JPS6313379A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、MO8形半導体装置およびその製造方法に関
する。
する。
従来用いられているMOS形トランジスタを第9図に示
す。シリコン(St)基板1の主表面上に、8102等
からなるゲート絶縁膜1介して多結晶Stからなるゲー
ト電極3が形成されている。4はnチャネルであればA
8あるいはP等のn形を与えるV族元素を不純物として
添加したSt層(n形S1層)からなるソースおよびド
レイン層で、ゲート電極3を形成した後に、ゲート電極
3をマスクとしてA3またはPをイオン注入し、その後
900 ’Ca度の温度で熱処理して形成される。
す。シリコン(St)基板1の主表面上に、8102等
からなるゲート絶縁膜1介して多結晶Stからなるゲー
ト電極3が形成されている。4はnチャネルであればA
8あるいはP等のn形を与えるV族元素を不純物として
添加したSt層(n形S1層)からなるソースおよびド
レイン層で、ゲート電極3を形成した後に、ゲート電極
3をマスクとしてA3またはPをイオン注入し、その後
900 ’Ca度の温度で熱処理して形成される。
5は厚いSiO2膜等からなる素子分離用絶縁膜である
。
。
上述したようにして形成されたソース・ドレイン層は、
その深さを浅くすることが困難である。
その深さを浅くすることが困難である。
その結果、特にゲートφチャネル長の短い微細なMOS
)ランジスタでは、横方向の寸法に比較して縦方向の寸
法が極端に大きくなり、良好な動作特性を得ることがで
きなくなる(例えばアプライド・ソリッド・ステートφ
サイエンスのサブリメント2 A (1981年)中の
「フィツクス オン MOSトランジスタJ(J、R0
Brews+″’Ph7sics ofMO8Tran
sistor″+ in D、Kahng h Ed、
+Applied 5olid 5tate
5cience ssupplement2 A +
Academic Pr68B+ Ney York
e 1981 ))。
)ランジスタでは、横方向の寸法に比較して縦方向の寸
法が極端に大きくなり、良好な動作特性を得ることがで
きなくなる(例えばアプライド・ソリッド・ステートφ
サイエンスのサブリメント2 A (1981年)中の
「フィツクス オン MOSトランジスタJ(J、R0
Brews+″’Ph7sics ofMO8Tran
sistor″+ in D、Kahng h Ed、
+Applied 5olid 5tate
5cience ssupplement2 A +
Academic Pr68B+ Ney York
e 1981 ))。
また、ゲート電極は、ソース・ドレイン層形成のための
マスクにならなければならないため、通常300 nr
n〜500nm以上の厚さが必要となるが、これは素子
の構造の凹凸を大きくすることとなり。
マスクにならなければならないため、通常300 nr
n〜500nm以上の厚さが必要となるが、これは素子
の構造の凹凸を大きくすることとなり。
配線等が難しくなる。
さらに、ソース・ドレイン層形成のために、900℃程
度の熱処理が必要であるため、ゲート電極およびゲート
絶縁膜がこれに耐えなければならない。
度の熱処理が必要であるため、ゲート電極およびゲート
絶縁膜がこれに耐えなければならない。
このため、低抵抗率であっても耐熱性の低いAt等の金
属や、高誘電率であっても耐熱性の低い’razos
等をゲート電極やゲート絶縁膜として使用することがで
きない。
属や、高誘電率であっても耐熱性の低い’razos
等をゲート電極やゲート絶縁膜として使用することがで
きない。
また、st中のキャリアの移動度は大きくない。
したがって、Si基板中にAl1等をイオン注入するこ
とによって形成されたソースあるいはドレイン層の抵抗
は高くなシ、MO3素子の特性を悪化させる。
とによって形成されたソースあるいはドレイン層の抵抗
は高くなシ、MO3素子の特性を悪化させる。
浅くて、しかも低抵抗のソース・ドレイン層を実現する
手段としては、従来よシソースあるいはドレインのイオ
ン注入層の上に、低抵抗の金属あるいは金属シリサイド
層を形成することが提案されている。しかし、この方法
では、イオン注入層と金属あるいは金属シリサイド層と
の間のコンタクト抵抗が問題となり、特にMOS素子を
故紙化し、イオン注入層を浅くした場合にはその影響が
大きく、ソース・ドレイン層の抵抗の低下に効果がなく
なると報告されている(IEEE)ランザクションズ・
オン−エレクトロン・デバイメイズ29巻4号651頁
、1982年(D、B、 5cott et、al、。
手段としては、従来よシソースあるいはドレインのイオ
ン注入層の上に、低抵抗の金属あるいは金属シリサイド
層を形成することが提案されている。しかし、この方法
では、イオン注入層と金属あるいは金属シリサイド層と
の間のコンタクト抵抗が問題となり、特にMOS素子を
故紙化し、イオン注入層を浅くした場合にはその影響が
大きく、ソース・ドレイン層の抵抗の低下に効果がなく
なると報告されている(IEEE)ランザクションズ・
オン−エレクトロン・デバイメイズ29巻4号651頁
、1982年(D、B、 5cott et、al、。
IEEE Transactions on Elec
tron Devicea+Vol 、 29 、
No、4 、 P2S5 、1982))。
tron Devicea+Vol 、 29 、
No、4 、 P2S5 、1982))。
本発明の半導体装置は、ソース・ドレイン層として、S
t等の半導体基板に不純物イオンを注入してなる層の代
りに、不純物をドープしたゲルマニウム(Ge)または
Geとstとの混晶を主成分とする膜を用いたものであ
る。
t等の半導体基板に不純物イオンを注入してなる層の代
りに、不純物をドープしたゲルマニウム(Ge)または
Geとstとの混晶を主成分とする膜を用いたものであ
る。
また、本発明の製造方法は、ゲート電極の側壁を絶縁膜
で覆った上で、ソースおよびドレイン形成領域をエツチ
ングで除去し、そこにaeまたはGeとStとの混晶を
主成分とする膜を形成するものである。
で覆った上で、ソースおよびドレイン形成領域をエツチ
ングで除去し、そこにaeまたはGeとStとの混晶を
主成分とする膜を形成するものである。
GoはStに比較してキャリアの移動度が大きいことか
らソース・ドレイン層の抵抗が低くカる。
らソース・ドレイン層の抵抗が低くカる。
また、ソース・ドレイン層の深さは基板のエツチングで
制御でき、浅く形成することが可能である。
制御でき、浅く形成することが可能である。
さらに、ソース・ドレイン形成温度t−300℃程度ま
で低くできるため、耐熱性の低いゲート絶縁膜やゲート
電極を使用し、しかもセルファライン工程が利用できる
。
で低くできるため、耐熱性の低いゲート絶縁膜やゲート
電極を使用し、しかもセルファライン工程が利用できる
。
また、ソース・ドレイン層は上方に厚くすることによυ
、ソース・ドレイン層の抵抗を一層低くできるとともに
素子構造の平坦化ができる。
、ソース・ドレイン層の抵抗を一層低くできるとともに
素子構造の平坦化ができる。
GeO代シにGoとstとの混晶を用いた場合もほぼ同
様である。
様である。
(実施例1)
第1図は本発明をnチャネルMO8形トランジスタに適
用した場合の一実施例を示す断面図である。
用した場合の一実施例を示す断面図である。
第9図と同一記号は同一部分を示し、1はSi基板、2
はS i O2からなるゲート絶縁膜、3は多結晶Si
からなるゲート電極、5はSighからなる素子分離用
絶縁膜である。6はゲート側壁絶縁膜、7はn形Ge層
である。この構造の特徴は、ソース・ドレイン層として
GeNrを用いていることにある。
はS i O2からなるゲート絶縁膜、3は多結晶Si
からなるゲート電極、5はSighからなる素子分離用
絶縁膜である。6はゲート側壁絶縁膜、7はn形Ge層
である。この構造の特徴は、ソース・ドレイン層として
GeNrを用いていることにある。
まず、本実施例のnチャネルMO8形トランジスタの動
作原理について説明する。
作原理について説明する。
第2図(−)は、ゲート電極3の電位を制御し、チャネ
ルをオフ状態とした際の、ソース−チャネル(ゲート電
極下)−ドレインのエネルギーバンド図である(ここで
は簡単のため、ソースφドレインを同電位としである)
。従来のMO8O8形ンジスタと同様に、n形Geで構
成されるソース領域の伝導帯にある電子は、ソース・チ
ャネル間の電位障壁を越えられないため、ソース・ドレ
イン間に電圧を印加しても電流は流れない。
ルをオフ状態とした際の、ソース−チャネル(ゲート電
極下)−ドレインのエネルギーバンド図である(ここで
は簡単のため、ソースφドレインを同電位としである)
。従来のMO8O8形ンジスタと同様に、n形Geで構
成されるソース領域の伝導帯にある電子は、ソース・チ
ャネル間の電位障壁を越えられないため、ソース・ドレ
イン間に電圧を印加しても電流は流れない。
次に、ゲートの電位を制御して、チャネルがオン状態と
なるようにすると、第2図(b)に示すようなバンド図
となる。ソースあるいはドレインとチャネルの伝導帯と
の間には、約0.1eVの不連続が残っているが、障壁
の高さがわずかであるので、ソースとドレインとの間に
電圧を印加すれば、電流が流れることになる。すなわち
、本発明によるトランジスタも従来のSi nチャネル
MO8形トランジスタとほぼ同様な動作をすることにな
る。ここで、つけ加えると、第2図のような不連続を有
するバンド図が得られるのは、aSとstとのバンドギ
ャップがそれぞれ約0.67eVと約1.11eVであ
り、電子親和力はaeの方がslよシ約0.1eV程度
大きいからである。Ge−8上接合の0.1eVの伝導
帯の不連続は、この電子親和力の差によるものである。
なるようにすると、第2図(b)に示すようなバンド図
となる。ソースあるいはドレインとチャネルの伝導帯と
の間には、約0.1eVの不連続が残っているが、障壁
の高さがわずかであるので、ソースとドレインとの間に
電圧を印加すれば、電流が流れることになる。すなわち
、本発明によるトランジスタも従来のSi nチャネル
MO8形トランジスタとほぼ同様な動作をすることにな
る。ここで、つけ加えると、第2図のような不連続を有
するバンド図が得られるのは、aSとstとのバンドギ
ャップがそれぞれ約0.67eVと約1.11eVであ
り、電子親和力はaeの方がslよシ約0.1eV程度
大きいからである。Ge−8上接合の0.1eVの伝導
帯の不連続は、この電子親和力の差によるものである。
次に、このような本発明によるMO8形トランジスタ構
造を形成する方法について述べる。まず、Ge膜の形成
法について説明する。CVD法にょシGeH4ガスを含
む雰囲気中でSt基板を処理すると、基板温度約250
℃以上で、Ge膜をSt基板上にのみ選択的にエピタキ
シャル成長させることができ、例えばSiO□膜のよう
な絶縁膜上にはG。
造を形成する方法について述べる。まず、Ge膜の形成
法について説明する。CVD法にょシGeH4ガスを含
む雰囲気中でSt基板を処理すると、基板温度約250
℃以上で、Ge膜をSt基板上にのみ選択的にエピタキ
シャル成長させることができ、例えばSiO□膜のよう
な絶縁膜上にはG。
は堆積しない。また、GeH4ガスといっしょに、例え
ばPHsガスあるいはAsH3ガス等のV族元素を構成
元素とするガスを導入すると、Ge膜中にPあるいはA
3等のV族元素を添加できることになシ、n形Ge膜が
得られる。このようにPH3やA s H3ガスを導入
しても、Si上のみに選択成長することに変わシはない
。また、S1上へのGeの選択エビ成長は、GeCL<
とH2ガスを用いることによっても可能である。ただし
、その際には、最初にG6H4ガスを導入して、Geの
核形成を行なっておく必要がある。また、成長温度は、
GeH4ガスを用いた場合よシ少し高く、400℃以上
必要である。
ばPHsガスあるいはAsH3ガス等のV族元素を構成
元素とするガスを導入すると、Ge膜中にPあるいはA
3等のV族元素を添加できることになシ、n形Ge膜が
得られる。このようにPH3やA s H3ガスを導入
しても、Si上のみに選択成長することに変わシはない
。また、S1上へのGeの選択エビ成長は、GeCL<
とH2ガスを用いることによっても可能である。ただし
、その際には、最初にG6H4ガスを導入して、Geの
核形成を行なっておく必要がある。また、成長温度は、
GeH4ガスを用いた場合よシ少し高く、400℃以上
必要である。
次に、このGoの選択エピタキシャル成長を用いた本実
施例のトランジスタの製造工程について説明する。第3
図(、)に示すように、通常のMO8O8形ンジスタの
製造工程と同様に、素子分離用絶縁膜5およびゲート絶
縁膜2を形成した後、ゲート電極として例えばPドープ
あるいはAs ドープの多結晶Si膜を形成し、ゲート
電極3のパターニングを行なう0次に、例えばこれを熱
酸化することにより、第3図(b)に示すようなゲート
電極3を絶縁膜6で覆った構造ができる。次に、公知の
反応性イオンエツチング法等により、方向性をもってソ
ース・ドレインとなる領域(ソース・ドレイン形成領域
)上の酸化膜を除去し、第3図(c)に示すようにゲー
ト側壁絶縁膜6を残す、このとき。
施例のトランジスタの製造工程について説明する。第3
図(、)に示すように、通常のMO8O8形ンジスタの
製造工程と同様に、素子分離用絶縁膜5およびゲート絶
縁膜2を形成した後、ゲート電極として例えばPドープ
あるいはAs ドープの多結晶Si膜を形成し、ゲート
電極3のパターニングを行なう0次に、例えばこれを熱
酸化することにより、第3図(b)に示すようなゲート
電極3を絶縁膜6で覆った構造ができる。次に、公知の
反応性イオンエツチング法等により、方向性をもってソ
ース・ドレインとなる領域(ソース・ドレイン形成領域
)上の酸化膜を除去し、第3図(c)に示すようにゲー
ト側壁絶縁膜6を残す、このとき。
ゲート電極3上にも、酸化膜6Aを残すようにする。熱
酸化時に、多結晶Stからなるゲート電極3上の酸化膜
は、Sl基板上(ソース・ドレイン形成領域上)の酸化
膜より厚く形成されるため、反応性イオンエツチングに
よりゲート電極3上に酸化膜6Aを残すことは可能であ
る。
酸化時に、多結晶Stからなるゲート電極3上の酸化膜
は、Sl基板上(ソース・ドレイン形成領域上)の酸化
膜より厚く形成されるため、反応性イオンエツチングに
よりゲート電極3上に酸化膜6Aを残すことは可能であ
る。
次に、第3図(d)に示すように、Siの選択エツチン
グにより、ソース・ドレイン形成領域のStをエツチン
グする。その後に、前述したG e H4ガスあるいは
Ge C14とH2ガスとを用いたCVD法によ#)n
形Ge/17をSt上にのみ選択成長させ、第3図(e
)の構造を得る。この構造の特徴は、前述したように、
ソース・ドレインの形成温度を、容易に500℃程度以
下にすることができ、また、ソース・ドレイン層の深さ
は、Slのエツチング深さと等しいので、Siのエツチ
ング速度と時間とを制御することにより、容易に浅くす
ることができることである。
グにより、ソース・ドレイン形成領域のStをエツチン
グする。その後に、前述したG e H4ガスあるいは
Ge C14とH2ガスとを用いたCVD法によ#)n
形Ge/17をSt上にのみ選択成長させ、第3図(e
)の構造を得る。この構造の特徴は、前述したように、
ソース・ドレインの形成温度を、容易に500℃程度以
下にすることができ、また、ソース・ドレイン層の深さ
は、Slのエツチング深さと等しいので、Siのエツチ
ング速度と時間とを制御することにより、容易に浅くす
ることができることである。
ところで、第3図(e)の工程で、ゲート電標3の上部
の酸化膜6Aが、ソース・ドレイン形成領域上の酸化膜
のエツチングの際に除去されてしまったとすると、次の
エツチングの工程で、ゲート電極3を構成する多結晶S
iもエツチングされる。
の酸化膜6Aが、ソース・ドレイン形成領域上の酸化膜
のエツチングの際に除去されてしまったとすると、次の
エツチングの工程で、ゲート電極3を構成する多結晶S
iもエツチングされる。
このとき、多結晶Stが全部エツチングされてしまわな
ければ、次のGoのエビ成長後に、第4図に示すように
ゲート電極3上にもae層7Aが堆積した構造となる。
ければ、次のGoのエビ成長後に、第4図に示すように
ゲート電極3上にもae層7Aが堆積した構造となる。
この構造でも機能的に問題はないが、ゲート電極とソー
スあるいはドレイン間に大きな段差が生じることになり
、次層の配線層形成の際に不利である。これを避けるた
めには、上述したようにゲート電極のパターン形成前に
ゲート電極上に、エツチングに耐えうる厚さの絶縁膜を
形成しておけばよい。そのために、第6図に示す実施例
のようにゲート電極上に特別に絶縁膜(12)を形成す
る方法をとってもよい。
スあるいはドレイン間に大きな段差が生じることになり
、次層の配線層形成の際に不利である。これを避けるた
めには、上述したようにゲート電極のパターン形成前に
ゲート電極上に、エツチングに耐えうる厚さの絶縁膜を
形成しておけばよい。そのために、第6図に示す実施例
のようにゲート電極上に特別に絶縁膜(12)を形成す
る方法をとってもよい。
上記の工程では、ソース拳ドレイン形成にイオン注入を
用いておらず、ゲート電極3は、イオン注入のマスクと
まる必要がないため、その厚さは抵抗があtb大きくな
らない範囲で自由に選べる。
用いておらず、ゲート電極3は、イオン注入のマスクと
まる必要がないため、その厚さは抵抗があtb大きくな
らない範囲で自由に選べる。
また、Ge層7の厚さは、堆積速度と時間とを制御する
ことによって、上方向には任意に設定できる。したがっ
て、素子分離用絶縁膜5.ゲート電極3.ソース・ドレ
インGe層Tの厚さを適当に選ぶことによって、第5図
のような平坦な構造が得られることになる。こうするこ
とによシ、次層の配線層の形成が容易になシ、またGe
層7t−厚くすることによシソース・ドレインの抵抗を
一層低くすることができる。
ことによって、上方向には任意に設定できる。したがっ
て、素子分離用絶縁膜5.ゲート電極3.ソース・ドレ
インGe層Tの厚さを適当に選ぶことによって、第5図
のような平坦な構造が得られることになる。こうするこ
とによシ、次層の配線層の形成が容易になシ、またGe
層7t−厚くすることによシソース・ドレインの抵抗を
一層低くすることができる。
また、Geはstに比べ電子移動度が高く、例えばn形
不純物濃度をl Q ”cm−’とした場合で。
不純物濃度をl Q ”cm−’とした場合で。
Siの抵抗本釣6X10 1jcmに対し、Goのそレ
バ約1.5 x 10−3Ωcm、不純物濃度ヲ1o2
offi−3とした場合で、St約7×10 Ω百に対
しGo約3.5X10 、G−と、低抵抗のソース・
ドレインが得られる。また、第5図のような構造とすれ
ば、ソース・ドレインの深さは浅く保ったまま、厚いソ
ース・ドレイン層が形成でき、なお一層の低抵抗化が可
能となる。さらに、先に説明したようなソース・ドレイ
ンのイオン注入層の上に金属あるいは金属シリサイド層
を形成する方法のように、コンタクト抵抗が問題となる
こともない。
バ約1.5 x 10−3Ωcm、不純物濃度ヲ1o2
offi−3とした場合で、St約7×10 Ω百に対
しGo約3.5X10 、G−と、低抵抗のソース・
ドレインが得られる。また、第5図のような構造とすれ
ば、ソース・ドレインの深さは浅く保ったまま、厚いソ
ース・ドレイン層が形成でき、なお一層の低抵抗化が可
能となる。さらに、先に説明したようなソース・ドレイ
ンのイオン注入層の上に金属あるいは金属シリサイド層
を形成する方法のように、コンタクト抵抗が問題となる
こともない。
次に、本構造において、ソース・ドレインの深さをどこ
まで浅くできるかについて述べる。ソース・ドレインの
深さは、第3図(d)のSt基板のエツチング深さで決
まる。この際、ソースとドレイン領域は、ゲート電極3
直下まで達していないと、オフセットゲートと唸り、N
IO3形トランジスタの特性が悪くなる。したがってS
iのエツチングを完全に等方的て行なえば、stのエツ
チング深さは、ゲート側壁絶縁膜6の厚さよシわずかに
深くすれば十分である。ゲート側壁絶縁膜厚は、1゜n
m8度まで薄くできるので、ソース・ドレインの深さも
10nm程度°まで浅くすることができることになる。
まで浅くできるかについて述べる。ソース・ドレインの
深さは、第3図(d)のSt基板のエツチング深さで決
まる。この際、ソースとドレイン領域は、ゲート電極3
直下まで達していないと、オフセットゲートと唸り、N
IO3形トランジスタの特性が悪くなる。したがってS
iのエツチングを完全に等方的て行なえば、stのエツ
チング深さは、ゲート側壁絶縁膜6の厚さよシわずかに
深くすれば十分である。ゲート側壁絶縁膜厚は、1゜n
m8度まで薄くできるので、ソース・ドレインの深さも
10nm程度°まで浅くすることができることになる。
このようにソース曇ドレインの抵抗を低くし、またその
深さを浅?できることによシ、次のよう表利点がある。
深さを浅?できることによシ、次のよう表利点がある。
す表わち、ソース・ドレインの抵抗が低くできると、M
O8形トランジスタの高周波特性(あるいは動特性)が
良好にな9、応答速度が速くなるため、高速回路が構成
できるようになる。また、拡散層深さを浅くできると、
公知の短チヤネル効果が生じにくくなるので、短チャネ
ルの微細なMO8形トランジスタを形成しても、その特
性の安定性・再現性が失なわれることはなく、高速動作
をする素子ができることになる。
O8形トランジスタの高周波特性(あるいは動特性)が
良好にな9、応答速度が速くなるため、高速回路が構成
できるようになる。また、拡散層深さを浅くできると、
公知の短チヤネル効果が生じにくくなるので、短チャネ
ルの微細なMO8形トランジスタを形成しても、その特
性の安定性・再現性が失なわれることはなく、高速動作
をする素子ができることになる。
(実施例2)
上述した実施例では、ゲート電極として多結晶S1を用
いた場合について示した。しかし、上記実施例では、基
板は多結晶Si形成の際に700゜〜900℃以上で熱
処理されることになシ、ゲート酸化膜はこの温度に耐え
なければなら々かった。
いた場合について示した。しかし、上記実施例では、基
板は多結晶Si形成の際に700゜〜900℃以上で熱
処理されることになシ、ゲート酸化膜はこの温度に耐え
なければなら々かった。
そこで、次に、耐熱性の低いゲート絶縁膜およびゲート
電極を用いることができる工程について、第6図を用い
て説明する。
電極を用いることができる工程について、第6図を用い
て説明する。
通常の工程で形成したゲート絶縁膜2上に、ゲート電極
(となる導電材層)11を形成し、続いて酸化膜や窒化
膜等の絶縁膜12を形成する(第6図(a))。なお、
この絶縁膜I2は、前述したように、ゲート側壁絶縁膜
を残してソース・ドレイン形成領域上の絶縁膜を、反応
性イオンエツチングにより除去する際に、ゲート電極上
にも絶縁膜が確実に残るようにするために形成したもの
である。
(となる導電材層)11を形成し、続いて酸化膜や窒化
膜等の絶縁膜12を形成する(第6図(a))。なお、
この絶縁膜I2は、前述したように、ゲート側壁絶縁膜
を残してソース・ドレイン形成領域上の絶縁膜を、反応
性イオンエツチングにより除去する際に、ゲート電極上
にも絶縁膜が確実に残るようにするために形成したもの
である。
次に、ゲート電極11のパターン形成を行ない(第6図
(b))、さらに、CVD法等の、ゲート電極11の側
壁にも膜が堆積するような方法で、絶縁膜13を形成す
る(第6図(C))。次に1反応性イオンエツチング等
により、方向性をもって、ソース・ドレイン形成領域上
の絶縁膜13とゲート絶縁膜2を除去する(第6図(d
))。次いで、第3図に示したと同じ方法でSt基板1
のエツチング、続いてGeH4あるいはG6C24とH
,とによるn形Ga層7のエピタキシャル成長を行なえ
ば、Creは絶縁膜上には堆積しないので、第7図のよ
うな構造が得られる。
(b))、さらに、CVD法等の、ゲート電極11の側
壁にも膜が堆積するような方法で、絶縁膜13を形成す
る(第6図(C))。次に1反応性イオンエツチング等
により、方向性をもって、ソース・ドレイン形成領域上
の絶縁膜13とゲート絶縁膜2を除去する(第6図(d
))。次いで、第3図に示したと同じ方法でSt基板1
のエツチング、続いてGeH4あるいはG6C24とH
,とによるn形Ga層7のエピタキシャル成長を行なえ
ば、Creは絶縁膜上には堆積しないので、第7図のよ
うな構造が得られる。
とのように、絶縁膜13をCVD法等により堆積させる
ため、ゲート電源3として多結晶Siを用いる必要がな
い。また、この工程でも、ソース・ドレイン層の形成温
度は500℃以下(300℃穆度まで)にすることがで
きるので、耐熱性の低いTa205 等の高誘電率の絶
縁膜をゲート絶縁膜2として用い、かつ)L等の耐熱性
の低い高導電率を有する金属をゲート電極11として用
い、しかもセルファライン工程でMO8形トランジスタ
を構成することができる。この場合も、ソース・ドレイ
ン層を浅くできることは言うまでもなく、素子特性全従
来のMOSトランジスタに比べて著しく向上させること
ができる。
ため、ゲート電源3として多結晶Siを用いる必要がな
い。また、この工程でも、ソース・ドレイン層の形成温
度は500℃以下(300℃穆度まで)にすることがで
きるので、耐熱性の低いTa205 等の高誘電率の絶
縁膜をゲート絶縁膜2として用い、かつ)L等の耐熱性
の低い高導電率を有する金属をゲート電極11として用
い、しかもセルファライン工程でMO8形トランジスタ
を構成することができる。この場合も、ソース・ドレイ
ン層を浅くできることは言うまでもなく、素子特性全従
来のMOSトランジスタに比べて著しく向上させること
ができる。
すなわち、MO8形トランジスタの素子性能を決定する
伝達コンダクタンスgmは、ゲート絶縁膜の誘電率に比
例するため、ゲート絶縁膜の誘電率は大きいほど良い。
伝達コンダクタンスgmは、ゲート絶縁膜の誘電率に比
例するため、ゲート絶縁膜の誘電率は大きいほど良い。
また、ゲート電極の抵抗は、できるだけ低い方が、寄生
抵抗の効果が少なくなり、高周波特性(あるいは動特性
)が良好になる。
抵抗の効果が少なくなり、高周波特性(あるいは動特性
)が良好になる。
しかし、従来のMO8形トランジスタの形成工程では、
ソース会ドレインのイオン注入後の熱処理温度が900
°穆度と高いため、5iCh (誘電率3.9)よシは
るかに高い誘電率を有するが耐熱性の低いTa203(
誘電率30)や低抵抗体であるが耐熱性の低いAtを用
いることはできなかった。
ソース会ドレインのイオン注入後の熱処理温度が900
°穆度と高いため、5iCh (誘電率3.9)よシは
るかに高い誘電率を有するが耐熱性の低いTa203(
誘電率30)や低抵抗体であるが耐熱性の低いAtを用
いることはできなかった。
これに対し、上述した形成工程では400′C糧変の耐
熱性を有していれば十分であるので、’ra、o。
熱性を有していれば十分であるので、’ra、o。
やAtを用いることができるという利点を有する。
さらに、ゲート電極の仕事関数が変化するとMO8形ト
ランジスタの閾値電圧が変化することを利用し、ゲート
電極材料の選択によって、トランジスタ特性を最適化す
ることができるが、その際、従来はゲート電極としては
多結晶S1あるいは高融点金属(Mo、Ta等)のみし
か使えなかったが、本発明によれば、高仕事関数を有す
るptシリサイドや低仕事関数を有するLa等の希土類
金属等まで、多くの種類の金属を用いることができると
いう利点もある。なお、Ta 2 osの代シにストロ
ンチウム等の酸化物、その他車化膜、あるいはG h
A B等の半導体(半絶縁性)などを用いることも可能
である。
ランジスタの閾値電圧が変化することを利用し、ゲート
電極材料の選択によって、トランジスタ特性を最適化す
ることができるが、その際、従来はゲート電極としては
多結晶S1あるいは高融点金属(Mo、Ta等)のみし
か使えなかったが、本発明によれば、高仕事関数を有す
るptシリサイドや低仕事関数を有するLa等の希土類
金属等まで、多くの種類の金属を用いることができると
いう利点もある。なお、Ta 2 osの代シにストロ
ンチウム等の酸化物、その他車化膜、あるいはG h
A B等の半導体(半絶縁性)などを用いることも可能
である。
なお、第1の実施例と同様であるが、本実施例でもGe
層は、上方向には厚く形成できるので、ソース−ドレイ
ンの抵抗をさらに小さくすることもできる。また、Ge
層を厚くすることで、ソース・ドレイン形成後の形状を
平坦に近くすることも可能であシ、次層の配線層の形成
が容易になるという特徴も有している。
層は、上方向には厚く形成できるので、ソース−ドレイ
ンの抵抗をさらに小さくすることもできる。また、Ge
層を厚くすることで、ソース・ドレイン形成後の形状を
平坦に近くすることも可能であシ、次層の配線層の形成
が容易になるという特徴も有している。
(実施例3)
以上、ソース・ドレインとしてn形Ge層を用いた例に
ついて示したが、Ge層を、GeとStとの混晶として
も、はぼ同様の効果が得られる。
ついて示したが、Ge層を、GeとStとの混晶として
も、はぼ同様の効果が得られる。
なお、Ge膜に同族の元素1例えば炭素やスズなどが1
〜2%程度混入しても、はとんど同様のものが得られる
。
〜2%程度混入しても、はとんど同様のものが得られる
。
Ge−8i混晶をエピタキシャル成長させる方法として
は、例えばGeH4等のGeを構成元素とするガスと、
SiH4やSi2H6等のSt を構成元素とするガス
とを用いたCVD法がある。例えば、GeH4ガスとS
! 2 Igガスとを用いる方法では、Siの濃度を
高くする(すなわち5izHs ガスの比率を増大させ
る)はど膜形成温度を高くする必要がある。−例として
、slとGoの比率をl:工程度とした場合で約600
℃以上必要である。
は、例えばGeH4等のGeを構成元素とするガスと、
SiH4やSi2H6等のSt を構成元素とするガス
とを用いたCVD法がある。例えば、GeH4ガスとS
! 2 Igガスとを用いる方法では、Siの濃度を
高くする(すなわち5izHs ガスの比率を増大させ
る)はど膜形成温度を高くする必要がある。−例として
、slとGoの比率をl:工程度とした場合で約600
℃以上必要である。
ところで、Ge−8t混晶は、絶縁膜上にも多結晶膜あ
るいは非晶質膜として堆積するので、第3図あるいは第
6図に示したようなセルファライン工程は用いることが
できない。・したがって、Ge−5t混晶を堆積した後
に、公知のフォトリングラフィおよびエツチングを施す
か、あるいはリフトオフを利用するなどの方法により、
不要なGe−81混晶を除去すればよい。次に、リング
ラフィを用いず、エツチングのみにより不要なGe −
81混晶を除去する例について、第8図を用いて説明す
る。
るいは非晶質膜として堆積するので、第3図あるいは第
6図に示したようなセルファライン工程は用いることが
できない。・したがって、Ge−5t混晶を堆積した後
に、公知のフォトリングラフィおよびエツチングを施す
か、あるいはリフトオフを利用するなどの方法により、
不要なGe−81混晶を除去すればよい。次に、リング
ラフィを用いず、エツチングのみにより不要なGe −
81混晶を除去する例について、第8図を用いて説明す
る。
′第6図に示したと同様の工程でゲート電極の側壁に絶
縁膜13を形成した後、さらにソース・ドレイン形成領
域のst基板を選択エツチングする(第8図(a))。
縁膜13を形成した後、さらにソース・ドレイン形成領
域のst基板を選択エツチングする(第8図(a))。
次に、上述した方法によシ、Ge−5t混晶を堆積させ
る。この場合、Ge−8t混晶は絶縁物上にも堆積する
ので、Ge−8t混晶層21が全面に形成される(第8
図(b))。次K、この上に流動性の高い材料、例えば
レジスト22を塗布して表面を平坦にしく第8図(C)
)、次いで公知のイオンスパッタ法により表面から一様
にエツチングし、ゲート電極11上のGo−8t混晶層
21を除去すれば、第8図(d)のような構造が得られ
る。レジスト22はその後除去する。
る。この場合、Ge−8t混晶は絶縁物上にも堆積する
ので、Ge−8t混晶層21が全面に形成される(第8
図(b))。次K、この上に流動性の高い材料、例えば
レジスト22を塗布して表面を平坦にしく第8図(C)
)、次いで公知のイオンスパッタ法により表面から一様
にエツチングし、ゲート電極11上のGo−8t混晶層
21を除去すれば、第8図(d)のような構造が得られ
る。レジスト22はその後除去する。
したがって、この方法を用いれば、セルファライン工程
によシ、Ge−8t混晶層をソース・ドレイン領域に形
成できることになる。
によシ、Ge−8t混晶層をソース・ドレイン領域に形
成できることになる。
以上、St基板を用いたnチャネルMO8形トランジス
タを例に説明したが、pチャネルMO8形トランジスタ
についても、またGaAs等、他の基板を用いた場合に
も、同様KGeまたはGeとslとの混晶を主成分とす
るソース・ドレインを形成することが可能である。
タを例に説明したが、pチャネルMO8形トランジスタ
についても、またGaAs等、他の基板を用いた場合に
も、同様KGeまたはGeとslとの混晶を主成分とす
るソース・ドレインを形成することが可能である。
以上説明したように、本発明によれば、キャリアの移動
度の大きいGeまたはaeとStとの混晶を主成分とす
る膜をソース・ドレインとして利用することKよシ、浅
くてしかも低抵抗のソース・ドレインが形成でき、また
耐熱性が低くても誘電率の高いゲート絶縁膜あるいは耐
熱性が低くても導電率の高いゲート電極材料の使用が可
能になることから、伝達コンダクタンスgmの大きい、
高周波特性の良好なMO8形トランジスタが形成できる
。また、ソース・ドレインを浅く形成できることから短
チヤネル効果が生じに<<、かつセルファライン工程の
利用も可能で、@細なMO8形トランジスタが形成でき
る。さらに素子構造を容易に平坦化して次層の配線層等
の形成を容易にでき、高密度・高速の集積回路を形成す
ることが可能となる。
度の大きいGeまたはaeとStとの混晶を主成分とす
る膜をソース・ドレインとして利用することKよシ、浅
くてしかも低抵抗のソース・ドレインが形成でき、また
耐熱性が低くても誘電率の高いゲート絶縁膜あるいは耐
熱性が低くても導電率の高いゲート電極材料の使用が可
能になることから、伝達コンダクタンスgmの大きい、
高周波特性の良好なMO8形トランジスタが形成できる
。また、ソース・ドレインを浅く形成できることから短
チヤネル効果が生じに<<、かつセルファライン工程の
利用も可能で、@細なMO8形トランジスタが形成でき
る。さらに素子構造を容易に平坦化して次層の配線層等
の形成を容易にでき、高密度・高速の集積回路を形成す
ることが可能となる。
第1図は本発明の一実施例を示すnチャネルMO8形ト
ランジスタの断面図、第2図はその動作を説明するため
のエネルギーバンド図、第3図は製造方法の一例を示す
工程断面図、第4図および第5図はそれぞれ変形例を示
す断面図、第6図は本発明の第2の実施例を示す工程断
面図、第7図は同じくnチャネルMO8形トランジスタ
の断面図、第8図は本発明の第3の実施例を示す工程断
面図、第9図は従来例を示す断面図である。 1・φ・・St基板、2・・・・ゲート絶縁膜、3.1
1・・・・ゲート電極、6.13−・・・ゲート側壁絶
縁膜、7・・・・Ge層、21・・・・Ge−8t混晶
層。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代 理 人 山川政樹(ほか1名) 第1図 第2図 C丁・・−Y) 第3図 第5図 第6図 第8図 第9図
ランジスタの断面図、第2図はその動作を説明するため
のエネルギーバンド図、第3図は製造方法の一例を示す
工程断面図、第4図および第5図はそれぞれ変形例を示
す断面図、第6図は本発明の第2の実施例を示す工程断
面図、第7図は同じくnチャネルMO8形トランジスタ
の断面図、第8図は本発明の第3の実施例を示す工程断
面図、第9図は従来例を示す断面図である。 1・φ・・St基板、2・・・・ゲート絶縁膜、3.1
1・・・・ゲート電極、6.13−・・・ゲート側壁絶
縁膜、7・・・・Ge層、21・・・・Ge−8t混晶
層。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代 理 人 山川政樹(ほか1名) 第1図 第2図 C丁・・−Y) 第3図 第5図 第6図 第8図 第9図
Claims (5)
- (1)半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成したゲ
ート電極と、このゲート電極を挾んで半導体基板に形成
されたソースおよびドレインとを備えた半導体装置にお
いて、ソースおよびドレインをゲルマニウムまたはゲル
マニウムとシリコンとの混晶を主成分とする膜によつて
構成したことを特徴とする半導体装置。 - (2)ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜よりも耐熱性が低
くかつ高い誘電率を有する絶縁膜としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 - (3)ゲート電極を金属または金属シリサイドとしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
。 - (4)半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を形成する工程と、このゲート電極の側壁に絶縁膜を形
成する工程と、ソースおよびドレイン形成領域の半導体
基板をエッチングにより除去する工程と、このソースお
よびドレイン形成領域にゲルマニウムまたはゲルマニウ
ムとシリコンとの混晶を主成分とする膜を形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (5)ゲルマニウムまたはゲルマニウムとシリコンとの
混晶を主成分とする膜の形成をゲルマニウムを構成元素
とするガスを含むガス中において行なうことを特徴とす
る特許請求の範囲第4項記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61156182A JPS6313379A (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61156182A JPS6313379A (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6313379A true JPS6313379A (ja) | 1988-01-20 |
Family
ID=15622149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61156182A Pending JPS6313379A (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6313379A (ja) |
Cited By (15)
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