JPH10284722A - Mosfet及びその製造方法 - Google Patents
Mosfet及びその製造方法Info
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- JPH10284722A JPH10284722A JP8261097A JP8261097A JPH10284722A JP H10284722 A JPH10284722 A JP H10284722A JP 8261097 A JP8261097 A JP 8261097A JP 8261097 A JP8261097 A JP 8261097A JP H10284722 A JPH10284722 A JP H10284722A
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Abstract
とがなく、しかも、トランジスタの閾値電圧が変動する
ことのない安定なMOSFET及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 MOSFETにおいて、半導体基板のア
クティブ領域に形成されるボロンドープトSi膜23、
バッファSi膜24、SiGe膜25とそれらの側部に
形成されるソース領域32・ドレイン領域33と、前記
SiGe膜25上のみに形成されるキャップSi層3
1、SiO2 ゲート酸化膜27、ゲート電極30とを備
え、キャップSi層31がソース領域32・ドレイン領
域33と分離されるようにした。
Description
方法に係り、特に、pMOSFETの製造方法に関する
ものである。
文献名Sophie Verdonckt−Vande
broek et al.:SiGe−Channel
Heterojunction p−MOSFET’
s,IEEE TRANSACTIONS ON EL
ECTRON DEVICES,Vol.41,P.9
0(1994)に開示されるものがあった。
均一性の良いSi/SiGe界面を形成し、ここにチャ
ネルを形成すれば、高速のMOSFETが実現できると
考えられる。これは現在のSiプロセスとの整合性も良
く、次世代のデバイスとして有望である。現在までに、
このようなSiGeMOSFETの研究が盛んに行われ
てきた。
ETの製造工程断面図である。 (1)まず、既知の技術によりN型Si(100)基板
21にフィールド酸化膜22を形成することにより、ア
クティブ領域を形成する〔図4(A)参照〕。 (2)次に、例えば、UHV(超高真空:Ultra
High Vacuum)−CVD装置を用いて、ボロ
ンドープSi膜(Boron doped−Si膜)
(5nm)23、バッファSi膜(Buffer−Si
膜)(5nm)24、SiGe膜(10nm)25、キ
ャップSi膜(Cap−Si)(5nm)26をアクテ
ィブ領域上のみに選択的にエピタキシャル成長させる。
たSi層であり、このボロン濃度を調節して、トランジ
スタの閾値電圧Vtを制御し、またチャネルをSiGe
膜に形成する。ボロン濃度は、例えば、1018cm-3と
する。バッファSi膜は、続くSiGe膜のエピタキシ
ャル成長を歪み緩和なしに容易に成長させるための、不
純物の導入されていないSi層である。SiGe膜は正
孔移動度がSiよりも高いGeが導入されているので、
Siのみの層よりも正孔移動度が高い。
形成すれば、通常のSi・MOSFETよりもgm(相
互コンダクタンス)が高くなる。キャップSi層はゲー
ト酸化膜とSiGe層が接するのを防ぎ、その結果、ゲ
ート酸化膜にGeに起因する界面準位や固定電荷が増加
するのを防ぐための、不純物が導入されていないSi層
である。ただし、Siエピタキシャル成長に用いるガス
は、例えばSiH4 を用い、ボロンドープSiエピタキ
シャル成長には、例えばSiH4 とB2 H6 を用いる。
SiH4 とGeH4 を用いる。また、エピタキシャル成
長中の基板温度は、例えば550〜600℃とし、Si
Ge中のGe濃度は例えば40%とする。続いて、キャ
ップSi膜26上にCVD装置により、SiO2 ゲート
酸化膜(20nm)27を形成する〔図4(B)参
照)。更に、ゲート電極となる多結晶Si膜(1500
Å)28をCVD法により堆積し、低抵抗化のためにリ
ンをイオン注入する〔図4(C)参照〕。
めに、N2 中、800℃、30分のアニール処理をす
る。このように、リンのイオン注入により、多結晶Si
膜28を低抵抗化すると、リン拡散処理に比べ低温処理
が可能となり、SiGe膜25の歪緩和を避けることが
できる。この後、ゲート電極をパターニングするための
マスクになるレジストパターン(図示なし)が形成され
る。
O2 ゲート酸化膜27あるいは多結晶Si膜28の不要
部分がエッチングされて、ゲート酸化膜29、ゲート電
極30が形成される〔図4(D)参照〕。更に、ボロン
をイオン注入することにより、ソース領域32、ドレイ
ン領域33が形成され、SiGe・pMOSFETが作
製される〔図4(E)参照〕。
述べた従来の方法により作製したSiGe・pMOSF
ETにおいて、ゲート電圧の絶対値を大きくしていく
と、キャップSi層にもチャネルが形成されてしまうと
いう欠点があった(図5参照)。因みに、図5はゲート
電圧(V)に対するホール濃度(1012cm-2)を示す
特性図であり、n+ ゲートSiGe・pMOSFETに
おけるSi−キャップ及びSiGe−チャネルチャージ
の1次元シュミレーションであり、Geドーズを有する
傾斜したSiGeと一定のSiGeとが比較されてい
る。SiGeチャネルは15nm幅、Siキャップ層は
5nm幅、酸化膜の膜厚は7nmであり、閾値は調整さ
れている。つまり、図5において、実線は傾斜した30
−15%Geの場合、点線はフラット22.5%Geの
場合を示している。
ープSi層中のボロン濃度を調節することにより、Si
よりも正孔移動度の高いSiGe層のみにチャネルが形
成されるので、gmが大きくなるという利点がある。し
かし、キャップSi層の方がSiGe層よりもゲート酸
化膜に近いので、ゲート電圧の絶対値が大きくなってく
ると、キャップSi層にもチャネルが形成されてしまう
(図6参照)。
e−チャネルMOSFETで300Kの場合の、図6
(b)はp+ ゲート・SiGe−チャネルMOSFET
の場合のエネルギーバンドダイヤグラム及びホール濃度
プロファイルであり、バンドダイヤグラムは、Vg=−
2.0Vが得られている。このため、SiGe層のみに
チャネルが形成される場合と比べ、移動度が低下してし
まい、SiGeMOSFETのメリットがなくなってし
まう。もし、キャップSi層を形成しなければ、ゲート
酸化膜にGeに起因する界面準位や固定電荷が発生し、
トランジスタの閾値電圧が変動してしまう。
Si層にはチャネルが形成されることがなく、しかもト
ランジスタの閾値電圧が変動することのない、安定なM
OSFET及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
成するために、 〔1〕MOSFETにおいて、半導体基板のアクティブ
領域に形成されるボロンドープSi膜(23)と、バッ
ファSi膜(24)、SiGe膜(25)とそれらの側
部に形成されるソース・ドレイン領域(32,33)
と、このソース・ドレイン領域(32,33)と分離さ
れ、SiGe膜(25)上に形成されるキャップSi層
(31)、SiO2 ゲート酸化膜(27)、ゲート電極
(30)とを具備するようにしたものである。
半導体基板のアクティブ領域にボロンドープSi膜(2
3)、バッファSi膜(24)、SiGe膜(25)、
キャップSi膜(26)をエピタキシャル成長させる工
程と、前記キャップSi膜(26)の上にCVD装置に
よりSiO2 ゲート酸化膜(27)を堆積した後、ゲー
ト電極となる多結晶Si膜(28)をCVD法により堆
積する工程と、低抵抗化のためにリンをイオン注入した
後、前記多結晶Si膜中リンの活性化のためにアニール
処理し、ホトリソエッチングにより、ゲート酸化膜(2
9)、ゲート電極(30)を形成する工程と、前記キャ
ップSi膜(26)のみのエッチングにより、キャップ
Si層(31)を形成する工程と、前記ゲート電極(3
0)をマスクとしてボロンイオン注入を行い、ソース・
ドレイン領域(32,33)を形成する工程とを施すよ
うにしたものである。
半導体基板のアクティブ領域にボロンドープSi膜(2
3)、バッファSi膜(24)、SiGe膜(25)、
キャップSi膜(26)をエピタキシャル成長させる工
程と、前記キャップSi膜(26)の上にCVD装置に
よりSiO2 ゲート酸化膜(27)を堆積した後、ゲー
ト電極となる多結晶Si膜(28)をCVD法により堆
積する工程と、低抵抗化のためにリンをイオン注入した
後、前記多結晶Si膜中リンの活性化のためにアニール
処理し、ホトリソエッチングにより、ゲート酸化膜(2
9)、ゲート電極(30)を形成する工程と、前記ゲー
ト電極(30)をマスクとしてボロンイオン注入を行い
ソース・ドレイン領域(32,33)を形成する工程
と、前記キャップSi膜(26)のみをエッチングし、
キャップSi層(31)を形成する工程とを施すように
したものである。
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1
実施例を示すSiGe・pMOSFETの製造工程断面
図である。 (1)まず、既知の技術により、N型Si(100)基
板21にフィールド酸化膜22を形成することにより、
アクティブ領域を形成する〔図1(A)参照〕。
を用いて、ボロンドープSi膜(5nm)23、バッフ
ァSi膜(5nm)24、SiGe膜(10nm)2
5、キャップSi膜(5nm)26をアクティブ領域上
のみに、選択的にエピタキシャル成長させる。ここで、
ボロンドープSi膜はボロンがドープされたSi層であ
り、このボロン濃度を調節してトランジスタの閾値電圧
Vtを制御し、またチャネルをSiGe膜に形成する。
る。バッファSi膜は、続くSiGe膜のエピタキシャ
ル成長を歪み緩和なしに容易に成長させるための、不純
物が導入されていないSi層である。SiGe膜は正孔
移動度がSiよりも高いGeが導入されているので、S
iのみの層よりも正孔移動度が高い。したがって、この
SiGe膜にチャネルを形成すれば、通常のSi・MO
SFETよりもgmが高くなる。つまり、MOSFET
のソースとドレイン間の相互コンダクタンスは高くな
り、ドレイン電流を大きくとることができるとともに、
動作の高速化を図ることができる。
膜が接するのを防ぎ、その結果、ゲート酸化膜にGeに
起因する界面準位や固定電荷が増加するのを防ぐため
の、不純物が導入されていないSi層である(図2参
照)。ただし、Siエピタキシャル成長に用いるガス
は、例えば、SiH4 を用い、ボロンドープSiエピタ
キシャル成長には、例えば、SiH4 とB2 H6 を用い
る。SiGeエピタキシャル成長には、例えば、SiH
4 とGeH4 を用いる。また、エピタキシャル成長中の
基板温度は、例えば、550〜600℃とし、SiGe
膜中のGe濃度は、例えば、40%とする。続いて、こ
のキャップSi膜26の上にCVD装置により、SiO
2 ゲート酸化膜(20nm)27を形成する〔図1
(B)参照〕。
ップSi膜厚依存性の実験結果を示す図であり、キャッ
プSiがないときGeに起因する界面準位が固定電荷の
ためにキャップSiがあるときに比べてVfb(フラッ
トバンド電圧)がシフトしている。UHV−CVDによ
るSi0.66Geo.34と、RTA(高速熱処理)−CVD
によるSi0.74Geo.26をノンドープバッファSi上に
エピタキシャル成長させた。
膜(1500Å)28をCVD法により堆積し、低抵抗
化のためにリンをイオン注入する〔図1(C)参照〕。
この多結晶Si膜中リンの活性化のために、N2 中、8
00℃、30分のアニール処理をする。このようにリン
のイオン注入により、多結晶Si膜28を低抵抗化する
と、リン拡散処理に比べ低温処理が可能となり、SiG
e膜25の歪み緩和を避けることができる。
するためのマスクになるレジストパターン(図示せず)
が形成される。このレジストパターンをマスクとし、ゲ
ート酸化膜27あるいは多結晶Si膜28の不要部分が
エッチングされて、ゲート酸化膜29、ゲート電極30
が形成される〔図1(D)参照〕。 (5)次に、例えばエッチャント、KOH 100g+
K2 Cr2 O7 +propanol 100ml+wa
ter 400ml〔D.Godbey,H.Hugh
es,and F.Kub:A Si0.7 Ge0.3 s
trained−layer etch stop f
or the generationof thin
layer udoped silicon,App
l.Phys.Lett.56,P.373(199
0)参照〕により、キャップSi膜26のみを選択的に
エッチングする〔図1(E)参照〕。
ングされ、キャップSi層31が形成される。 (6)この結果、次工程のイオン注入により形成される
ソース・ドレイン領域とキャップSi層31が分離さ
れ、かつ、SiGe膜25はエッチングされずに残る。
続いて、B(BF2 でもよい)をイオン注入することに
より、ソース領域32、ドレイン領域33が形成され、
SiGe・pMOSFETが完成する〔図1(F)参
照〕。
ォールエッチング後のウェットエッチによるキャップS
i層26の選択エッチング(Siのみエッチングし、S
iGeはエッチングしないこと)である。これにより、
キャップSi層31とソース・ドレイン領域32,33
が分離されるので、印加ゲート電圧の絶対値を大きくし
ても、キャップSi層31にはチャネルが形成されな
い。
されずに残るので、ボロンドープSi層23中のボロン
濃度を調節することにより、このSiGe層25のみに
チャネルが形成される。また、キャップSi層31の膜
厚は5nmと薄いので、等方的なウェットエッチによる
ゲート酸化膜下のキャップSi層31エッチングは、ゲ
ート長(例えば0.2μm)に比べ無視できる。更に、
ゲート多結晶Si膜(例えば1500Å)の上部もエッ
チングされてしまうが、同様な理由により問題は生じな
い。
プSi層により、SiGe膜とゲート酸化膜が接してい
ないので、ゲート酸化膜にGeに起因する界面準位や固
定電荷が発生しない(図2参照)。また、キャップSi
層がソース・ドレイン領域と分離されているので、ゲー
ト電圧を高くしてもキャップSi層にはチャネルが形成
されない。
ずに残るので、ボロンドープSi層中のボロン濃度を調
節することにより、Siよりも移動度の高いSiGeの
みにチャネルが形成されている。したがって、ゲート電
圧の値にかかわらず、gmの大きい、つまりドレイン電
流が大きく、高速動作が可能なMOSFETを実現する
ことができる。
る。図3は本発明の第2実施例を示すSiGe・pMO
SFETの製造工程断面図である。 (1)まず、既知の技術により、N型Si(100)基
板21にフィールド酸化膜22を形成することにより、
アクティブ領域を形成する〔図3(A)参照〕。
を用いて、ボロンドープSi膜(5nm)23、バッフ
ァSi膜(5nm)24、SiGe膜(10nm)2
5、キャップSi膜(5nm)26をアクティブ領域上
のみに、選択的にエピタキシャル成長させる。ここで、
ボロンドープSi膜はボロンがドープされたSi層であ
り、このボロン濃度を調節して、トランジスタの閾値電
圧Vtを制御し、また、チャネルをSiGe膜に形成す
る。
る。バッファSi膜は、続くSiGeのエピタキシャル
成長を歪み緩和なしに容易に成長させるための、不純物
の導入されていないSi層である。SiGe膜は正孔移
動度がSiよりも高いGeが導入されているので、Si
のみの層よりも正孔移動度が高い。 したがって、この
SiGe層にチャネルを形成すれば、通常のSiMOS
FETよりもgmが高くなる。
e層が接するのを防ぎ、その結果、ゲート酸化膜にGe
に起因する界面準位や固定電荷が増加するのを防ぐため
の、不純物が導入されていないSi層である(図2参
照)。ただし、Siエピタキシャル成長に用いるガス
は、例えば、SiH4 を用い、ボロンドープSiエピタ
キシャル成長には、例えばSiH4 とB2 H6 を用い
る。
ば、SiH4 とGeH4 を用いる。また、エピタキシャ
ル成長中の基板温度は、例えば、550〜600℃と
し、SiGe中のGe濃度は、例えば40%とする。次
に、キャップSi膜26の上にCVD装置により、Si
O2 ゲート酸化膜(20nm)27を形成する〔図3
(B)参照〕。
膜28をCVD法により堆積し、低抵抗化のためにリン
をイオン注入する〔図5(C)参照〕。この多結晶Si
中リンの活性化のためにN2 中、800℃、30分のア
ニール処理をする。このように、リンのイオン注入によ
り、多結晶Si膜28を低抵抗化すると、リン拡散処理
に比べ低温処理が可能となり、SiGe膜25の歪み緩
和を避けることができる。
するためのマスクになるレジストパターン(図示なし)
が形成される。このレジストパターンをマスクとしゲー
ト酸化膜27あるいは多結晶Si膜28の不要部分がエ
ッチングされてゲート酸化膜29、ゲート電極30が形
成される〔図3(D)参照〕。 (5)次に、B(BF2 でもよい)をイオン注入するこ
とにより、ソース領域32、ドレイン領域33が形成さ
れる〔図3(E)参照〕。
H 100g+K2 Cr2 O7 +propanol 1
00ml+water 400mlにより、キャップS
i膜26のみを選択的にエッチングして、Si・GeM
OSFETを完成する〔図3(F)参照〕。このエッチ
ングにより、キャップSi膜26がエッチングされ、キ
ャップSi層31となる。この結果、ソース・ドレイン
領域32,33とキャップSi層31が分離され、かつ
SiGe膜25はエッチングされずに残る。
の作用効果を奏することができる。なお、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づ
いて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲か
ら排除するものではない。
よれば、次のような効果を奏することができる。 (1)請求項1記載の発明によれば、キャップSi層が
ソース・ドレイン領域と分離されるようにしたので、キ
ャップSi層にはチャネルが形成されることがなく、し
かもトランジスタの閾値電圧が変動することのない安定
なMOSFETを提供することができる。
ば、ゲートを形成した後に、ウェットエッチングによ
り、ゲート下のキャップSi層は残しアクティブ領域上
のキャップSiのみを除去するようにしたので、Siよ
りも移動度の高いSiGeのみにチャネルを形成するこ
とができる。したがって、ゲート電圧の値にかかわら
ず、gmの大きい、つまりドレイン電流が大きく、高速
動作が可能なMOSFETが実現できる。
FETの製造工程断面図である。
の実験結果を示す図である。
FETの製造工程断面図である。
面図である。
フロファイルを示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】(a)半導体基板のアクティブ領域に形成
される不純物がドープされたSi膜とバッファSi膜、
SiGe膜とそれらの側部に形成される不純物がドープ
されたソース・ドレイン領域と、(b)前記ソース・ド
レイン領域と分離され、SiGe膜上に形成されるキャ
ップSi層、ゲート酸化膜、ゲート電極とを有すること
を特徴とするMOSFET。 - 【請求項2】(a)半導体基板のアクティブ領域に第1
導電型の不純物がドープされたSi膜とバッファSi
膜、SiGe膜、キャップSi膜をエピタキシャル成長
させる工程と、(b)前記キャップSi膜の上にゲート
酸化膜を堆積した後、ゲート電極となる多結晶Si膜を
堆積する工程と、(c)前記多結晶Si膜に第2導電型
の不純物をイオン注入した後、アニール処理し、ホトリ
ソエッチングにより、ゲート酸化膜、ゲート電極を形成
する工程と、(d)前記キャップSi膜のみの選択的ウ
ェットエッチングにより、キャップSi層を形成する工
程と、(e)前記ゲート電極をマスクとして第1導電型
の不純物をイオン注入を行い、ソース・ドレイン領域を
形成する工程とを施すことを特徴とするMOSFETの
製造方法。 - 【請求項3】(a)半導体基板のアクティブ領域に第1
導電型の不純物がドープされたSi膜とバッファSi
膜、SiGe膜、キャップSi膜をエピタキシャル成長
させる工程と、(b)前記キャップSi膜の上にゲート
酸化膜を堆積した後、ゲート電極となる多結晶Si膜を
堆積する工程と、(c)前記多結晶Si膜に第2導電型
の不純物をイオン注入した後、アニール処理し、ホトリ
ソエッチングにより、ゲート酸化膜、ゲート電極を形成
する工程と、(d)前記ゲート電極をマスクとして第1
導電型の不純物のイオン注入を行い、ソース・ドレイン
領域を形成する工程と、(e)前記キャップSi膜のみ
の選択的ウェットエッチングにより、キャップSi層を
形成する工程とを施すことを特徴とするMOSFETの
製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP08261097A JP3628472B2 (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | Mosfet及びその製造方法 |
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JPH10284722A true JPH10284722A (ja) | 1998-10-23 |
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