリサイドが含まれる。例
えば、図4にTiNの替りにポリSi−Ge材料を使用
した本発明の第3の実施例の断面図を示す。シリサイド
化される領域は図示するとおりである。公知のLOCO
S工程により形成されるフィールド酸化膜領域によりフ
ィールド分離が行われ、それはLOCOS FOXとし
て示されている。基板上に埋込酸化膜(BOX)領域5
が形成される。PMOSおよびNMOSデバイスは図示
するとおりである。
に説明してきたが、本明細書は単なる例にすぎず制約的
意味合いを有するものではない。例えば、p−チャネル
デバイスをn−チャネルデバイスと置換することができ
その逆も可能である。さらに、n−形領域をp−形領域
と置換することもできる。さらに、中間禁制帯仕事関数
を使用するという精神を保持しながらGeおよびGaA
sをデバイスを載せる薄膜と置換することができる。さ
らに、当業者ならば本明細書を読めば実施例の詳細をさ
まざまに変更したり別の実施例を容易に考えられること
と思われる。このような変更や別の実施例は全て特許請
求の範囲に明記された本発明の精神および真の範囲に入
るものとする。
る。 (1).中間禁制帯半導体材料を含むゲートおよびシリ
コンを含むゲート部分を有するMOSFETにおいて、
前記中間禁制帯材料はゲート酸化膜と前記ゲート部分と
の間に挟まれているMOSFET。
おいて、前記中間禁制帯材料はTiN、Si−Ge、チ
タンシリサイドもしくはその組合せからなる群から選定
されるMOSFET。
おいて、前記ゲート部分は多結晶シリコンを含むシリコ
ンを含むMOSFET。
OSトランジスタを含むCMOSにおいて、各トランジ
スタは中間禁制帯材料を含むゲートおよびシリコンを含
むゲート部分を有し、前記中間禁制帯材料はゲート酸化
膜と前記ゲート部分との間に挟まれているCMOSデバ
イス。
スにおいて、前記中間禁制帯材料はTiN、Si−G
e、チタンシリサイドもしくはその組合せからなる群か
ら選定されるCMOS。
スにおいて、前記ゲート部分は多結晶シリコンを含むシ
リコンを含むCMOSデバイス。
の問題を解決するものとしてMOSFETゲートのゲー
ト酸化膜2とpoly−Si部分との間に挟まれた中間
禁制帯仕事関数材料(TiN)が開示される。
SFET SOIデバイスの模式図。
本発明の第3の実施例の断面図。
Claims (1)
- 【請求項1】 中間禁制帯半導体材料を含むゲートおよ
びシリコンを含むゲート部分を有するMOSFETにお
いて、前記中間禁制帯材料はゲート酸化膜と前記ゲート
部分との間に挟まれているMOSFET。
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