KR100495543B1 - Semiconductor device and method of producing the same - Google Patents

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미노루 구보
마사카쓰 스즈키
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

캐리어의 이동도가 높고, 결정 결함이 적은 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 구비한 반도체 장치를 제공하기 위하여, Si 기판(10)상의 NMOS 트랜지스터에 있어서, Si 층(13n), SiGeC 층(14n)이 형성되어 있다. 이 SiGeC 층(14n)과 Si 층(13n)의 헤테로 경계면에 존재하는 전도대의 불연속부를 이용한 캐리어 축적층이 형성되어 있고, 이 캐리어 축적층을 채널로서 전자가 주행하며, SiGeC 층(14n)은 실리콘에 비교해서 전자의 이동도가 크고, NMOS 트랜지스터의 동작속도도 커지며, PM0S 트랜지스터의 정공이 주행하는 채널은, SiGe 층(15p)과 Si 층(17p)의 경계면에 생기는 가전자대의 불연속부를 이용하여 형성되어 있으므로, SiGe 층도 Si 층에 비교해서 정공의 이동도가 크고, 상기 PMOS 트랜지스터의 동작속도도 커지게 된다.In order to provide a semiconductor device having a field effect transistor having a high carrier mobility and a channel with few crystal defects, in the NMOS transistor on the Si substrate 10, the Si layer 13n and the SiGeC layer 14n are Formed. The carrier accumulation layer using the discontinuity of the conduction band existing in the hetero interface between the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n is formed, and electrons travel as the channel, and the SiGeC layer 14n is formed of silicon. The mobility of electrons and the operating speed of the NMOS transistor are also increased compared to the channel, and the channel through which the hole of the PM0S transistor travels is formed by using discontinuities in the valence band generated at the interface between the SiGe layer 15p and the Si layer 17p. Since the SiGe layer is formed, the mobility of holes is larger than that of the Si layer, and the operation speed of the PMOS transistor is also increased.

Description

반도체 장치 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}Semiconductor device and manufacturing method therefor {SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, SiGeC 층 또는 SiGe 층을 이용하는 헤테로 접합의 전계 효과형 트랜지스터를 구비한 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a heterojunction field effect transistor using a SiGeC layer or a SiGe layer, and a manufacturing method thereof.

최근, 반도체 장치의 고집적화가 진행되고 있지만, M0S 형 트랜지스터의 미세화도 게이트 길이가 O.1㎛를 하회하는 것과 같은 초미세화 영역에서는, 단채널 효과의 영향이나 저항성분의 증대 등에 의해, 전류 구동 능력이 포화하는 등, 지금까지와 같은 성능 향상을 기대할 수 없는 것이 예상되고 있다. 특히, 미세 M0S 트랜지스터의 고 구동력화를 위해서는, 채널의 캐리어 이동도의 향상이나, 소스·드레인 전극의 콘택트의 저 저항화가 중요하다.In recent years, high integration of semiconductor devices has been progressed, but in ultra-fine regions such as the miniaturization gate length of the M0S-type transistors being less than 0.1 µm, the current drive capability is increased due to the effect of a short channel effect or an increase in the resistance component. It is anticipated that such a performance improvement cannot be expected until now, such as being saturated. In particular, in order to increase the driving force of the fine M0S transistor, it is important to improve the carrier mobility of the channel and to reduce the resistance of the contact of the source and drain electrodes.

그래서, 실리콘 기판 상에 형성되는 단일 조성의 Si를 이용한 상보형 반도체 장치(CMOS 장치)에 대신하여, Si/SiGe 계(IV 족 혼합 결정)에 의한 헤테로 구조 CMOS 장치(Heterostructure CMOS : 이하, HCMOS 장치라 한다 )가 제안되어 있다. 이것은, 채널로서 Si/SiO2 경계면이 아니라 밴드 갭이 상이한 두 종류의 반도체에 의한 헤테로 접합체의 경계면을 이용하는 것이다. 이러한 Si보다도 높은 캐리어 이동도를 부여하는 Si/SiGe 계를 이용함으로써, 더욱 더 고속인 소자를 실현할 수 있다고 기대되고 있다. 이 Si/SiGe 계에서는, 조성의 제어에 의해 Si 기판 상에 원하는 왜곡 양과 밴드 갭 값을 갖는 에피텍셜 성장층을 형성하는 것이 가능하다. IBM 사의 Ismail은, Si/SiGe 계의 HCMOS 장치에 의한 특성 향상에 대한 기초 실험을 하고 있다(K.Ismail, "Si/SiGe High Speed Field-Effect Transistors" , IEDM Tech. Dig. 1995. p509. 및 M.A. Armstrong et al, "Design of Si/SiGe Heterojunction Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistors" IEDM Tech. Dig. 1995, p701을 참조).Therefore, instead of the complementary semiconductor device (CMOS device) using a single composition of Si formed on a silicon substrate, a heterostructure CMOS device (Heterostructure CMOS: hereinafter referred to as HCMOS device) by Si / SiGe system (Group IV mixed crystal) Is proposed. This is not the Si / SiO 2 interface but the interface of the heterojunction by two kinds of semiconductors having different band gaps as the channel. It is expected that even higher speed devices can be realized by using a Si / SiGe system that gives higher carrier mobility than such Si. In this Si / SiGe system, it is possible to form an epitaxial growth layer having a desired amount of distortion and a band gap value on the Si substrate by controlling the composition. IBM's Ismail is conducting basic experiments on the improvement of characteristics by Si / SiGe-based HCMOS devices (K. Ismail, "Si / SiGe High Speed Field-Effect Transistors", IEDM Tech. Dig. 1995. p509. See MA Armstrong et al, "Design of Si / SiGe Heterojunction Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistors" IEDM Tech.Dig. 1995, p701).

도 15는 이 HCMOS 장치의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, Si 기판(101)의 일부에는, 소스·드레인 영역(109)과, 게이트 절연막(107) 및 그 위에 게이트 전극(110)으로 구성되는 전계 효과형 트랜지스터가 설치된다. 그리고, 게이트 전극(110)의 아래쪽에 의한 소스 영역-드레인 영역 사이의 소위 채널영역에는, SiGe 버퍼층(102)과, δ 도핑층(115)과, 스페이서층(103)과, i-Si층(104)과, i-SiGe 층(105) 및 i-Si층(106)이 형성되어 있다. 이들의 영역에서, SiGe 버퍼층(102)은, i-Si층(104)과 i-SiGe층(105)의 사이에 n-채널층(112)을 형성하기 위해서, i-Si 층(104)에 인장 왜곡을 주는 것이다. 이 SiGe 버퍼층(102)에 있어서, Si 기판(101)의 바로 위에서는 Ge 조성비가 0%로 되고, 최상에서는 Ge 조성비가 30%로 되도록 단계적으로 조성비가 변경되어 있다.15 is a cross-sectional view showing an example of this HCMOS device. As shown in FIG. 15, a part of the Si substrate 101 is provided with a field effect transistor composed of a source / drain region 109, a gate insulating film 107, and a gate electrode 110 thereon. In the so-called channel region between the source region and the drain region under the gate electrode 110, the SiGe buffer layer 102, the δ doping layer 115, the spacer layer 103, and the i-Si layer ( 104, an i-SiGe layer 105 and an i-Si layer 106 are formed. In these regions, the SiGe buffer layer 102 is formed on the i-Si layer 104 to form an n-channel layer 112 between the i-Si layer 104 and the i-SiGe layer 105. It gives tensile distortion. In this SiGe buffer layer 102, the composition ratio is changed in stages so that the Ge composition ratio becomes 0% immediately above the Si substrate 101, and the Ge composition ratio becomes 30% at the top.

여기서, 부(負) 바이어스가 인가되면, i-Si 층(104)에 있어서 아래쪽의 SiGe 버퍼층(102)과의 헤테로 경계면에 n-채널층(112)이 형성된다. δ 도핑층(115)은 위쪽에 형성되는 n-채널층(112)에 캐리어인 전자를 공급하는 것이다. 또한, 스페이서층(103)은 아래쪽으로 형성된 δ 도핑층(115)의 이온과 위쪽의 n-채널층(112)을 공간적으로 분리하여, 캐리어의 이온 산란에 의한 이동도의 저하를 방지한 것이다.Here, when a negative bias is applied, the n-channel layer 112 is formed at the hetero interface with the SiGe buffer layer 102 below in the i-Si layer 104. The δ doping layer 115 supplies electrons as carriers to the n-channel layer 112 formed thereon. In addition, the spacer layer 103 spatially separates the ions of the δ doped layer 115 formed downward and the upper n-channel layer 112 to prevent a decrease in mobility due to ion scattering of the carrier.

또한, 정(正)바이어스가 인가되면, i-SiGe 층(105)에 있어서, 위쪽의 i-Si층(106)과의 헤테로 경계면에는 p-채널층(111)이 형성된다. 게이트 절연막(107)은, 게이트 전극(110)과 p-채널층(111)을 절연하기 위한 것이다.When a positive bias is applied, the p-channel layer 111 is formed in the hetero interface with the i-Si layer 106 in the i-SiGe layer 105. The gate insulating film 107 is for insulating the gate electrode 110 and the p-channel layer 111.

상술한 바와 같이, 헤테로 전계 효과 트랜지스터에서는, 밴드 갭이 다른 두 종류의 반도체층 간의 헤테로 경계면에 채널을 형성하는 것이 특징이다. 따라서, 채널 형성을 위해 필연적으로 밴드 갭이 다른 적어도 2종류의 반도체층이 존재한다. 덧붙여, 반도체층 중에 전자 또는 정공이 고속으로 이동하기 위한 채널을 형성하기 위해서는, 헤테로 경계면에 전도대 또는 가전자대의 불연속부를 갖는 것이 필요하게 된다. 상술한 Si/SiGe 계에서는, 정공에 대해서는 SiGe 층(105)이 i-Si 층(106)에 대하여 가전자대에 있어서의 불연속부를 갖기 때문에, 정공용의 채널이 형성된다(도 15의 왼쪽 부분 참조). 그러나, 전도대에는 불연속부가 거의 없기 때문에, 전자용의 채널을 형성하기 위하여 i-Si 층(104)에 인장 왜곡을 인가함으로써, i-SiGe 층(105)과의 헤테로 경계면에 전도대의 불연속부를 형성하고 있다(도 15의 오른쪽 부분참조).As described above, in the hetero field effect transistor, a channel is formed in a hetero interface between two kinds of semiconductor layers having different band gaps. Therefore, at least two kinds of semiconductor layers having different band gaps exist for channel formation. In addition, in order to form a channel for moving electrons or holes at high speed in the semiconductor layer, it is necessary to have discontinuities in the conduction band or the valence band at the hetero interface. In the above-described Si / SiGe system, since the SiGe layer 105 has a discontinuity in the valence band with respect to the i-Si layer 106 with respect to the holes, a channel for holes is formed (see the left part of FIG. 15). ). However, since there are few discontinuities in the conduction band, by applying tensile distortion to the i-Si layer 104 to form channels for electrons, discontinuities in the conduction band are formed at the hetero interface with the i-SiGe layer 105. (See right side of FIG. 15).

이러한 구조를 갖는 HCMOS 장치는, Si/Si02에 의한 채널을 사용하는 종래의 CMOS 장치에 비해, 같은 가공 치수로 2배의 고속도 동작을 1/2의 소비 전력으로 실현할 수 있는 것이 시뮬레이션의 결과로부터 예상되고 있다. 즉, Si 반도체와 SiGe 혼합 결정을 조합함으로써 헤테로 경계면을 형성하고, 고이동도의 채널을 형성한 반도체 소자로서, 헤테로 접합을 이용하는 소자의 고속 동작과, M0S 장치의 대규모 집적성을 모두 실현하는 소자로서 매우 주목을 끌고 있다.The results of the simulation show that the HCMOS device having such a structure can realize twice the high-speed operation with the same processing dimensions with 1/2 the power consumption as compared with the conventional CMOS device using the Si / Si0 2 channel. It is expected. That is, a semiconductor device in which a hetero interface is formed by combining a Si semiconductor and a SiGe mixed crystal, and a channel having high mobility is formed, which realizes both high-speed operation of a device using a heterojunction and large-scale integration of a M0S device. As very attracting attention.

그렇지만, 상술한 바와 같은 SiGe 등의 Ⅳ족 혼합 결정을 이용하는 헤테로 장치는 종래의 CM0S 장치의 성능 한계를 극복하는 방법으로서 크게 기대되고 있지만, SiGe로 대표되는 Ⅳ족 혼합 결정을 이용하는 헤테로 전계 효과 트랜지스터는, 그 제조가 곤란하기 때문에 같은 SiGe 혼합 결정을 이용한 헤테로 장치인 헤테로 바이폴라 트랜지스터에 비해 연구 개발이 지연되고 있고, 아직 그 기대되는 성능을 충분히 발휘하도록 구조 및 제조 방법의 검토가 충분히 행하여지고 있다고는 할 수 없다. 또한, 헤테로 전계 효과 트랜지스터 중에서도, 상술한 바와 같은 게이트 전극과 반도체층 사이에 절연막을 갖는 소위 헤테로 MOS 구조의 경우, SiGe 층 내에는 안정에서 양호한 절연막을 형성할 수 없기 때문에, 게이트 절연막으로서 SiO2로 이루어지는 산화막을 사용한다. 따라서, 게이트 절연막의 바로 아래는 반드시 Si층 일 필요가 있지만, Si는 SiGe에 비해 반드시 밴드 갭이 커진다고 하는 특징을 가지고 있다.However, hetero-devices using group IV mixed crystals such as SiGe as described above are expected to be greatly overcome as a method of overcoming the performance limitations of conventional CM0S devices. Due to the difficulty in manufacturing, the research and development are delayed compared to the heterobipolar transistor, which is a hetero device using the same SiGe mixed crystal, and the structure and the manufacturing method are sufficiently studied to sufficiently exhibit the expected performance. Can't. In addition, among the hetero field effect transistors, in the case of the so-called hetero MOS structure having an insulating film between the gate electrode and the semiconductor layer as described above, since a good insulating film can be formed in the SiGe layer with good stability, SiO 2 is used as the gate insulating film. An oxide film formed is used. Therefore, the Si layer must be immediately below the gate insulating film, but Si has a feature that the band gap is larger than that of SiGe.

그 때문에, 상기 종래의 HCMOS 장치의 구조에 있어서는, 이하와 같은 문제가 있었다.Therefore, in the structure of the said conventional HCMOS apparatus, there existed the following problems.

첫번째로, 상술한 바와 같이 Si 기판(101)상에 전자의 채널을 형성하기 위하여, i-Si 층(104)에 인장 왜곡을 인가하여, Si/SiGe 헤테로 경계면에 밴드 불연속을 형성하고 있다. 그러나, 격자상수를 변화시킴으로써, 격자 완화에 의한 전위(轉位)가 발생한다.First, in order to form an electron channel on the Si substrate 101 as described above, tensile distortion is applied to the i-Si layer 104 to form a band discontinuity on the Si / SiGe hetero interface. However, by changing the lattice constant, dislocations due to lattice relaxation occur.

도 16은 SiGe 버퍼층(102)과 그 위의 i-Si 층(104)을 분리하여 나타낸 단면도이다. i-Si 층(104)은, SiGe 버퍼층(102)보다도 격자상수가 작기 때문에, 결정 성장된 단계에서 인장왜곡이 축적된다. 이 왜곡의 축적이 커지면, 도 16에 도시하는 바와 같이, i-Si 층(104)에 전위(轉位)가 입력된다. 이와 같이, i-Si 층(104)과 SiGe 버퍼층(102)의 사이에 걸친 격자 부정합 왜곡에 의한 전위나 결함의 도입은 피할 수 없다. 따라서, 이 결정을 이용한 소자의 초기 특성은 어쨌든, 신뢰성이나 수명의 관점에서는 전위의 증식 등에 의한 특성 열화의 영향이 생겨난다고 여겨진다.16 is a cross-sectional view showing the SiGe buffer layer 102 and the i-Si layer 104 thereon separately. Since the i-Si layer 104 has a smaller lattice constant than the SiGe buffer layer 102, tensile strain is accumulated in the crystal growth step. As the accumulation of this distortion increases, a potential is input to the i-Si layer 104 as shown in FIG. 16. As such, the introduction of dislocations or defects due to lattice mismatch distortion between the i-Si layer 104 and the SiGe buffer layer 102 is unavoidable. Therefore, the initial characteristic of the element using this crystal is considered to have the effect of deterioration of characteristics due to dislocation propagation from the viewpoint of reliability and lifetime.

또한, Si 기판 (101)상에 Si보다 격자상수가 큰 SiGe로 이루어지는 SiGe 버퍼층(102)을 적층하고, 그 위에 성장하는 i-Si 층(104)에 인장 왜곡을 축적시키고 있지만, SiGe 버퍼층(102)의 막 두께를 크게 하면, 그 사이에 SiGe 버퍼층(102)의 격자상수가 Si의 격자상수로부터 원래의 SiGe의 격자상수로 변화하는 임계막 두께를 초과하기 때문에, 격자완화가 생겨 SiGe 버퍼층(102)에도 전위 등의 결함이 도입된다.Further, a SiGe buffer layer 102 made of SiGe having a lattice constant larger than Si is laminated on the Si substrate 101, and tensile strain is accumulated in the i-Si layer 104 growing thereon, but the SiGe buffer layer 102 is formed. ), The lattice constant of the SiGe buffer layer 102 exceeds the critical film thickness that changes from the lattice constant of Si to the lattice constant of the original SiGe in the meantime, so that lattice relaxation occurs and the SiGe buffer layer 102 ), Defects such as dislocations are also introduced.

이것들의 결함은, 소자의 초기 특성으로의 영향은 적은 경우도 있지만, 장기적인 신뢰성이나 수명이라는 관점에서는 중대한 문제를 야기할 우려가 있다. 즉, 전류에 의한 결함의 증식이나 금속이나 불순물의 결함을 개재한 확산에 의한 열화가 생겨 신뢰성의 저하를 초래할 우려가 있다.Although these defects may have little influence on the initial characteristics of the device, they may cause serious problems in terms of long-term reliability and lifetime. That is, there is a fear that a proliferation of defects caused by current or deterioration due to diffusion through defects of metals or impurities may occur, resulting in a decrease in reliability.

본 발명의 제 1 목적은, HCMOS 장치의 게이트 아래쪽의 채널 영역에서의 구조로서 캐리어 축적층을 형성할 수 있는 밴드 불연속부를 갖으면서 격자 정합 또는 거의 격자 정합된 헤테로 접합체를 이용함으로써, 캐리어의 이동도가 높고 또한 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것에 있다.A first object of the present invention is to provide carrier mobility by using lattice matching or near lattice matching heterojunctions having a band discontinuity capable of forming a carrier accumulation layer as a structure in the channel region under the gate of the HCMOS device. The present invention provides a semiconductor device with high reliability and high reliability.

두번째로, SiGe로 대표되는 Ⅳ족 혼합 결정을 이용한 헤테로 전계 효과 장치는 종래의 미세 CM0S 장치의 성능 한계를 극복하는 소자 구조로서 유효한 기술이지만, 현시점에서는 채널 이동도의 향상의 연구에 비해 소스·드레인 전극의 콘택트의 최적화의 검토는 더욱 불충분하고, 그 고이동도를 충분히 활용하는 구조로 되어 있는 것은 아니다. 상술한 IBM 사에 의한 헤테로 CMOS 장치의 기술도 채널 영역의 이동도 향상에 있어서는 상세한 검토가 이루어지고 있지만, 미세 트랜지스터의 성능 향상에 중요한 또 하나의 요소인 소스·드레인 전극의 콘택트의 저저항화에 대해서서는 거의 검토가 이루어지지 않고 있다. Secondly, the hetero field effect device using group IV mixed crystal represented by SiGe is an effective technique as an element structure that overcomes the performance limitations of the conventional fine CM0S device, but at present the source and drain compared to the study of improving channel mobility. The examination of the optimization of the contact of an electrode is further inadequate, and does not have the structure which fully utilizes the high mobility. Although the above-described technology of the hetero CMOS device by IBM Corp. has been examined in detail in improving the mobility of the channel region, the contact resistance of the source and drain electrodes, which is another important factor for improving the performance of the fine transistor, has been reduced. Almost no research has been carried out.

즉, Si 단결정을 이용한 CM0S 장치 구조에 있어서는, 소스·드레인 전극에 접속되는 기판측의 콘택트 영역의 구조에 있어서는 여러 가지의 검토가 이루어지고 있지만, 일반적인 CM0S 장치에 있어서의 최적의 콘택트 영역의 구조 및 형성방법이, 소자 구조가 다른 헤테로 전계 효과 장치에 있어서도 최선인지 어떤지는 검토가 필요하다.That is, in the CM0S device structure using Si single crystal, various studies have been made in the structure of the contact area on the substrate side connected to the source and drain electrodes, but the structure of the optimal contact area in the general CM0S device and It is necessary to examine whether the formation method is the best even for heterofield effect devices having different device structures.

본 발명의 제 2 목적은, 헤테로 전계 효과 장치가 뛰어난 특성을 손상시키는 일없이 작은 콘택트 저항을 발휘할 수 있는 콘택트 영역을 갖는 반도체 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.It is a second object of the present invention to provide a semiconductor device having a contact region capable of exerting a small contact resistance without impairing the excellent properties of the heterofield effector, and a manufacturing method thereof.

상기 제 1 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 제 1 반도체 장치에 관한 수단과, 제 2 반도체 장치에 관한 수단과, 제 1 반도체 장치의 제조방법에 관한 수단을 강구하고 있다.In order to achieve the first object, the present invention seeks means for a first semiconductor device, means for a second semiconductor device, and means for a method for manufacturing the first semiconductor device.

상기 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는, 제 3 반도체 장치에 관한 수단과, 제 2 반도체 장치의 제조방법에 관한 수단을 강구하고 있다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to achieve the said 2nd objective, in this invention, the means regarding a 3rd semiconductor device and the means regarding the manufacturing method of a 2nd semiconductor device are calculated | required.

본 발명의 제 1 반도체 장치는, 반도체 기판의 일부에 형성되어 게이트 전극과 소스·드레인 영역 및 해당 소스·드레인 영역사이의 채널 영역을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 구비하고 있는 반도체 장치로서, 상기 채널영역에는 Si 층과, 상기 Si 층에 접하여 형성되고 C의 조성비 y가 0.01~0.03인 Si1-x-yGexCy 층 (0≤x≤1, 0y≤1)이 설치되고, Si1-x-yGexCy층 내에서의 상기 Si 층에 근접한 영역에는 캐리어 축적층이 형성되어 있다.A first semiconductor device of the present invention is a semiconductor device which is formed in a part of a semiconductor substrate and includes a field effect transistor having a channel region between a gate electrode and a source / drain region and a corresponding source / drain region. A Si layer and a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0y ≦ 1) formed in contact with the Si layer and having a composition ratio y of 0.01 to 0.03 are provided, and Si 1-xy Ge x The carrier accumulation layer is formed in the region adjacent to the Si layer in the C y layer.

이에 따라, C의 조성비 y가 0.01~0.03인 Si1-x-yGexCy층과 Si 층의 경계면에는 캐리어를 2차원적으로 가두는 캐리어 축적층을 형성하는 데 필요한 밴드 불연속부를 형성하는 것이 가능하다. 그리고, 이 캐리어 축적층이 채널로서 기능하기 때문에, Si 층보다도 큰 캐리어 이동도를 부여하는 Si1-x-yGexCy 층을 채널로 하는 동작 속도가 큰 전계 효과형 트랜지스터를 얻을 수 있다. 더구나, Si1-x-yGexCy 층과 Si 층 사이에서는 격자 부정합이 없게 되거나 혹은 매우 작게 되도록 제어할 수 있기 때문에, 격자 왜곡을 0 혹은 거의 없도록 조정할 수 있고, Si1-x-yGexCy 층에 결정 결함이 도입되지 않도록 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다.Accordingly, it is possible to form a band discontinuity necessary to form a carrier accumulation layer that confines the carrier two-dimensionally at the interface between the Si 1-xy Ge x C y layer and the Si layer having a composition ratio y of 0.01 to 0.03. Do. And since this carrier accumulation layer functions as a channel, the field effect transistor with a large operation speed which makes a channel the Si 1-xy Ge x Cy layer which gives carrier mobility larger than a Si layer can be obtained. Moreover, Si 1-xy Ge x C y layer and in between the Si layer because it can be controlled such that no lattice mismatch or or extremely small, it is possible to adjust the lattice strain of 0 or nearly so, Si 1-xy Ge x C y It is possible to configure so that crystal defects may not be introduced into the layer. Therefore, a semiconductor device having high reliability can be obtained.

또한, 상기 Si1-x-yGexCy 층의 각 원소의 조성비는 상기 Si1-x-yGexCy 층과 상기 Si 층 이 격자 정합하는 조성비로 조정해 놓을 수 있다.In addition, the composition ratio of the Si 1-xy Ge x C y layer of each element may be placed to adjust the composition ratio of the lattice matching said Si 1-xy Ge x C y layer and the Si layer.

이에 따라, 격자 부정합에 기인하는 왜곡이 없는 Si1-x-yGexCy 층 내에 채널이 형성되기 때문에, 매우 높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있게 된다.As a result, a channel is formed in the Si 1-xy Ge x C y layer without distortion due to lattice mismatch, and thus a semiconductor device having very high reliability can be obtained.

또한, 상기 Si1-x-yGexCy 층을 상기 Si 층보다 작은 격자상수를 갖고 또한 격자 완화를 발생하지 않는 막 두께를 갖는 것으로 할 수가 있다.Further, the Si 1-xy Ge x C y layer may have a lattice constant smaller than that of the Si layer and a film thickness that does not cause lattice relaxation.

이에 따라, Si1-x-yGexCy 층에는 인장 왜곡이 가해지기 때문에 Si 층과의 밴드의 불연속량을 크게 할 수 있어 캐리어를 가두는 효율이 향상된다.As a result, tensile strain is applied to the Si 1-xy Ge x C y layer, so that the amount of discontinuity of the band with the Si layer can be increased, thereby improving the efficiency of trapping the carrier.

또한, 상기 반도체 기판 상에 형성되어 단일 조성의 반도체층을 채널 영역으로 하는 M0S 트랜지스터를 추가로 구비할 수 있다.In addition, the semiconductor substrate may further include a M0S transistor formed on the semiconductor substrate and having a single layer semiconductor layer as a channel region.

또한, 상기 캐리어 축적층에 축적되는 캐리어를 부(負)의 캐리어로 할 수 있다.Further, carriers accumulated in the carrier storage layer can be negative carriers.

또한, 상기 Si 층내의 상기 Si1-x-yGexCy 층에 근접한 영역에 상기 캐리어 축적층에 캐리어를 공급하기 위한 캐리어 공급층을 설치하여 두는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to provide a carrier supply layer for supplying a carrier to the carrier accumulation layer in a region adjacent to the Si 1-xy Ge x C y layer in the Si layer.

또한, 상기 캐리어 축적층에 축적되는 캐리어를 부의 캐리어로 하고, 상기 반도체 기판의 다른 부분에 형성되어 게이트 전극과, 소스·드레인 영역과, 이 소스·드레인 영역사이의 채널 영역을 갖는 다른 하나의 전계 효과 트랜지스터를 추가로 설치하며, 상기 다른 하나의 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역에 제 2 Si 층과, 상기 제 2 Si 층에 근접하여 형성된 SiGe 층을 설치하여, 상기 SiGe 내에서의 상기 제 2 Si 층에 근접한 영역에 정의 캐리어를 축적하기 위한 제 2 캐리어 축적층을 형성해 두는 것이 바람직하다.In addition, another carrier field is formed in another part of the semiconductor substrate, with the carrier accumulated in the carrier storage layer as a negative carrier, and having a gate electrode, a source / drain region, and a channel region between the source / drain region. An effect transistor is further provided, and a second Si layer and a SiGe layer formed proximate to the second Si layer are provided in a channel region of the other field effect transistor, and the second Si layer in the SiGe is provided. It is preferable to form the second carrier storage layer for accumulating the positive carriers in the region adjacent to the second carrier.

이에 따라, n-채널측 및 p-채널측 중 어느 것에서도 높은 캐리어 이동을 갖는 HCMOS 장치로서 기능하는 반도체 장치를 얻을 수 있다.Thereby, a semiconductor device functioning as an HCMOS device having high carrier movement can be obtained in either of the n-channel side and the p-channel side.

또한, 상기 Si1-x-yGexCy 층을 양자 우물 영역으로 할 수 있으며, 상기 SiGe 층을 양자 우물 영역으로 할 수 있다.The Si 1-xy Ge x C y layer may be a quantum well region, and the SiGe layer may be a quantum well region.

이에 따라, 캐리어를 가두는 효율이 높은 채널을 갖는 전계 효과형 트랜지스터를 얻을 수 있다.As a result, it is possible to obtain a field effect transistor having a channel having a high efficiency of confining carriers.

또한, 상기 소스·드레인 영역에 제 1 반도체층과, 이 제 1 반도체층보다도 큰 밴드 갭을 갖는 제 2 반도체층을 설치하고, 상기 제 1 반도체층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 구비할 수 있다.A source comprising a first semiconductor layer and a second semiconductor layer having a band gap larger than that of the first semiconductor layer in the source / drain region, and having a low resistance conductor film formed directly on the first semiconductor layer. Drain contact layer can be provided.

이에 따라, 상술한 효과에 더하여 헤테로 접합을 이용하면서 콘택트 저항이 작은 반도체 장치를 얻을 수 있다.Thereby, in addition to the above effects, a semiconductor device with a small contact resistance can be obtained while using a heterojunction.

본 발명의 제 2 반도체 장치는, 반도체 기판의 일부에 형성되어, 게이트 전극과, 소스·드레인 영역과, 이 소스·드레인 영역사이의 채널 영역을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 구비하고, 상기 채널 영역에는, 제 1 Si 층과, 상기 Si 층에 접하여 형성된 제 1 Si1-x-yGexCy 층 (0≤x≤1, 0<y≤1)과, 제 2 Si 층과, 상기 제 2 Si 층에 접하여 형성되고 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층과는 다른 밴드 갭을 갖는 제 2 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)이 설치되며, 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층 내에서의 상기 제 1 Si 층에 근접한 영역과, 상기 제 2 Si1-x-yGexCy 층 내에서의 상기 제 2 Si 층에 근접한 영역과는 서로 다른 도전형의 캐리어를 가두기 위한 제 1 및 제 2 캐리어 축적층이 각각 형성되어 있다.A second semiconductor device of the present invention is formed in a part of a semiconductor substrate, and includes a field effect transistor having a gate electrode, a source / drain region, and a channel region between the source / drain region, and in the channel region, A first Si layer, a first Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) formed in contact with the Si layer, a second Si layer, and the second Si layer contact is formed, and wherein the 1 Si 1-xy Ge x C y layer and has claim 2 Si 1-xy Ge x C y layer having different band gaps (0≤x≤1, 0≤y≤1) is provided, wherein the 1 Si 1-xy Ge x C y layer and the region close to the claim 1 Si layer within, and the second Si and the second area close to the Si layer in the 1-xy Ge x C y layer, First and second carrier storage layers are formed for confining carriers of different conductivity types, respectively.

이에 따라, 각각 캐리어를 가두는 효율이 높은 채널을 갖고 또한 동작 속도가 큰 n-채널 전계 효과 트랜지스터 및 p-채널 전계 효과 트랜지스터를 구비한 HCMOS 장치로서 기능하는 반도체 장치를 얻을 수 있다. 더구나, 제 1 Si1-x-yGexCy 층과 제 1 Si 층의 사이에서는 격자 부정합이 없게 되거나 또는 매우 적게 되도록 제어할 수 있기 때문에, 제 1 Si1-x-yGexCy 층에 결정 결함이 도입되지 않도록 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다.As a result, it is possible to obtain a semiconductor device which functions as an HCMOS device having an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor each having a high efficiency of channel confining carriers and having a large operation speed. Furthermore, crystallization defects in the first Si 1-xy Ge x C y layer can be controlled such that there is no lattice mismatch or very little between the first Si 1-xy Ge x C y layer and the first Si layer. It is possible to configure so that it is not introduced. Therefore, a semiconductor device having high reliability can be obtained.

또한, 상기 제 2 Si1-x-yGexCy 층에 있어서의 C의 조성비 y를 0으로 할 수 있다.In addition, the composition ratio y of C in the said 2nd Si 1-xy Ge x C y layer can be made into zero.

또한, 상기 반도체 기판 상에 형성되어, 단일 조성의 반도체층을 채널 영역으로 하는 M0S 트랜지스터를 추가로 설치하여도 된다.In addition, a M0S transistor may be further formed on the semiconductor substrate, the semiconductor layer having a single composition as a channel region.

이에 따라, 동작 속도가 요구되는 부분에는 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층을 채널 영역으로 갖는 트랜지스터를 배치하고, 그 이외의 부분에서는 통상의 M0S 트랜지스터를 배치하여 반도체 장치의 응용범위를 확대시킬 수 있다.Accordingly, a transistor having the first Si 1-xy Ge x C y layer as a channel region is disposed in a portion where an operation speed is required, and a general M0S transistor is disposed in a portion other than the above, thereby limiting the application range of the semiconductor device. You can enlarge it.

또한, 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층에 있어서의 C의 조성비 y를, 0.01~0.03으로 하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to make composition ratio y of C in the said 1st Si 1-xy Ge x Cy layer into 0.01-0.03.

또한, 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층의 각 원소의 조성비를 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 과 상기 제 1 Si 층이 격자 정합 하는 조성비로 조정해 두는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to adjust the composition ratio of each element of the said 1st Si 1-xy Ge x C y layer to the composition ratio which the said 1st Si 1-xy Ge x C y and the said 1st Si layer lattice matched.

이에 따라, 격자 왜곡이 없는 신뢰성이 높은 전계 효과형 트랜지스터를 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다.As a result, a semiconductor device having a highly reliable field effect transistor without lattice distortion can be obtained.

또한, 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층을 상기 제 1 Si 층의 격자상수보다 작은 격자상수를 갖고 또한 격자 완화를 일으키지 않는 막 두께를 갖는 것으로 할 수가 있다.The first Si 1-xy Ge x C y layer may have a lattice constant smaller than the lattice constant of the first Si layer and a film thickness that does not cause lattice relaxation.

이에 따라, 제 1 Si1-x-yGexCy 층에는 인장 왜곡이 가해지기 때문에 제 1 Si 층과의 사이의 밴드 불연속량을 크게 할 수 있어 캐리어를 가두는 효율이 향상된다.As a result, tensile strain is applied to the first Si 1-xy Ge x C y layer, so that the amount of band discontinuity between the first Si layer can be increased and the efficiency of trapping the carrier is improved.

또한, 상기 제 1 캐리어 축적층에 축적되는 캐리어를 부의 캐리어로 하고, 상기 제 2 캐리어 축적층에 축적되는 캐리어를 정의 캐리어로 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the carrier accumulated in the first carrier storage layer be a negative carrier, and the carrier accumulated in the second carrier storage layer be a positive carrier.

또한, 상기 제 1 Si 층 내에서의 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층에 근접한 영역에 상기 제 1 캐리어 축적층에 캐리어를 공급하기 위한 캐리어 공급층을 추가로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further form a carrier supply layer for supplying a carrier to the first carrier accumulation layer in a region proximate to the first Si 1-xy Ge x C y layer in the first Si layer.

또한, 상기 제 1 및 제 2 Si1-x-yGexCy 층 중 적어도 어느 한쪽의 Si1-x-yGexCy 은 양자 우물 영역으로 되는 것이 바람직하다.In addition, at least one of the first and second Si 1-xy Ge x C y layers, Si 1-xy Ge x C y is preferably a quantum well region.

또한, 상기 제 1 및 제 2 Si1-x-yGexCy 층 중 위쪽에 형성된 Si1-x-yGexCy 층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.Further, a source-drain contact layer made of a low resistance conductor film formed directly on the Si 1-xy Ge x C y layer formed on the upper side of the first and second Si 1-xy Ge x C y layers is further provided. It is desirable to.

본 발명의 제 3 반도체 장치는, 반도체 기판 상에 형성된 적어도 1개의 전계 효과 트랜지스터를 구비한 반도체 장치에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층, 상기 제 1 반도체층과는 밴드 갭이 다른 반도체에 의해 구성되는 제 2 반도체층 및 상기 제 1, 제 2 반도체층 사이의 경계면 부근의 영역에 형성된 캐리어 축적층을 갖는 채널 영역과, 제 3 반도체층 및 이 제 3 반도체층보다도 밴드 갭이 큰 반도체층으로 구성되는 제 4 반도체층을 갖는 소스·드레인 영역과, 상기 제 3 반도체층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 구비하고 있다.A third semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having at least one field effect transistor formed on a semiconductor substrate, the field effect transistor comprising a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 A first semiconductor layer comprising ≤ y ≤ 1), a second semiconductor layer formed of a semiconductor having a band gap different from the first semiconductor layer, and formed in a region near an interface between the first and second semiconductor layers A source / drain region having a channel region having a carrier storage layer, a third semiconductor layer and a fourth semiconductor layer composed of a semiconductor layer having a band gap larger than that of the third semiconductor layer, and directly above the third semiconductor layer. A source / drain contact layer made of a low resistance conductor film is provided.

이에 따라, 헤테로 접합을 이용한 캐리어 이동이 높은, 즉 동작 속도가 높은 전계 효과 트랜지스터에 있어서의 소스·드레인 영역에의 콘택트 저항을 저감하는 것이 가능하게 된다.As a result, it is possible to reduce the contact resistance to the source / drain region in the field effect transistor having a high carrier movement using a heterojunction, that is, a high operating speed.

또한, 상기 제 1 반도체층과 상기 제 3 반도체층을 공통의 제 1 반도체막에 의해 형성하고, 상기 제 2 반도체층과 상기 제 4 반도체층을 공통의 제 2 반도체막에 의해 형성하여, 상기 제 2 반도체막을 상기 제 1 반도체막의 위에 형성해 놓을 수 있다.In addition, the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed by a common first semiconductor film, and the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are formed by a common second semiconductor film. 2 A semiconductor film can be formed on the said 1st semiconductor film.

또한, 상기 제 1 반도체층과 상기 제 3 반도체층을 서로 다른 반도체막에 의해 형성하고, 상기 제 3 반도체층을 상기 제 1 반도체층의 위쪽에 형성하고, 상기 제 4 반도체층을 상기 제 3 반도체층의 위에 형성해 놓을 수 있다.The first semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed of different semiconductor films, the third semiconductor layer is formed above the first semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer is formed of the third semiconductor layer. Can be formed on top of the layer.

본 발명의 제 1 반도체 장치의 제조방법은, n-채널 전계 효과형 트랜지스터와, p-채널 전계 효과형 트랜지스터를 갖는 반도체 장치의 제조방법으로서, 반도체 기판 상에 제 1 Si 층과, 상기 Si 층에 접하는 것과 동시에 상기 제 1 Si 층에 근접한 영역에 상기 n-채널 전계 효과형 트랜지스터의 채널로 되는 제 1 캐리어 층을 갖도록 제 1 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0<y≤ 1)을 형성하는 제 1 공정과, 반도체 기판 상에 제 2 Si 층과, 상기 제 2 Si 층에 접하는 동시에 상기 제 1 Si1-x-yGexCy 층과는 다른 밴드 갭을 갖고, 상기 제 2 Si 층에 근접한 영역에 상기 p-채널 전계 효과형 트랜지스터의 채널로 되는 제 2 캐리어 축적층을 갖는 제 2 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 형성하는 제 2 공정과, 상기 제 1 및 제 2 Si1-x-yGexCy 층 중 위쪽에 위치하는 Si1-x-yGexCy 층의 위에 도체막을 퇴적한 후, 이 도체막을 패터닝하여 상기 n-채널 전계 효과형 트랜지스터 및 p-채널 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 전극을 각각 형성하는 제 3 공정과, 상기 각 트랜지스터의 게이트 전극을 마스크로하여, 상기 n-채널 전계 효과형 트랜지스터 형성 영역에는 적어도 상기 제 1 캐리어 축적층에 도달하는 깊이까지 n 형 불순물을, 상기 p-채널 전계 효과형 트랜지스터 형성 영역에는 적어도 상기 제 2 캐리어 축적층에 도달하는 깊이까지 p 형 불순물을 각각 도입하여 상기 n-채널 전계 효과형 트랜지스터 및 p-채널 전계 효과형 트랜지스터의 소스·드레인 영역을 각각 형성하는 제 4 공정을 구비하고 있다.The manufacturing method of the 1st semiconductor device of this invention is a manufacturing method of the semiconductor device which has an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor, Comprising: A 1st Si layer and the said Si layer on a semiconductor substrate A first Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0, having a first carrier layer in the region adjacent to the first Si layer and at the same time as the channel of the n-channel field-effect transistor) A first step of forming <y≤1), a second Si layer and a second Si layer on the semiconductor substrate, and a band gap different from the first Si 1-xy Ge x C y layer; A second Si 1-xy Ge x C y layer having a second carrier storage layer serving as a channel of the p-channel field effect transistor in a region proximate the second Si layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y on top of the second step, the first and second Si 1-xy Ge x C y layer which is located on top of the Si 1-xy Ge x C y layer to form a ≤1) Fig. After depositing a film, patterning the conductor film to form gate electrodes of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor, respectively; using the gate electrode of each transistor as a mask, n-type impurity to at least the depth reaching the first carrier storage layer in the n-channel field effect transistor formation region, and at least to the depth to reach the second carrier storage layer in the p-channel field effect transistor formation region. and a fourth step of forming source and drain regions of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor, respectively, by introducing p-type impurities.

이 방법에 의해, 본 발명에 따르는 제 2 반도체 장치를 용이하게 형성할 수 있게 된다.By this method, the second semiconductor device according to the present invention can be easily formed.

본 발명의 제 2 반도체 장치의 제조방법은, Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층과는 다른 밴드 갭을 갖는 제 2 반도체층 및 상기 제 1, 제 2 반도체층의 사이의 경계면 부근의 영역에 형성된 채널로 되는 캐리어 축적층을 갖고, 전계 효과 트랜지스터로서 기능하는 반도체 장치의 제조방법으로서, 반도체 기판의 전계 효과 트랜지스터 형성 영역에 제 3 반도체층과, 이 제 3 반도체층보다 큰 밴드 갭을 갖는 제 4 반도체층을 차례로 형성하는 제 1 공정과, 상기 제 4 반도체층의 위쪽에 반도체막을 퇴적한 후, 이 도체막을 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 제 2 공정과, 상기 게이트 전극 양 측방에 위치하는 상기 전계 효과형 트랜지스터 형성 영역에 적어도 상기 캐리어 축적층에 도달하는 깊이까지 불순물을 도입하여 소스·드레인 영역을 형성하는 제 3 공정과, 상기 소스·드레인 영역에서의 상기 제 4 반도체층을 적어도 상기 제 3 반도체층이 노출될 때까지 에칭에 의해 제거하는 제 4 공정과, 상기 제 3 반도체층이 노출된 면 위에 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 형성하는 제 5 공정을 구비하고 있다.A method for manufacturing a second semiconductor device of the present invention includes a first semiconductor layer including a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), and the first semiconductor layer. A semiconductor manufacturing method of a semiconductor device having a second semiconductor layer having a different band gap and a carrier storage layer serving as a channel formed in a region near an interface between the first and second semiconductor layers, and functioning as a field effect transistor. A first step of sequentially forming a third semiconductor layer and a fourth semiconductor layer having a larger band gap than the third semiconductor layer in the field effect transistor formation region of the substrate; and depositing a semiconductor film on the fourth semiconductor layer. Thereafter, the conductive film is patterned to form a gate electrode, and impurities are introduced into the field-effect transistor formation regions located on both sides of the gate electrode to at least a depth reaching the carrier storage layer. A third step of forming a source / drain region, a fourth step of removing the fourth semiconductor layer in the source / drain region by etching until at least the third semiconductor layer is exposed, and the third A fifth step of forming a source / drain contact layer made of a low resistance conductor film on a surface where the semiconductor layer is exposed is provided.

이 방법에 의해, 본 발명에 따르는 제 3 반도체 장치를 용이하게 형성할 수 있게 된다.By this method, it is possible to easily form the third semiconductor device according to the present invention.

또한, 상기 제 1 공정은 상기 제 1 및 제 3 반도체층을 공통의 제 1 반도체막으로 형성하고, 상기 제 2 및 제 4 반도체층을 공통의 제 2 반도체막으로 형성할 수 있다.In the first step, the first and third semiconductor layers may be formed of a common first semiconductor film, and the second and fourth semiconductor layers may be formed of a common second semiconductor film.

또한, 상기 제 1 공정의 앞에 상기 제 1 및 제 2 반도체층을 형성하는 공정을 추가로 구비하고, 상기 제 1 공정은, 상기 제 1 반도체층의 위쪽에 제 3 반도체층을 형성하도록 할 수 있다.The method may further include a step of forming the first and second semiconductor layers in front of the first step, wherein the first step allows the third semiconductor layer to be formed above the first semiconductor layer. .

또한, 상기 제 4 공정은, 상기 제 3 반도체층과 상기 제 4 반도체층에 대한 에칭 선택비가 높은 에칭 조건으로 하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to make the said 4th process into the etching conditions with high etching selectivity with respect to the said 3rd semiconductor layer and the said 4th semiconductor layer.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. The above and other objects and features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

(실시예)(Example)

(제 1 실시예)(First embodiment)

제 1 실시예에 의한 HCMOS 장치는,SiGe/Si 계에 C를 첨가하여 되는 SiGeC의 3원 혼합 결정계를 이용하고, 이 SiGeC 층과 Si 층을 대략 격자정합시켜, 밴드 갭 에너지의 차이로부터 헤테로 경계면에 밴드 불연속부를 형성하는 전계 효과 트랜지스터이다.The HCMOS device according to the first embodiment employs a SiGeC ternary mixed crystal system in which C is added to a SiGe / Si system, and lattice-matches the SiGeC layer and the Si layer to form a hetero boundary surface from a difference in band gap energy. It is a field effect transistor which forms a band discontinuity in.

도 1은 제 1 실시예에 의한 HCMOS 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(10)상에는,NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터가 형성되어 있지만, 우선, NMOS 트랜지스터의 구조부터 설명한다.1 is a cross-sectional view showing the structure of the HCMOS device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, an NMOS transistor and a PMOS transistor are formed on the silicon substrate 10, but first, the structure of the NMOS transistor will be described.

NMOS 트랜지스터에 있어서, Si 기판(10)상에는 p웰(11)(고농도 p형 실리콘층)이 형성되어 있고, 또 그 위에 V족 원소가 고농도로 도핑된 δ 도핑층 및 스페이서층을 갖는 Si 층(13n)과, SiGeC 층(14n)(C의 조성율은 1%, Ge의 조성율은 8.2%)이 차례로 형성되어 있다. 후술하는 바와 같이, 이 SiGeC 층(14n)에서의 각 원소의 조성비는 SiGeC 층(14n)과 그 바로 아래의 Si 층(13n)이 격자정합하는 값으로 되어있다.In an NMOS transistor, a p well 11 (a high concentration p-type silicon layer) is formed on a Si substrate 10, and a Si layer having a δ doping layer and a spacer layer doped with a high concentration of a group V element thereon ( 13n) and a SiGeC layer 14n (the composition ratio of C is 1%, and the composition ratio of Ge is 8.2%) are formed in this order. As will be described later, the composition ratio of each element in the SiGeC layer 14n is a value at which the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n immediately below are lattice matched.

이 SiGeC 층(14n)과 Si 층(13n)의 헤테로 경계면에는 도 1의 오른쪽 부분에 도시한 바와 같이, 밴드 오프셋 값 △Ec를 갖는 전도대 Ec의 밴드 불연속부가 존재하고, 이 밴드 불연속부에 부(負)의 캐리어인 전자를 2차원 전자가스(2 DEG)로서 가두기 위한 캐리어 축적층이 형성된다. 그리고, 이 SiGeC 층(14n) 측의 경계면 부근에 형성된 캐리어 축적층이 전자가 고속으로 주행하는 채널로 된다. SiGeC 층(14n) 내에서는, Si 층 내에 비해 전자의 이동도가 크고, 이 NMOS 트랜지스터의 동작속도도 크게 할 수 있다.In the hetero interface between the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n, a band discontinuity of the conduction band Ec having a band offset value ΔEc exists as shown in the right part of FIG. A carrier accumulation layer for confining electrons as carriers of the film i) as two-dimensional electron gas (2 DEG) is formed. The carrier accumulation layer formed near the boundary surface on the SiGeC layer 14n side is a channel through which electrons travel at high speed. In the SiGeC layer 14n, the mobility of electrons is larger than that in the Si layer, and the operating speed of the NMOS transistor can also be increased.

또, 이 SiGeC 층(14n) 위에, SiGe 층(15n)(Ge의 조성율은 30%, Si의 조성율은 70%)과 Si 층(17n)이 차례로 형성되고, 또 표면에는 실리콘 산화막으로 이루어지는 게이트 절연막(19n)이 형성되어 있다. 이 게이트 절연막(19n)의 아래로는 Si 층(17n)이 존재하고 있기 때문에 Si 층(17n)의 표면을 산화하는 것만으로 결정성이 높은 게이트 절연막(19n)을 용이하게 형성할 수가 있다. 게이트 절연막(19n) 위에는 게이트 전극(18n)이 형성되고, 이 게이트 전극(18n)의 양측에 위치하는 기판 내에는 소스·드레인층(16n)이 형성되어 있다. SiGeC 층(14n) 내에서의 전자의 주행은 게이트 전극(18n)에 인가되는 전압에 의해서 제어된다. 또, 소스·드레인층(16n)은 p웰(11)에 도달하는 깊이까지 형성되어 있지만, 적어도 SiGeC 층(14n)에 형성되는 채널로 되는 부분의 깊이까지 형성되면 된다.On this SiGeC layer 14n, a SiGe layer 15n (a composition ratio of Ge is 30%, a composition ratio of Si is 70%) and a Si layer 17n are formed in this order, and the surface is made of a silicon oxide film. The gate insulating film 19n is formed. Since the Si layer 17n exists below this gate insulating film 19n, the gate insulating film 19n with high crystallinity can be easily formed only by oxidizing the surface of the Si layer 17n. The gate electrode 18n is formed on the gate insulating film 19n, and the source / drain layer 16n is formed in the board | substrate located on both sides of this gate electrode 18n. The travel of electrons in the SiGeC layer 14n is controlled by the voltage applied to the gate electrode 18n. In addition, although the source-drain layer 16n is formed to the depth which reaches | attains the p well 11, what is necessary is just to form to the depth of the part used as the channel formed in the SiGeC layer 14n at least.

한편, PMOS 트랜지스터는, 이상에서 설명한 NMOS 트랜지스터와 거의 같은 구조를 갖고 있다. Si 기판(10)상에는 n웰(12)(고강도 n형 Si 층)이 형성되어 있고, 또 그 위에 V족 원소가 고농도로 도핑된 δ 도핑층을 갖는 Si 층(13p)과, SiGeC 층(14p)(Ge의 조성율은 8.2%, C의 조성율은 1%)이 차례로 형성되어 있다. 또, 이 SiGeC 층(14p) 위에, SiGe 층(15p)(Ge의 조성율은 30%, Si의 조성율은 70%), Si 층(17p)이 차례로 형성되어 있다. PMOS 트랜지스터의 경우는, 캐리어가 정공으로 되지만 이 정공이 흐르는 채널은 SiGe 층(15p)과 Si 층(17p)의 경계면의 SiGe 층(15p) 측에 형성된다. 이 SiGe 층(15p)과 Si 층(17p)의 헤테로 경계면에 밴드 오프셋 값 ΔEv를 갖는 가전자대의 밴드 불연속부가 존재하고, 이 불연속부에 캐리어 축적층이 형성된다. 따라서, SiGe 층(15p) 측의 경계면에 형성된 캐리어 축적층 채널을 정공이 주행하지만, SiGe 층(15p) 내에서도 Si 층내에 비해 정공의 이동도가 크기 때문에 이 PM0S 트랜지스터의 동작속도도 커진다.On the other hand, the PMOS transistor has a structure substantially the same as that of the NMOS transistor described above. An n well 12 (a high-strength n-type Si layer) is formed on the Si substrate 10, and a Si layer 13p having a δ doping layer doped with a Group V element at a high concentration, and a SiGeC layer 14p. (Ge composition rate is 8.2%, C composition rate is 1%) are formed in this order. On this SiGeC layer 14p, a SiGe layer 15p (a composition ratio of Ge is 30%, a composition ratio of Si is 70%), and a Si layer 17p are formed in this order. In the case of a PMOS transistor, the carrier becomes a hole, but the channel through which the hole flows is formed on the SiGe layer 15p side of the interface between the SiGe layer 15p and the Si layer 17p. A band discontinuity in the valence band having a band offset value ΔEv exists in the hetero interface between the SiGe layer 15p and the Si layer 17p, and a carrier accumulation layer is formed in this discontinuous portion. Therefore, although holes travel through the carrier accumulation layer channel formed at the interface on the SiGe layer 15p side, even in the SiGe layer 15p, since the hole mobility is larger than that in the Si layer, the operation speed of the PM0S transistor also increases.

PMOS 트랜지스터에 있어서, Si 층(17p)의 위에는, 실리콘 산화막으로 이루어지는 게이트 절연막(19p)이 형성되어 있다. 게이트 전극(18p)의 양측에는 소스·드레인층(16p)이 형성되고, SiGe 층(15p)에서의 정공의 주행은 게이트 전극(18p)에 인가되는 전압에 의해 제어되고 있다.In the PMOS transistor, a gate insulating film 19p made of a silicon oxide film is formed on the Si layer 17p. Source and drain layers 16p are formed on both sides of the gate electrode 18p, and the travel of the holes in the SiGe layer 15p is controlled by the voltage applied to the gate electrode 18p.

또한, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터의 사이는 기판에 형성된 홈을 실리콘 산화막으로 매립하여 되는 트랜치(trench)분리(20)가 설정되고, 이 트랜치분리(20)에 의해서, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터가 서로 전기적으로 분리되어 있다.In addition, a trench isolation 20 is formed between the NMOS transistor and the PMOS transistor by filling a groove formed in the substrate with a silicon oxide film. The trench isolation 20 allows the NMOS transistor and the PMOS transistor to be electrically connected to each other. Separated by.

또, 각 Si 층(13n, 13p),각 SiGeC 층(14p, 14n), 각 SiGe 층(15n, 15p), 각 Si 층(17n, 17p)은 결정 성장에 의해 각각 동시에 형성되어 있다. 그리고, 각 층의 치수는 예컨대 이하와 같은 치수로 할 수 있다. 다만 반드시 이하의 치수로 한정되는 것은 아니다.In addition, each Si layer 13n, 13p, each SiGeC layer 14p, 14n, each SiGe layer 15n, 15p, and each Si layer 17n, 17p are formed simultaneously by crystal growth. In addition, the dimension of each layer can be made into the following dimensions, for example. However, the present invention is not necessarily limited to the following dimensions.

각 Si 층(13n, 13p)의 두께는 예를 들면 0.6㎛ 정도이고, 0~1㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 스페이서층의 두께는 예를 들면 30nm 정도이고, 0~50nm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 각 SiGeC 층(14p, 14n)의 두께는 3~50nm 인 것이 바람직하다. 각 SiGe 층(15n, 15p)의 두께는 5nm 정도이고, 3~5nm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 각 Si 층 (17n, 17p)의 두께는 1nm 정도이고, 0.5~5nm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 게이트 절연막(19n, 19p)의 두께는, 예컨대 5nm 정도이다.The thickness of each Si layer 13n, 13p is about 0.6 micrometer, for example, and it is preferable to exist in the range of 0-1 micrometer. The thickness of a spacer layer is about 30 nm, for example, and it is preferable to exist in the range of 0-50 nm. It is preferable that the thickness of each SiGeC layer 14p, 14n is 3-50 nm. The thickness of each SiGe layer 15n, 15p is about 5 nm, and it is preferable to exist in the range of 3-5 nm. The thickness of each Si layer 17n, 17p is about 1 nm, and it is preferable to exist in the range of 0.5-5 nm. The thickness of the gate insulating films 19n and 19p is, for example, about 5 nm.

또한, 게이트 전극(18n, 18p)의 게이트 길이는 0.25㎛, 게이트 폭은 2.5㎛, 소스·드레인 영역의 폭은 1.2㎛ 정도이고, 소스·드레인 전극(21n, 21p)의 콘택트 면적은, 0.5㎛ㅧ 0.6㎛ 정도이다. 각 웰(13n, 13p)의 도핑 농도는 1×1O17~1×1O18cm-3정도이고, δ 도핑층의 도핑농도는 1×1O18~1×1020cm-3정도이다.The gate lengths of the gate electrodes 18n and 18p are 0.25 µm, the gate width is 2.5 µm, the width of the source and drain regions is about 1.2 µm, and the contact areas of the source and drain electrodes 21n and 21p are 0.5 µm. It is about 0.6 micrometer. The doping concentration of each well 13n, 13p is about 1 × 10 17 -1 × 10 18 cm -3 , and the doping concentration of the δ doping layer is about 1 × 10 18 -1 × 10 20 cm -3 .

본 실시예에 있어서의 HCMOS 장치(Heterostructure CMOS 장치)의 특징은 SiGeC 층을 이용하는 점이다. 이 SiGeC 층은 Si, Ge, C의 각각의 조성비의 조정에 의해 밴드 갭 양 및 실리콘에 대한 격자 부정합율을 바꿀 수 있다. 여기서, 본 실시예에 있어서의 Si, Ge, C의 조성비와, 각 층의 왜곡 및 밴드 오프셋 양의 관계에 관해서 상세히 설명하기로 한다.The characteristic of the HCMOS device (Heterostructure CMOS device) in this embodiment is that a SiGeC layer is used. This SiGeC layer can change the band gap amount and the lattice mismatch rate with respect to silicon by adjusting the composition ratio of Si, Ge, and C, respectively. Here, the relationship between the composition ratios of Si, Ge, and C in the present embodiment, and the amount of distortion and band offset of each layer will be described in detail.

도 2는 가로축을 C(탄소)의 조성비(%), 세로축을 Ge의 조성비(%)를 취했을 때 SiGeC 층과 Si 층의 격자 부정합율(%)(Miss fit)이 변화하는 모양을 보이고 있다. 격자 부정합율이 0인 선은 SiGeC 층과 Si 층의 격자상수가 같은 것을 나타낸다. Ge(게르마늄) 단결정의 격자상수는 Si 단결정의 격자상수보다도 크고, C(탄소) 단결정의 격자상수는 Si 단결정의 격자상수보다도 작기 때문에, Ge와 C의 조성비를 조정함으로써 SiGeC 층(14n)의 격자상수와 Si 층 (13n)의 격자상수를 일치시킬 수 있는 것이다.2 shows the lattice mismatch (%) of the SiGeC layer and the Si layer when the composition ratio (%) of C (carbon) on the horizontal axis and the composition ratio (%) of Ge on the vertical axis are changed. A line with zero lattice mismatch indicates that the lattice constants of the SiGeC layer and the Si layer are the same. Since the lattice constant of the Ge (germanium) single crystal is larger than the lattice constant of the Si single crystal, and the lattice constant of the C (carbon) single crystal is smaller than the lattice constant of the Si single crystal, the lattice of the SiGeC layer 14n is adjusted by adjusting the composition ratio of Ge and C. It is possible to match the constant with the lattice constant of the Si layer 13n.

도 3은, Si, Ge, C의 3원소의 조성비에 대한 격자정합의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 3의 3개의 꼭지점은 각각 Si, Ge, C의 조성율이 100%(조성비가 1)인 점이고, SiGeC 층의 3원 혼합 결정계의 조성비의 조정에 의해서 Si와의 격자 부정합율이 변화하는 형태를 보이고 있다. 도 3 중 해칭 영역은 SiGeC 층에 인장 왜곡을 주는 조성비의 영역을 나타내고, 도 3 중의 실선은 SiGeC 층과 Si 층의 격자 부정합이 0, 즉 양자가 격자 정합하기 위한 각 원소의 조성비의 조건을 나타낸다. Ge의 격자상수는 Si의 격자상수보다도 4.2% 크고, C의 격자상수는 Si의 격자상수보다도 34.3% 작기 때문에, Ge의 조성비를 C의 조성비보다도 8.2배 크게 함으로써 SiGeC 층의 격자상수를 Si 층의 격자상수에 일치시킬 수 있다.Fig. 3 is a characteristic diagram showing the relationship of lattice matching to the composition ratio of three elements of Si, Ge, and C. The three vertices of FIG. 3 are points at which the composition ratios of Si, Ge, and C are 100% (composition ratio 1), and the lattice mismatch rate with Si is changed by adjusting the composition ratio of the ternary mixed crystal system of the SiGeC layer. It is showing. In Fig. 3, the hatching area represents a region of the composition ratio giving tensile strain to the SiGeC layer, and the solid line in Fig. 3 represents the condition of the composition ratio of each element for the lattice mismatch between the SiGeC layer and the Si layer to be zero, that is, both. . Since the lattice constant of Ge is 4.2% larger than the lattice constant of Si and the lattice constant of C is 34.3% smaller than the lattice constant of Si, the lattice constant of the SiGeC layer is increased by 8.2 times larger than that of C. Can match the lattice constant.

본 실시예의 SiGeC 층(14n)에서는 Ge의 조성율이 8.2%(x=0.082)이고, C의 조성율이 1%(y=0.01)인 것으로부터, 도 3보다 Si 기판과의 격자 부정합이 0이고, SiGeC 층(14n)과 아래쪽의 Si 층(13n)은 같은 격자상수를 갖고 있는 것을 알 수 있다.In the SiGeC layer 14n of this embodiment, the composition ratio of Ge is 8.2% (x = 0.082), and the composition ratio of C is 1% (y = 0.01), so that the lattice mismatch with the Si substrate is zero than in FIG. 3. It is understood that the SiGeC layer 14n and the lower Si layer 13n have the same lattice constant.

다음에, 도 4는 가로축을 C의 조성비로 하고, 세로축을 에너지 레벨로 한 경우에, SiGeC 층과 Si 층의 경계면에 있어서의 전도대의 밴드 오프셋 값 ΔEc 및 가전자대의 밴드 오프셋 값 ΔEv가 변화하는 형태를 도시하고 있다. 다만, 흑색 원은 가전자대의 밴드 오프셋 값 ΔEv이고, 백색 원은 전도대의 밴드 오프셋 값 ΔEc를 나타내고 있다. 또한, 에너지의 원점은 전도대에 대해서는 Si의 전도대 하단의 에너지 값으로 취하고, 가전자대에 대해서는 Si의 가전자대의 상단의 에너지 값으로 취하고 있다. 또한, 도 4의 실선은 무왜곡계에 대응하며 도 4의 점선은 인장 왜곡계에 대응하고 있다.4 shows the band offset value ΔEc of the conduction band and the band offset value ΔEv of the valence band at the interface between the SiGeC layer and the Si layer when the horizontal axis is the composition ratio of C and the vertical axis is the energy level. The form is shown. However, the black circle represents the band offset value ΔEv of the valence band, and the white circle represents the band offset value ΔEc of the conduction band. The origin of energy is taken as the energy value at the bottom of the conduction band of Si for the conduction band, and the energy value at the top of the valence band of Si for the valence band. In addition, the solid line of FIG. 4 corresponds to a distortion-free system, and the dotted line of FIG. 4 corresponds to a tensile distortion system.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 SiGeC 층(C의 조성비가 0.01) 및 Si 층간의 경계면에 있어서의 전도대 및 가전자대의 밴드 오프셋 값은, 각각 300meV, 0meV이고, SiGeC 층과 Si 층의 경계면으로서는 가전자대에는 밴드 불연속부가 없고, 전도대에만 밴드 불연속부가 형성되는 것을 알수 있다. 또한, 본 실시예의 SiGeC 층(14n)에서의 C의 조성비는 0.01이기 때문에, SiGeC 층(14n)과 Si 층(13n)은 격자정합하고 있다. 따라서, 2차원 전자 가스가 주행하는 채널이 형성되는 SiGeC 층(14n) 내에서 아래쪽의 Si 층(13n)과의 격자 부정합에 기인하는 전위 등의 결함의 발생을 방지할 수 있다.As shown in Fig. 4, the band offset values of the conduction band and the valence band at the interface between the SiGeC layer (the composition ratio of C is 0.01) and the Si layer of this embodiment are 300 meV and 0 meV, respectively, and the SiGeC layer and the Si layer As the interface, it can be seen that there is no band discontinuity in the valence band and only a band discontinuity is formed in the conduction band. In addition, since the composition ratio of C in the SiGeC layer 14n of this embodiment is 0.01, the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n are lattice matched. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of defects such as dislocations due to lattice mismatch with the underlying Si layer 13n in the SiGeC layer 14n where the channel on which the two-dimensional electron gas travels is formed.

한편, 본 실시예에 있어서의 SiGeC 층(14n)과 Si 층(13n) 사이의 경계면에 있어서의 가전자대에는 밴드 불연속부가 없기 때문에, SiGeC 층(14n) 내에 정공을 가둘 수 없다. 따라서, 정공을 캐리어로 하는 PM0S 트랜지스터의 경우는 SiGe 층(15p)과 Si 층(17p)의 헤테로 접합을 이용하고 있다. SiGe 단결정의 격자상수는 Si 단결정의 격자상수보다 크고, 더구나, SiGe 층(15p)은 Si 층(13p)과 격자정합하고 있는 SiGeC 층(14p) 위에 위치하고 있기 때문에, 압축왜곡에 의한 밴드 구조의 변화에 의해 가전자대에서의 밴드 오프셋 값이 커지고 있다. 이 경우도 게이트로부터의 전계 인가시에 밴드 경사에 의해 정공이 2차원적으로 갇히게 되어(2DHG) 캐리어 축적층으로 된다. 따라서, SiGe 층(15p) 내의 캐리어 축적층이 정공이 고속으로 주행하기 위한 채널로 된다.On the other hand, since there is no band discontinuity in the valence band at the interface between the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n in this embodiment, holes cannot be trapped in the SiGeC layer 14n. Therefore, in the case of a PM0S transistor having holes as a carrier, a heterojunction of the SiGe layer 15p and the Si layer 17p is used. The lattice constant of the SiGe single crystal is larger than the lattice constant of the Si single crystal, and furthermore, since the SiGe layer 15p is located on the SiGeC layer 14p lattice matched with the Si layer 13p, the change in the band structure due to compression distortion As a result, the band offset value in the valence band is increasing. Also in this case, when the electric field is applied from the gate, holes are trapped two-dimensionally due to the inclination of the band (2DHG) to form a carrier accumulation layer. Therefore, the carrier accumulation layer in the SiGe layer 15p becomes a channel for holes to travel at high speed.

이상과 같이, 본 실시예의 구조에 의하면, NMOS 트랜지스터에 있어서는, SiGeC 층(14n) 에서의 각 원소 Si, Ge, C의 조성비의 조정에 의해 전도대의 밴드 오프셋 값을 2차원 전자 가스를 축적하는데 충분한 값으로 유지하면서, SiGeC 층과 Si 층의 사이의 격자정합을 도모할 수 있다. 따라서, SiGeC 층 안에서의 2차원 전자 가스의 높은 캐리어 이동도를 이용한 동작 속도의 고속화를 실현하면서 결함밀도의 저감에 의한 높은 신뢰성을 발휘할 수가 있다. 또한, SiGeC 층(14n)과 Si 층(13n) 사이의 경계면에 있어서의 가전자대에는 밴드 불연속부가 없기 때문에, SiGeC 층(14n) 내에 정공을 가둘 수 없지만, SiGe 층(15p)과 Si 층(17p)의 헤테로 접합을 이용함으로써 정공을 캐리어로서 이용하는 PM0S 트랜지스터의 채널을 형성할 수가 있어 고속동작을 실현할 수가 있다.As described above, according to the structure of the present embodiment, in the NMOS transistor, the band offset value of the conduction band is sufficient to accumulate the two-dimensional electron gas by adjusting the composition ratio of each element Si, Ge, C in the SiGeC layer 14n. While maintaining the value, lattice matching between the SiGeC layer and the Si layer can be achieved. Therefore, it is possible to achieve high reliability by reducing the defect density while realizing a high speed of operation using the high carrier mobility of the two-dimensional electron gas in the SiGeC layer. Further, since there is no band discontinuity in the valence band at the interface between the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n, holes cannot be trapped in the SiGeC layer 14n, but the SiGe layer 15p and the Si layer 17p are not included. By using a heterojunction, the channel of the PM0S transistor using holes as a carrier can be formed, and high speed operation can be realized.

그리고, 속도가 큰 NMOS 트랜지스터와, SiGe를 이용하여 가전자대의 밴드 불연속부를 형성하여 속도가 큰 PM0S 트랜지스터를 집적함으로써, 고성능인 HCMOS 장치를 실현할 수가 있다.High-performance HCMOS devices can be realized by integrating high speed NMOS transistors and band discontinuities in the valence band using SiGe and integrating high speed PM0S transistors.

또, 본 실시예에서는 Ge의 조성율을 8.2%, C의 조성율을 1%로 하였지만, 도 4로부터 격자 정합계에서 밴드 불연속부, 즉 밴드 오프셋 값 ΔEv가 가장 커지도록 하기 위해서는, C의 조성비를 크게 하면 되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 큰 밴드 오프셋 값 ΔEv를 설정함으로써, 헤테로 경계면에 갇힌 2차원 전자 가스(2DEG)는 전자의 농도가 높게 되더라도 헤테로 경계면을 넘는 일이 없고 안정되게 주행할 수가 있다. 특히, C의 조성비를 0.01~0.03의 범위로 조정하는 것이 바람직하다. 이 범위 내에서는, 무왜곡계 및 인장 왜곡계 중 어디에서도 2차원 전자 가스를 가두기 위한 캐리어 축적층을 형성하는데 적정한 밴드 오프셋 값 ΔEv(=-0.2~-0.6eV)를 얻을 수 있다.In addition, in the present embodiment, the composition ratio of Ge is 8.2% and the composition ratio of C is 1%. However, in order to make the band discontinuity, i.e., the band offset value ΔEv, largest in the lattice matching system from FIG. It can be seen that if you increase the. By setting such a large band offset value ΔEv, the two-dimensional electron gas (2DEG) trapped in the hetero boundary surface can travel stably without crossing the hetero boundary surface even if the electron concentration becomes high. In particular, it is preferable to adjust the composition ratio of C to the range of 0.01-0.03. Within this range, a band offset value ΔEv (= −0.2 to −0.6 eV) suitable for forming a carrier accumulation layer for confining the two-dimensional electron gas can be obtained in either the distortionless system or the tensile distortion system.

또, 본 실시예로서는, SiGe 층(15p) 에서의 Ge의 조성율을 30%로 하였지만, 밴드 오프셋 값이 가장 커지도록 Ge의 조성율을 크게 하고 압축왜곡을 크게 하여도 된다.In this embodiment, the composition ratio of Ge in the SiGe layer 15p is set to 30%. However, the composition ratio of Ge may be increased and the compression distortion may be increased so that the band offset value is the largest.

또한, HCMOS 장치는 Si 기판 상에 형성하기 때문에, 소자의 스피드가 요구되는 곳에는 이 HCMOS 장치를 이용하고, 그 이외에는 통상의 Si 단일 조성을 갖는 활성 영역 상에 형성한 CM0S 장치를 제작하여도 된다. 이와 같이 구성함으로써 Si 기판에 직접 제작하는 M0S형 전계 효과 트랜지스터의 집적화도 가능하게 된다. 또, SiGeC를 이용한 장치로서는, 동일 기판 상에 p, n 형의 트랜지스터를 형성할 필요는 없다. 예컨대, 이동 통신기기에 이용하는 집적 회로의 경우, 고속동작이 요구되는 고주파 영역에서 사용되는 증폭기, 믹서 등은 상보형 회로를 구성할 필요는 없기 때문에, p, n 형 중의 한 편만(예컨대 n 형)의 SiGeC를 이용한 MOS 트랜지스터로 구성하여, 상보형 회로를 구성할 필요가 있는 디지털 신호처리를 하는 부분을 Si 단일 조성을 이용한 CM0S 장치로 구성하는 것 등이 고려된다.In addition, since the HCMOS device is formed on the Si substrate, the HCMOS device may be used where the speed of the device is required, and in addition, the CM0S device formed on the active region having a normal Si single composition may be manufactured. Such a configuration also enables integration of the MOS field effect transistor directly fabricated on the Si substrate. Moreover, as an apparatus using SiGeC, it is not necessary to form p and n type transistors on the same substrate. For example, in the case of an integrated circuit used in a mobile communication device, an amplifier or a mixer used in a high frequency region requiring high speed operation does not need to configure a complementary circuit, so only one of p and n types (for example, n type) is used. It is conceivable to configure a MOS transistor using SiGeC, and to configure a digital signal processing portion that needs to form a complementary circuit with a CM0S device using a single Si composition.

다음으로 제 1 실시예의 HCMOS 장치의 제조방법에 관해서 도 5의 (a)~(f)를 참조하여 설명한다. 도 5의 (a)~(f)는 도 1에 나타내는 HCMOS 장치의 구조를 실현하기 위한 제조공정의 일례를 나타내는 단면도이다.Next, the manufacturing method of the HCMOS device of the first embodiment will be described with reference to Figs. 5A to 5F. 5 (a) to 5 (f) are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process for realizing the structure of the HCMOS device shown in FIG.

우선, 도의 5의 (a)에 도시된 공정에서, Si 기판(10)에 p웰(11), n웰(12)을 이온 주입에 의해 형성한다.First, in the process shown in Fig. 5A, p wells 11 and n wells 12 are formed in the Si substrate 10 by ion implantation.

다음에, 도 5의 (b)에 도시된 공정에서 각 웰(11, 12)상에, UHV-CVD 법에 의해 δ 도핑층을 포함하는 Si 층(13)과, SiGeC 층(14)(Ge:8.2%, C:1%)과, SiGe 층(15)과, Si 층(17)을 각각 성장시킨다. 또, δ 도핑층 및 스페이서층도 형성되어 있지만, 보기 쉽게 하기 위해서 이들의 층의 도면에서 생략하였다.Next, in each of the wells 11 and 12 in the process shown in FIG. 5 (b), the Si layer 13 including the δ doped layer by the UHV-CVD method, and the SiGeC layer 14 (Ge). : 8.2%, C: 1%), SiGe layer 15, and Si layer 17 are grown, respectively. In addition, the δ doping layer and the spacer layer are also formed, but are omitted in the drawings of these layers for easy viewing.

다음에, 도 5의 (c)에 도시된 공정에서, PMOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터를 전기적으로 분리하기 위해서, 트랜치 분리용의 홈을 형성한 후, 이 홈을 실리콘 산화막으로 매립하여 트랜치 분리(20)를 형성한다. 이 처리에 의해, Si 층(13), SiGeC 층(14), SiGe 층(15), Si 층(17)이 각각 NMOS 트랜지스터 측의 Si 층(13n), SiGeC 층(14n), SiGe 층(15n), Si 층(17n)과, PMOS 트랜지스터 측의 Si 층(13p), SiGeC 층(14p), SiGe 층(15p), Si 층(17p)으로 분리된다. 또, Si 층(17n, 17p)의 표면을 산화하여 게이트 절연막(19n, 19p)을 각각 형성한다.Next, in the process shown in Fig. 5C, trench isolation trenches are formed to electrically separate the PMOS transistors and the NMOS transistors, and then the trench trenches 20 are filled with a silicon oxide film. To form. By this treatment, the Si layer 13, the SiGeC layer 14, the SiGe layer 15, and the Si layer 17 are respectively the Si layer 13n, the SiGeC layer 14n, and the SiGe layer 15n on the NMOS transistor side. ), The Si layer 17n, and the Si layer 13p on the side of the PMOS transistor, the SiGeC layer 14p, the SiGe layer 15p, and the Si layer 17p. The surfaces of the Si layers 17n and 17p are oxidized to form gate insulating films 19n and 19p, respectively.

다음으로, 도 5의 (d)에 도시된 공정에서 기판의 전면 상에 폴리실리콘막을 퇴적한 후, 이것을 패터닝하여 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 각 게이트 절연막(19n, 19p) 위에 게이트 전극(18n, 18p)을 각각 형성한다. 그 후, 각 게이트 전극(18n, 18p)을 마스크로 하여 NMOS 트랜지스터 측에는 인 이온(P+)의 주입에 의해 소스·드레인 영역(16n)을 형성하고, PM0S 트랜지스터 측에는, 붕소 이온(B+)의 주입에 의해 소스·드레인 영역(16p)을 각각 형성한다. NMOS 트랜지스터의 소스·드레인 영역(16n)의 깊이는 적어도 SiGeC 층(14n) 내의 캐리어 축적층보다도 깊으면 되고, PMOS 트랜지스터의 소스·드레인 영역(16p)의 깊이는 적어도 SiGe 층(15p) 내의 캐리어 축적층보다 깊으면 된다. 이것은, SiGeC 층(14n), SiGe 층 (15p) 내의 각 캐리어 축적층에 채널이 형성되기 때문이다.Next, a polysilicon film is deposited on the entire surface of the substrate in the process shown in FIG. 5D, and then patterned to form gate electrodes 18n and 18p on the respective gate insulating films 19n and 19p of the NMOS transistor and the PMOS transistor. ) Respectively. Subsequently, the source / drain regions 16n are formed on the NMOS transistor side by implantation of phosphorus ions P + using the gate electrodes 18n and 18p as masks, and on the PM0S transistor side, the boron ions B + are implanted. As a result, source and drain regions 16p are formed, respectively. The depth of the source / drain region 16n of the NMOS transistor may be at least deeper than the carrier accumulation layer in the SiGeC layer 14n, and the depth of the source / drain region 16p of the PMOS transistor may be at least carrier accumulation in the SiGe layer 15p. It is good if it is deeper than a layer. This is because a channel is formed in each carrier storage layer in the SiGeC layer 14n and the SiGe layer 15p.

다음으로, 도 5의 (e)에 도시된 공정에서, 게이트 절연막(19n, 19p) 중 소스·드레인 영역(16n, 16p)의 위쪽의 부분에 개구를 형성하고, 도 5의 (f)에 도시된 공정에서, 게이트 절연막(19n, 19p)의 개구에 소스·드레인 전극(21n, 21p)을 각각 형성한다.Next, in the process shown in Fig. 5E, an opening is formed in the upper portion of the source / drain regions 16n and 16p among the gate insulating films 19n and 19p, and shown in Fig. 5F. In this process, source and drain electrodes 21n and 21p are formed in the openings of the gate insulating films 19n and 19p, respectively.

이에 따라, Si 기판(10) 위에 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터로 이루어지는 HCMOS 장치가 형성된다.As a result, an HCMOS device including an NMOS transistor and a PMOS transistor is formed on the Si substrate 10.

이와 같이, 본 실시예의 제조방법에 의하면, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터에서 다른 채널을 형성할 필요가 있지만, 결정 성장은 NM0S 트랜지스터, PM0S 트랜지스터에 공통으로 할 수 있어 간단히 제조할 수가 있다.As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is necessary to form another channel in the NMOS transistor and the PMOS transistor, but the crystal growth can be made common to the NM0S transistor and the PM0S transistor, so that it can be easily manufactured.

(제 2 실시예)(Second embodiment)

상술한 제 1 실시예에서는, SiGeC 층을 실리콘에 격자 정합시킨 것을 이용하여 전계 효과형 트랜지스터를 형성하였지만, 본 실시예에서는 결정성의 열화가 없는 범위에서 SiGeC 층에 적극적으로 왜곡을 도입하고, 이 왜곡에 의한 밴드 구조의 변화를 이용한 트랜지스터로 하는 것이다. 본 실시예에 의한 HCMOS 장치의 구조는 기본적으로는, 도 1에 나타내는 제 1 실시예에 의한 PM0S 트랜지스터, NMOS 트랜지스터를 1개의 트랜지스터 내에 실현한 구조로 되어 있다.In the first embodiment described above, the field-effect transistor was formed by using lattice matching of the SiGeC layer to silicon, but in the present embodiment, distortion is actively introduced into the SiGeC layer in the range where there is no deterioration of crystallinity. The transistor using the change of the band structure due to The structure of the HCMOS device according to the present embodiment is basically a structure in which the PM0S transistor and the NMOS transistor according to the first embodiment shown in FIG. 1 are realized in one transistor.

도 6의 (a)~(c)는, 각각 SiGeC 층에 압축왜곡을 발생시킨 경우, SiGeC 층을 Si 층에 격자 정합시킨 경우(왜곡 없음) 및 SiGeC 층에 인장왜곡을 발생시킨 경우에 있어서의 결정 구조의 상태를 도시한 도면이다. 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, SiGeC 층의 격자상수를 Si 층의 격자상수보다 크게 하면 SiGeC 층에는 압축왜곡이 생겨 SiGeC 층에 있어서의 전도대의 하단과 가전자대의 상단 사이의 밴드 갭 값이 확대된다. 한편, 도 6의 (c) 에 도시한 바와 같이 SiGeC 층의 격자상수를 Si 층의 격자상수보다 작게 하면 SiGeC 층에는 인장왜곡이 생겨 SiGeC 층에 있어서의 전도대의 하단과 가전자대의 상단 사이의 밴드 갭이 축소된다. 즉, SiGeC 층의 왜곡에 의해 밴드 구조가 변화하기 때문에 이 효과를 적극적으로 이용함으로써 SiGeC 층에 근접하는 Si 층 등의 층의 밴드 오프셋 값을 변경할 수가 있다.6 (a) to 6 (c) show compressive distortion in the SiGeC layer, lattice matching of the SiGeC layer to the Si layer (no distortion), and tensile strain in the SiGeC layer. It is a figure which shows the state of a crystal structure. As shown in Fig. 6 (a), when the lattice constant of the SiGeC layer is larger than the lattice constant of the Si layer, compressive distortion occurs in the SiGeC layer, resulting in a band gap between the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band in the SiGeC layer. The value is expanded. On the other hand, when the lattice constant of the SiGeC layer is smaller than the lattice constant of the Si layer, as shown in Fig. 6C, tensile strain occurs in the SiGeC layer, and the band between the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band in the SiGeC layer. The gap is reduced. That is, since the band structure changes due to the distortion of the SiGeC layer, the band offset value of a layer such as a Si layer close to the SiGeC layer can be changed by actively utilizing this effect.

여기서, SiGeC 층의 격자상수를 Si 층의 격자상수로부터 벗어나게 한 경우에도 SiGeC 층의 두께를 격자 완화가 일어나지 않고 왜곡이 축적되는 정도로 함으로써 전위 등의 결정 결함의 발생에 기인하는 소자의 신뢰성의 저하를 효율적으로 방지할 수가 있다.Here, even when the lattice constant of the SiGeC layer is out of the lattice constant of the Si layer, the thickness of the SiGeC layer is such that the lattice relaxation does not occur and distortion is accumulated, thereby reducing the reliability of the device due to the occurrence of crystal defects such as dislocations. It can be prevented efficiently.

도 7의 (a), (b)는 본 실시예에 의한 전계 효과 트랜지스터의 채널영역에서의 밴드 구조도 및 단면도이다. Si 기판의 위에 Si 층(13n)을 성장시킨 후, C의 조성비를 크게 한 SiGeC 층(14n)(Ge를 10%, C를 4%)을 성장시킴으로써, SiGeC 층(14n) 에서의 밴드 갭 값은 크고 격자상수는 작아지도록 설정할 수가 있다. 그리고, SiGeC 층(14n)의 두께를 격자완화가 일어나지 않고 왜곡이 축적되는 정도로 작게 함으로써, SiGeC 층(14n)은 인장왜곡을 받는다. 따라서, C의 조성비를 크게 하는 것에 의한 밴드 갭 값의 증대 효과에 덧붙여, SiGeC 층(14n)의 인장왜곡에 의해, SiGeC 층(14n)에서 Si 층(13n)의 경계면에 있어서의 전도대의 밴드 오프셋 값이 커져 2차원 전자 가스(2 DEG)가 갇히는 효율이 향상된다.7A and 7B are band structure diagrams and cross-sectional views in the channel region of the field effect transistor according to the present embodiment. After growing the Si layer 13n on the Si substrate, the band gap value in the SiGeC layer 14n is grown by growing the SiGeC layer 14n (10% Ge and 4% C) having a larger C composition ratio. It can be set to be large and the lattice constant small. Then, the SiGeC layer 14n is subjected to tensile strain by making the thickness of the SiGeC layer 14n small enough that distortion is accumulated without lattice relaxation. Therefore, in addition to the effect of increasing the band gap value by increasing the composition ratio of C, the band offset of the conduction band at the interface between the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n by the tensile strain of the SiGeC layer 14n. The value is increased to improve the efficiency of trapping the two-dimensional electron gas (2 DEG).

또, SiGeC 층(14n)은 격자 완화되지 않기 때문에 표면의 격자상수는 Si 층 (13n)의 격자상수에 일치하고 있다. 따라서, SiGeC 층(14n)의 위에 SiGe 층(15p)을 성장시키면 SiGe 층(15p)의 격자상수가 Si 층(13n)의 격자상수보다 커지기 때문에 SiGe 층(15p)은 압축왜곡을 받는다.In addition, since the SiGeC layer 14n is not lattice relaxed, the lattice constant of the surface coincides with the lattice constant of the Si layer 13n. Therefore, when the SiGe layer 15p is grown on the SiGeC layer 14n, the SiGe layer 15p is subjected to compressive distortion because the lattice constant of the SiGe layer 15p becomes larger than the lattice constant of the Si layer 13n.

따라서, 본 실시예에 관한 반도체 장치에 의하면, SiGeC 층(14n)에 인장왜곡, SiGe 층(15p)에 압축왜곡이 도입됨으로써, SiGeC 층(14n)과 Si 층(13n)의 경계면에 있어서의 전도대에서의 밴드 오프셋 값을 크게 하고 또한 SiGe 층(15p)과 Si 층(17p)의 경계면에 있어서의 가전자대에서의 밴드 오프셋 값을 크게 하며, 이 트랜지스터를 NMOS 트랜지스터로서 사용하는 경우에는 SiGeC 층(14n)에 형성되는 채널을 이용하는 한편, PMOS 트랜지스터로서 사용하는 경우에는 SiGe 층(15p)에 형성되는 채널을 이용함으로써 공통의 게이트 전극이나 소스·드레인 영역을 가지면서 채널 위치가 다른 HCMOS 장치를 형성할 수가 있다.Therefore, according to the semiconductor device according to the present embodiment, the tensile strain is introduced into the SiGeC layer 14n and the compression strain is introduced into the SiGe layer 15p, whereby the conduction band at the interface between the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n. The band offset value at and the band offset value at the valence band at the interface between the SiGe layer 15p and the Si layer 17p are increased. When the transistor is used as an NMOS transistor, the SiGeC layer 14n is used. In the case of using the channel formed in the P-channel transistor and using the channel formed in the SiGe layer 15p, the HCMOS device having a common gate electrode or source / drain region and having different channel positions can be formed. have.

더구나, 각 층의 두께를 적정히 설정함으로써, 격자 부정합에 의한 전위나 결함의 도입이 없고, 양호한 결정성에 의해 신뢰성이 높은 전계 효과형 트랜지스터를 갖는 HCMOS 장치를 얻을 수 있다. Furthermore, by appropriately setting the thickness of each layer, an HCMOS device having a highly effective field effect transistor can be obtained without introducing a potential or defect due to lattice mismatch and having good crystallinity.

또, 상술한 도 4의 점선은, 본 실시예에 있어서의 SiGeC 층(14n)에 0.25%의 인장 왜곡이 가해지도록 조성을 나타내고 있다. 일반적으로, SiGeC 층에 있어서의 Ge의 조성비가 C의 조성비의 8.2배인 때에 Si 층에 격자정합하게 되므로, Ge의 조성비를 C의 조성비의 8.2배보다 작게 함으로써 SiGeC 층(14n)에 인장왜곡을 도입할 수가 있다. 또한, C의 조성비를 y로 하였을 때 Ge의 조성을 8.2y-0.12로 한 경우, SiGeC 층(14n)의 격자상수를 Si 층(13n)의 격자상수보다 0.25% 작게 할 수가 있다.In addition, the dotted line of FIG. 4 mentioned above has shown a composition so that 0.25% tensile distortion may be added to the SiGeC layer 14n in a present Example. In general, when the composition ratio of Ge in the SiGeC layer is 8.2 times the composition ratio of C, lattice matching is performed on the Si layer. Therefore, tensile strain is introduced into the SiGeC layer 14n by making the composition ratio of Ge smaller than 8.2 times the composition ratio of C. You can do it. When the composition ratio of Ge is set to 8.2y-0.12 when the composition ratio of C is y, the lattice constant of the SiGeC layer 14n can be made 0.25% smaller than the lattice constant of the Si layer 13n.

도 4에 도시한 바와 같이, 무왜곡계의 경우와 같이 SiGeC 층(14n)과 Si 층(13n)의 경계면에서는 가전자대에는 밴드 불연속부가 없고 전도대에만 밴드 불연속이 형성되는 것을 알 수 있다. C의 조성율이 2% 이하의 경우는 전도대의 밴드 오프셋 값은 무왜곡의 경우와 거의 동일하며, C의 조성율과 Ge의 조성율의 비가 격자 정합의 조건을 만족하는 값으로부터 벗어나더라도 격자정합계와 거의 같은 소자특성을 얻을 수 있다. 이 것은 SiGeC 층(14n)을 결정 성장하는 때의 C의 조성율과 Ge의 조성율의 제어의 면에서 본 조건에 폭을 유지시키는 것을 의미하고, SiGeC층의 결정성장을 용이하게 한다. 또, C의 조성율이 2% 이상일 경우 무왜곡의 경우와 비교하여 같은 C의 조성율에서도 밴드 오프셋 값을 크게 할 수 있다. 이것에 의해 밴드 오프셋 값을 더욱 더 크게 할 경우에도 대응할 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the band discontinuity is not formed in the valence band and only the conduction band is formed at the interface between the SiGeC layer 14n and the Si layer 13n as in the case of the distortion-free system. When the composition ratio of C is less than or equal to 2%, the band offset value of the conduction band is almost the same as that of no distortion, and even if the ratio of the composition ratio of C and the composition ratio of Ge deviates from the value satisfying the conditions of lattice matching, Device characteristics almost equal to the sum can be obtained. This means that the width of the SiGeC layer 14n is kept in this condition in terms of the control of the composition ratio of C and the composition ratio of Ge when the crystal is grown, thereby facilitating crystal growth of the SiGeC layer. In addition, when the composition ratio of C is 2% or more, the band offset value can be increased even at the composition ratio of C as compared with the case of no distortion. This makes it possible to deal with the case where the band offset value is made larger.

여기에서는, SiGeC의 격자상수를 Si보다 작게 하여 사용하고 있지만, 층의 두께는 격자 완화가 일어나지 않는 왜곡이 축적되는 정도이기 때문에 전위 등의 결정 결함에 의해 소자의 신뢰성이 저하되지는 않는다.Here, although the lattice constant of SiGeC is used smaller than Si, since the layer thickness is a grade which the distortion which lattice relaxation does not generate | occur | produce, reliability of an element does not fall by crystal defects, such as electric potential.

(제 3 실시예)(Third embodiment)

상술한 제 1 실시예에서는, 전계 효과 트랜지스터의 채널영역에 SiGeC 층을 Si 층에 격자정합시킨 헤테로 구조를 형성하여 헤테로 경계면에 있어서의 밴드 불연속부에 전자 또는 정공을 가두어 캐리어로서 이용하였다.In the first embodiment described above, a heterostructure in which the SiGeC layer is lattice matched to the Si layer in the channel region of the field effect transistor is formed, and electrons or holes are confined in the band discontinuity at the hetero interface and used as a carrier.

본 실시예에서는 캐리어를 가두는 영역을 헤테로 경계면이 아니라 Si/SiGeC/Si 또는 Si/SiGe/Si의 구조로 양자 우물 구조를 형성하고 장벽층으로는 끼일 수 있는 양자 우물(SiGeC, SiGe)을 채널로서 동작하는 트랜지스터를 설치한다.In this embodiment, the carrier confinement region forms a quantum well structure having a structure of Si / SiGeC / Si or Si / SiGe / Si instead of a hetero interface, and channels quantum wells (SiGeC, SiGe) that can be pinched as a barrier layer. A transistor acting as is provided.

도 8은 본 실시예에 관한 HCMOS 장치의 단면도이다. Si 기판(30)상에 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터가 형성된 CMOS 장치구조이다. 이 구조에서는 실리콘 기판(30)상에 p웰(31) 및 n웰(32)을 설치하고 있는 점과, 그 위에 V족 원소가 고농도로 도핑된 δ 도핑층을 갖는 제 1 Si 층(33n, 33p)을 마련하고 있는 점은 제 1 실시예에 있어서의 도 1에 나타내는 HCMOS 장치의 구조와 동일하다. 다만, 이 제 1 Si 층(33n, 33 p) 상의 PMOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터의 구조는 상기 제 1 실시예의 구조와 다르다.8 is a sectional view of an HCMOS device according to the present embodiment. It is a CMOS device structure in which an NMOS transistor and a PMOS transistor are formed on a Si substrate 30. In this structure, the first Si layer 33n having the p well 31 and the n well 32 provided on the silicon substrate 30, and the δ doping layer doped with a high concentration of group V elements thereon, 33p) is the same as that of the HCMOS device shown in FIG. 1 in the first embodiment. However, the structures of the PMOS transistors and NMOS transistors on the first Si layers 33n and 33p are different from those of the first embodiment.

NMOS 트랜지스터에 있어서는, 제 1 Si 층(33n) 위에 제 1 Si 층(33n)에 격자정합하는 조성을 갖는 SiGeC 층(34n)이 형성되어 있고, 또 SiGeC 층(34n) 위에 제 2 Si 층(35n)이 적층되어 있다. 본 실시예에서는, 제 1 Si 층(33n)-SiGeC 층(34n)과 제 2 Si 층(35n)에 걸치는 전도대에서, 2개의 밴드 불연속부에 의해서 좁아지는 양자 우물 영역(SiGeC 층(34n))이 존재하기 때문에, 이 양자 우물 영역인 SiGeC 층(34n)에 캐리어인 2차원 전자가스(2 DEG)를 가두기 위한 캐리어 축적층이 형성된다(도 8의 오른쪽의 밴드 도 참조). 즉, NMOS 트랜지스터의 동작시에는 SiGeC 층(34n)에 채널이 형성된다. 또, 제 2 Si 층(35n) 위에 막 두께가 작은 SiGe 층(36n)과 제 3 Si 층(37n)이 차례로 형성되어 있다.In the NMOS transistor, a SiGeC layer 34n having a composition lattice matched to the first Si layer 33n is formed on the first Si layer 33n, and the second Si layer 35n is formed on the SiGeC layer 34n. Is laminated. In this embodiment, the quantum well region (SiGeC layer 34n) narrowed by two band discontinuities in the conduction band spanning the first Si layer 33n-SiGeC layer 34n and the second Si layer 35n. Because of this, a carrier accumulation layer for trapping the two-dimensional electron gas 2 DEG serving as a carrier is formed in the SiGeC layer 34n which is the quantum well region (see also the band on the right side of FIG. 8). In other words, a channel is formed in the SiGeC layer 34n during operation of the NMOS transistor. Further, a small SiGe layer 36n and a third Si layer 37n are sequentially formed on the second Si layer 35n.

이 구조에 의해, 상기 제 1 실시예와 같이 Si 층에 비해 전자의 이동도가 큰 SiGeC 층(34n)에 캐리어의 이동을 위한 채널이 형성되기 때문에, 동작 속도가 큰 NMOS 트랜지스터를 얻을 수 있다. 게다가 양자 우물로 되는 SiGeC 층(34n)의 막 두께가 작기 때문에 캐리어를 가두는 효율이 상기 제 1 실시예에 있어서의 구조보다 향상되어 혼합 결정비가 작은 계로 실현될 수 있다. 그 때문에, 혼합 결정화에 따르는 결정구조의 규칙성 악화에 기인하는 캐리어의 산란 등의 캐리어로 되는 전자의 이동도를 열화시키는 요인을 억제할 수 있다.By this structure, since the channel for carrier movement is formed in the SiGeC layer 34n having higher electron mobility than the Si layer as in the first embodiment, an NMOS transistor having a high operating speed can be obtained. In addition, since the film thickness of the SiGeC layer 34n serving as the quantum well is small, the efficiency of trapping the carrier is improved over the structure in the first embodiment, so that the mixing crystal ratio can be realized in a system having a small ratio. Therefore, the factor which degrades the mobility of the electron used as a carrier, such as scattering of a carrier resulting from deterioration of the regularity of the crystal structure accompanying mixed crystallization, can be suppressed.

PMOS 트랜지스터에 있어서도, 제 1 Si 층(33p) 위에 제 1 Si 층(33p)에 격자정합하는 조성을 갖는 SiGeC 층(34p)과, 제 2 Si 층(35p)과, 막 두께가 작은 SiGe 층(36p)과, 제 3 Si 층(37p)이 차례로 형성되어 있는 점은 상기 NMOS 트랜지스터의 구조와 동일하다. 단지, PMOS 트랜지스터의 경우는, 제 2 Si 층(35p)과 SiGe 층(36p) 및 제 3 Si 층(37p)에 걸치는 가전자대에 있어서, 2개의 밴드 불연속부에서 좁아지는 양자 우물 영역(SiGe 층(36p))이 존재하고, 이 양자 우물 영역에 캐리어인 정공을 2차원적으로 가두기 위한 캐리어 축적층이 형성된다. 즉, PM0S 트랜지스터의 동작시에는 SiGe 층(36p)에 채널이 형성된다. SiGe 층(36p)도 Si 층에 비해 정공의 이동도가 크기 때문에, 이 PM0S 트랜지스터의 동작속도도 커진다.Also in the PMOS transistor, a SiGeC layer 34p having a composition lattice matched to the first Si layer 33p on the first Si layer 33p, a second Si layer 35p, and a SiGe layer 36p having a small film thickness ) And the third Si layer 37p are formed in the same manner as that of the NMOS transistor. However, in the case of the PMOS transistor, in the valence band covering the second Si layer 35p, the SiGe layer 36p, and the third Si layer 37p, the quantum well region (SiGe layer) narrowed at two band discontinuities. (36p)), and a carrier accumulation layer for confining holes, which are carriers, two-dimensionally in this quantum well region is formed. In other words, a channel is formed in the SiGe layer 36p during operation of the PM0S transistor. Since the SiGe layer 36p also has larger hole mobility than the Si layer, the operation speed of this PM0S transistor also increases.

또, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터에 있어서 기판 위에는 실리콘 산화막으로 이루어지는 게이트 절연막(39n, 39p)이 형성되고, 게이트 절연막(39n, 39p) 위에는 게이트 전극(38n, 38p)이 형성되어 있다. 게이트 전극(38n, 38p)의 양측에는 소스·드레인 영역(42n, 42p)이 형성되고 소스·드레인 영역(42n, 42p) 위에는 소스·드레인 전극(41n, 41p)이 콘택트하고 있다. 또, 말할 필요도 없지만, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터에 있어서, 양자 우물 영역인 SiGeC 층(34n), SiGe 층(36p) 에서의 전자, 정공의 주행은 게이트 전극(38n, 38p)에 인가되는 전압에 의해 각각 제어되고 있다.In the NMOS transistors and PMOS transistors, gate insulating films 39n and 39p made of silicon oxide films are formed on the substrate, and gate electrodes 38n and 38p are formed on the gate insulating films 39n and 39p. Source and drain regions 42n and 42p are formed on both sides of the gate electrodes 38n and 38p, and source and drain electrodes 41n and 41p are contacted on the source and drain regions 42n and 42p. Needless to say, in the NMOS transistor and the PMOS transistor, the electron and hole travel in the SiGeC layer 34n and the SiGe layer 36p, which are quantum well regions, are applied to the voltages applied to the gate electrodes 38n and 38p. It is controlled by each.

또한, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터의 사이에는 분리용 홈에 실리콘 산화막을 매립하여 되는 트랜치분리(40)가 형성되어 있고, 이 트랜치분리(40)에 의하여 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터는 서로 전기적으로 분리되어 있다.Further, a trench isolation 40 is formed between the NMOS transistor and the PMOS transistor by filling a silicon oxide film in a separation groove, and the trench isolation 40 electrically separates the NMOS transistor and the PMOS transistor from each other. .

본 실시예의 HCMOS 장치에 의하면, 제 1 실시예와 같이 NMOS 트랜지스터에 있어서는, Si 층에 격자정합함과 동시에 양자 우물 영역으로 되는 SiGeC 층(34n)이 형성되고, 이 SiGeC 층(34n)에 전자가 주행하기 위한 채널이 형성된다. 또한, PM0S 트랜지스터에 있어서도, 양자 우물 영역으로 되는 SiGe 층(36p)이 형성되고, 이 SiGe 층(36p)에 정공이 주행하기 위한 채널이 형성된다. 따라서, 캐리어를 가두는 효율이 높은 양자 우물 구조를 이용한 스위칭 속도가 큰 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터를 집적함으로써 고성능인 HCMOS를 실현할 수가 있다.According to the HCMOS device of the present embodiment, in the NMOS transistor as in the first embodiment, a SiGeC layer 34n serving as a quantum well region is formed at the same time as lattice matching to the Si layer, and electrons are formed in the SiGeC layer 34n. A channel for running is formed. Also in the PM0S transistor, a SiGe layer 36p serving as a quantum well region is formed, and a channel through which holes travel is formed in the SiGe layer 36p. Therefore, high performance HCMOS can be realized by integrating a high switching speed NMOS transistor and a PMOS transistor using a highly efficient quantum well structure in which carriers are confined.

다만, 본 실시예에 있어서, 소자의 속도가 요구되는 회로에 이 HCM0S 장치를 이용하고, 그 이외의 회로에는 통상의 Si 기판 상에 형성한 CM0S 장치를 제작하여도 되고, Si 기판 상에 직접 형성한 M0S 형 전계 효과 트랜지스터의 집적도 가능하다.In the present embodiment, however, the HCM0S device may be used for a circuit requiring an element speed, and for other circuits, a CM0S device formed on a normal Si substrate may be fabricated and directly formed on the Si substrate. It is also possible to integrate a M0S type field effect transistor.

또, 반드시 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 채널의 쌍방이 양자 우물 영역으로 되어있지 않더라도 된다.Note that both the channels of the NMOS transistor and the PMOS transistor do not necessarily have to be a quantum well region.

다음으로, 제 3 실시예에 의한 HCMOS 장치의 제조방법에 대하여 도 9의 (a)~(f)를 참조하여 설명하기로 한다. 도 9의 (a)~(f)는, 도 8에 도시된 HCM0S 장치의 구조를 실현하기 위한 제조공정의 일례를 나타내는 단면도이다.Next, a method of manufacturing the HCMOS device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 9F. 9 (a) to 9 (f) are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process for realizing the structure of the HCM0S device shown in FIG.

우선, 제조공정의 개략을 설명하면, SiGeC 층(34), 제 2 Si 층(35) 및 SiGe 층(36)을 성장시킬 때, SiGeC 층(34)및 SiGe 층(36)의 막 두께를 양자 우물 구조가 되도록 10nm이하, 예컨대 3nm로 하고 있다. 그 밖의 부분은 도 5(a)~(f)에 나타내는 공정과 거의 같은 공정으로 형성된다.First, the outline of the manufacturing process will be described. When growing the SiGeC layer 34, the second Si layer 35, and the SiGe layer 36, the film thicknesses of the SiGeC layer 34 and the SiGe layer 36 are both determined. It is 10 nm or less, for example, 3 nm so that it may become a well structure. The other part is formed by the process substantially similar to the process shown to FIG. 5 (a)-(f).

우선, 도 9의 (a)에 도시된 공정에서, Si 기판(30)에 p웰(31), n웰(32)을 이온 주입에 의해 형성한다.First, in the process shown in FIG. 9A, the p well 31 and the n well 32 are formed in the Si substrate 30 by ion implantation.

그리고, 도 9의 (b)에 도시된 공정에서 p웰(31), n웰(32)상에, UHV-CVD 법에 의해 δ 도핑층을 포함하는 제 1 Si 층(33)과, SiGeC 층 (34)(Ge:36%, C:4%)과, 제 2 Si 층(35)과, SiGe 층(36) 및 제 3 Si 층(37)을 차례로 성장시켜 간다.In the process shown in FIG. 9B, on the p well 31 and the n well 32, a first Si layer 33 including a δ doped layer by the UHV-CVD method, and a SiGeC layer (34) (Ge: 36%, C: 4%), the second Si layer 35, the SiGe layer 36, and the third Si layer 37 are sequentially grown.

다음으로, 도 9의 (c)에 도시된 공정에서 PMOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터를 전기적으로 분리하기 위하여 트랜치분리용 홈을 형성한 후, 이 홈을 실리콘 산화막으로 매립하여 트랜치분리(40)를 형성한다. 이 처리에 의해 제 1 Si 층(33), SiGeC 층(34),제 2 Si 층(35), SiGe 층(36), 제 3 Si 층(37) 및 게이트 절연막(39)이 각각 NMOS 트랜지스터 측의 제 1 Si 층(33n), SiGeC 층(34n), 제 2 Si 층(35n), SiGe 층(36n), 제 3 Si 층(37n) 및 PMOS 트랜지스터 측의 제 1 Si 층(33p), SiGeC 층(34p), 제 2 Si 층(35p), SiGe 층(36p), 제 3 Si 층(37p)으로 분리된다. 그 후, 제 3 Si 층(37n, 37p)의 표면을 산화하여, 게이트 절연막(39n, 39p)을 형성한다.Next, in the process shown in FIG. 9C, trench isolation grooves are formed to electrically separate the PMOS transistors and the NMOS transistors, and then the trenches are filled with a silicon oxide film to form a trench isolation 40. . By this treatment, the first Si layer 33, the SiGeC layer 34, the second Si layer 35, the SiGe layer 36, the third Si layer 37, and the gate insulating film 39 are respectively on the NMOS transistor side. First Si layer 33n, SiGeC layer 34n, second Si layer 35n, SiGe layer 36n, third Si layer 37n and first Si layer 33p on PMOS transistor side, SiGeC Layer 34p, second Si layer 35p, SiGe layer 36p, and third Si layer 37p. Thereafter, the surfaces of the third Si layers 37n and 37p are oxidized to form gate insulating films 39n and 39p.

다음에, 도 9의 (d)에 도시된 공정에서 게이트 전극(38n, 38p)을 형성한 후, NMOS 트랜지스터 측에는 인 이온(P+)의 주입에 의해 소스·드레인 영역(42n)을 형성하고, PMOS 트랜지스터 측에는 붕소 이온(B+)의 주입에 의해 소스·드레인 영역(42p)을 형성한다. NMOS 트랜지스터의 소스·드레인 영역(42n)의 깊이는 적어도 SiGeC 층(34n)보다 깊으면 되고, PMOS 트랜지스터의 소스·드레인 영역(42p)의 깊이는 적어도 SiGe 층(36p)보다 깊으면 된다. 이것은, SiGeC 층(34)n, SiGe 층 (36p) 내에 채널이 형성되기 때문이다.Next, after the gate electrodes 38n and 38p are formed in the process shown in FIG. 9D, the source / drain regions 42n are formed on the NMOS transistor side by implantation of phosphorus ions P + to form the PMOS. On the transistor side, source and drain regions 42p are formed by implantation of boron ions B +. The depth of the source / drain region 42n of the NMOS transistor may be at least deeper than the SiGeC layer 34n, and the depth of the source / drain region 42p of the PMOS transistor may be at least deeper than the SiGe layer 36p. This is because a channel is formed in the SiGeC layer 34n and the SiGe layer 36p.

그 다음으로 도 9의 (e)에 도시된 공정에서 소스·드레인 영역(42n, 42p)의 위쪽 부분의 게이트 절연막(39n, 39p)에 개구를 형성하여, 도 9의 (f)에 나타내는 공정에서 그 개구에 소스·드레인 전극(41n, 41p)을 각각 형성한다.Next, in the process shown in Fig. 9E, openings are formed in the gate insulating films 39n and 39p in the upper portions of the source and drain regions 42n and 42p, and in the process shown in Fig. 9F. Source and drain electrodes 41n and 41p are formed in the opening, respectively.

이상의 공정에 의해 제 3 실시예에 관한 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터로 이루어지는 HCMOS 장치의 구조가 실현된다.Through the above steps, the structure of the HCMOS device including the NMOS transistor and the PMOS transistor according to the third embodiment is realized.

본 실시예의 제조방법에 의하면, NMOS 트랜지스터의 채널을 헤테로 접합을 이용한 양자 우물 구조의 SiGeC 층(34n)으로 하고, PMOS 트랜지스터의 채널을 헤테로 접합을 이용한 양자 우물 구조의 SiGe 층(36p)으로 하는 HCMOS 장치가 용이하게 형성된다. 더구나, 본 실시예의 제조방법에 의하면, NM0S 트랜지스터, PM0S 트랜지스터에 다른 채널을 형성해야 하지만, 결정성장은 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터에 공통으로 할 수 있어 간단히 제조할 수가 있다.According to the manufacturing method of this embodiment, HCMOS in which the channel of the NMOS transistor is a SiGeC layer 34n having a quantum well structure using a heterojunction, and the SiGe layer 36p having a quantum well structure using a heterojunction is a channel of the PMOS transistor. The device is easily formed. Moreover, according to the manufacturing method of the present embodiment, different channels must be formed in the NM0S transistor and the PM0S transistor, but the crystal growth can be made common to the NMOS transistor and the PMOS transistor, and thus can be easily manufactured.

(제 4 실시예)(Example 4)

도 10은 제 4 실시예에 의한 전계 효과 트랜지스터의 구조를 나타내는 단면도이다. 본 실시예는, 헤테로 전계 효과 트랜지스터에 적합한 소스·드레인 콘택트를 제공하는 구조에 관한 것이다.10 is a sectional view showing the structure of the field effect transistor according to the fourth embodiment. This embodiment relates to a structure for providing a source / drain contact suitable for a hetero field effect transistor.

도 10에 도시된 바와 같이 Si 층으로 이루어지는 웰(51) 위에는, SiGe 버퍼층(52)과, δ 도핑층(53)과, 스페이서층(54)과, n-채널층(67)과, i-Si 층(55)과, i-Si1-xGex 층(56)과, i-Si 층(57)과, 게이트 절연막(58)이 형성되어 있다. 그리고, 게이트 절연막(58) 위에 게이트 전극(65)이 형성되어, i-Si1-xGex 층(56) 중 게이트 전극(65)의 양쪽에 위치하는 영역 위에, 소스·드레인 콘택트 W 층(61)과 Al 소스·드레인 전극(63)이 차례로 형성되어 있다. 또한, 게이트 전극(65)의 양측에서 SiGe 버퍼층(52)의 일부, δ 도핑층(53), 스페이서층(54), n-채널층(67), i-Si 층(55), i-Si1-xGex 층(56) 및 i-Si 층(57)에 걸치는 영역에, 소스·드레인 영역(59)이 형성되어 있다. 또, 게이트 전극(65)과 Al 소스·드레인전극(63)의 사이는 제 1층의 절연막(66)에 의하여 매립되고 있다.As shown in Fig. 10, on the well 51 made of the Si layer, the SiGe buffer layer 52, the δ doping layer 53, the spacer layer 54, the n-channel layer 67, and i- The Si layer 55, the i-Si 1-x Ge x layer 56, the i-Si layer 57, and the gate insulating film 58 are formed. A gate electrode 65 is formed on the gate insulating film 58, and a source / drain contact W layer (on the region located on both sides of the gate electrode 65 in the i-Si 1-x Ge x layer 56) is formed. 61 and Al source-drain electrodes 63 are formed in this order. In addition, a portion of the SiGe buffer layer 52, a δ doping layer 53, a spacer layer 54, an n-channel layer 67, an i-Si layer 55, and an i-Si are formed on both sides of the gate electrode 65. The source / drain region 59 is formed in the region covering the 1-x Ge x layer 56 and the i-Si layer 57. In addition, a gap between the gate electrode 65 and the Al source / drain electrode 63 is filled by the insulating film 66 of the first layer.

여기서, 상기 전계 효과 트랜지스터의 각 부의 구조에 관해서 설명하기로 한다.Here, the structure of each part of the said field effect transistor is demonstrated.

우선, SiGe 버퍼층(52) 내에서의 Ge의 조성율은 위쪽으로 가면서 커지고 있다. 이 SiGe 버퍼층(52)은 SiGe 혼합결정을 격자 완화시키는 데 충분한 막 두께로 형성함으로써, Si보다 큰 격자상수를 갖고, 그 위에 왜곡 효과를 이용한 n-채널의 형성이 가능가게 된다. 또, 이러한 격자 완화시킨 SiGe 버퍼층을 이용하지 않고 Si 기판에 격자 정합시킨 상태로 Si 층과 SiGe 층의 헤테로 접합을 형성한 경우, 가전자대에는 단차가 큰 불연속부가 나타나지만, 전도대에는 불연속부는 거의 나타나지 않기 때문에, 2차원 전자 가스를 가두어 n-채널을 형성하는 것은 곤란하다.First, the composition ratio of Ge in the SiGe buffer layer 52 is increasing upward. The SiGe buffer layer 52 is formed with a film thickness sufficient to lattice the SiGe mixed crystal, so that the SiGe buffer layer 52 has a lattice constant larger than Si, and the n-channel can be formed thereon using a distortion effect thereon. When heterojunctions of Si and SiGe layers are formed in a lattice match to a Si substrate without using such a lattice relaxed SiGe buffer layer, discontinuous parts with large steps appear in the valence band, but little discontinuities appear in the conduction band. Therefore, it is difficult to form an n-channel by confining the two-dimensional electron gas.

여기서, SiGe 버퍼층 (52)중에서의 Ge의 조성율은 예컨대 0%~30%까지 연속적으로 또는 얇은 층마다 단계적으로 변화하고 있다. 이 때, 각 층에서 격자완화를 발생시켜 버퍼층의 최상면에서 기판면 내의 격자상수가 체적이 Si0.7Ge0.3과 동일하도록 한다. 조성율을 세로방향으로 변화시키는 것은, 격자완화에 따르는 전위 등의 결정 결함이 그 위의 채널에 주는 영향을 작게 하기 때문이다. 또, SiGe 버퍼층 (52) 전체의 막 두께는 대략 1㎛ 정도 필요하다.Here, the composition ratio of Ge in the SiGe buffer layer 52 changes continuously, for example, from 0% to 30%, or stepwise for each thin layer. At this time, lattice relaxation occurs in each layer so that the lattice constant in the substrate surface at the uppermost surface of the buffer layer is equal to Si 0.7 Ge 0.3 . The change in the composition ratio in the vertical direction is because the influence of crystal defects such as dislocations due to lattice relaxation on the channel thereon is reduced. In addition, the film thickness of the whole SiGe buffer layer 52 needs about 1 micrometer.

이 SiGe 버퍼층(52)상에 불순물을 가하지 않은 Si0.7Ge0.3으로 이루어지는 스페이서층(54)을 배치한다. 이 스페이서층(54)과 그 위의 Si 층(55)의 헤테로 경계면에 존재하는 전도대의 불연속부에 캐리어 구조를 형성하여, 이 캐리어 축적층을 2차원적으로 전자를 가두는 n-채널(67)로 한다.On this SiGe buffer layer 52, a spacer layer 54 made of Si 0.7 Ge 0.3 without impurity is disposed. An n-channel 67 which forms a carrier structure at a discontinuity in the conduction band existing at the hetero interface between the spacer layer 54 and the Si layer 55 thereon, thereby trapping electrons two-dimensionally. )

δ 도핑층(53)은 n-채널(67)에 캐리어인 전자를 공급하기 위하여 P나 As 라고 하는 V족의 원소를 고농도로 도핑한 층이다. δ 도핑층 (53)상의 스페이서층(54)은 불순물을 도핑하지 않은 Si0.7Ge0.3으로 구성되고, n-채널(67)의 캐리어 전자와 δ 도핑층(53)의 이온을 공간적으로 분리함으로써, 캐리어 전자의 이온에 의한 산란을 저감하여 이동도를 향상시키는 역할을 갖는다. 이 스페이서층(54)의 막 두께는 두꺼울수록 이온화된 불순물에 의한 캐리어의 산란 효과를 저감할 수가 있지만, 반대로 캐리어 밀도가 감소하기 때문에 3 nm 정도의 두께로 하는 것이 바람직하다.The δ doping layer 53 is a layer doped with a high concentration of an element of group V such as P or As to supply electrons as carriers to the n-channel 67. The spacer layer 54 on the δ doped layer 53 is composed of Si 0.7 Ge 0.3 that is not doped with impurities, and by spatially separating the carrier electrons of the n-channel 67 and the ions of the δ doped layer 53, It has a role of improving the mobility by reducing the scattering by the ions of the carrier electrons. The thicker the thickness of the spacer layer 54 is, the smaller the scattering effect of carriers due to ionized impurities can be. On the contrary, since the carrier density is reduced, the thickness of the spacer layer 54 is preferably about 3 nm.

i-Si1-xGex 층(56)과 i-Si 층(57)은 헤테로 경계면에 가전자대에 단차를 형성하여 p-채널(68)을 형성하기 위해서 사용된다. X는 0.7전후로 설정하는 것이 바람직하다.The i-Si 1-x Ge x layer 56 and the i-Si layer 57 are used to form the p-channel 68 by forming a step in the valence band at the hetero interface. It is preferable to set X to around 0.7.

게이트 절연막(58)은 게이트 전극(65)과 그 아래의 반도체층 사이를 절연함으로써 게이트 누설전류를 저감시켜 소자의 저소비 전력 동작을 가능하게 한다. 또, SiGe 층(56)을 산화하여 형성되는 산화막은 수용성으로 불안정한 막으로 되기 때문에, SiGe 계 전계 효과 트랜지스터에 있어서도 게이트 절열막으로서 실리콘 산화막을 이용하는 것이 바람직하다. 따라서, Si 계 헤테로 M0S 장치에 있어서는 게이트 절연막 바로 아래의 반도체층은 Si 층 인 것이 바람직하다.The gate insulating film 58 insulates the gate electrode 65 from the semiconductor layer below, thereby reducing the gate leakage current, thereby enabling low power consumption operation of the device. In addition, since the oxide film formed by oxidizing the SiGe layer 56 becomes a water-soluble unstable film, it is preferable to use a silicon oxide film as the gate insulation film also in the SiGe field effect transistor. Therefore, in the Si-based hetero M0S device, the semiconductor layer immediately below the gate insulating film is preferably a Si layer.

즉, 본 실시예에 의한 전계 효과 트랜지스터는 상기의 적층막으로 이루어지는 채널영역과, 도 10의 점선으로 표시되는 소스·드레인 영역(59)과, 트랜지스터의 동작을 위한 전류의 입출력을 위한 Al 소스·드레인 전극(63)과, 전류를 제어하기 위한 전압을 인가하기 위한 게이트 전극(65)에 의해 구성되고 있다. 그리고, 이 전계 효과 트랜지스터를 n-채널 전계 효과형 트랜지스터로서 사용하는 경우에는 n-채널(67)을 형성시키도록 게이트 전극(65)에 전압을 인가하고, p-채널 전계 효과형 트랜지스터로서 사용하는 경우에는 p-채널(68)을 형성시키도록 게이트 전극(65)에 전압을 인가한다.That is, the field effect transistor according to the present embodiment includes a channel region composed of the above-described stacked film, a source / drain region 59 indicated by a dotted line in Fig. 10, and an Al source for inputting and outputting current for operation of the transistor. It is comprised by the drain electrode 63 and the gate electrode 65 for applying the voltage for controlling an electric current. When the field effect transistor is used as an n-channel field effect transistor, a voltage is applied to the gate electrode 65 to form the n-channel 67, and used as a p-channel field effect transistor. In this case, a voltage is applied to the gate electrode 65 to form the p-channel 68.

본 실시예에 의한 발명의 특징은 i-Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층과는 다른 밴드 갭을 갖는 제 2 반도체층과, 상기 제 1, 제 2 반도체층 사이의 경계면 부근의 영역에 형성된 캐리어 축적층을 갖는 채널 영역과, 제 3 반도체층과, 이 제 3 반도체층보다 큰 밴드 갭을 갖는 제 4 반도체층을 갖는 소스·드레인 영역과, 상기 제 3 반도체층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 구비하고 있는 점이다.Features of the invention according to the present embodiment differ from the first semiconductor layer and the first semiconductor layer comprising an i-Si 1-xy Ge x C y layer (0≤x≤1, 0≤y≤1). A channel region having a second semiconductor layer having a band gap, a carrier region having a carrier accumulation layer formed in a region near an interface between the first and second semiconductor layers, a third semiconductor layer, and a band gap larger than the third semiconductor layer. It is a point provided with the source-drain contact layer which has a 4th semiconductor layer which has a semiconductor layer, and the low-resistance conductor film formed directly on the said 3rd semiconductor layer.

그리고, 본 실시예의 전계 효과 트랜지스터를 n-채널 전계 효과형 트랜지스터로서 사용하는 경우에는, i-Si 층(55)은 i-Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층이고(x = y = 0), SiGe 버퍼층(52)은 제 2 반도체층이고, i-Si1-xGex층(56)은 제 3 반도체층이며 i-Si 층(57)은 i-Si1-xGex 층(56)보다 밴드 갭이 큰 제 4 반도체층으로서, 제 3 반도체층인 i-Si1-xGex 층(56)의 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(61)이 형성되어 있다.In the case where the field effect transistor of the present embodiment is used as an n-channel field effect transistor, the i-Si layer 55 is formed of an i-Si 1-xy Ge x C y layer (0≤x≤1, 0≤). (x = y = 0), the SiGe buffer layer 52 is the second semiconductor layer, and the i-Si 1-x Ge x layer 56 is the third semiconductor layer i-Si layer 57 as the fourth semiconductor layer is larger band gap than the i-Si 1-x Ge x layer 56, the third right of the semiconductor layer is an i-Si 1-x Ge x layer 56 The source-drain contact W layer 61 is formed on it.

한편, 본 실시예의 전계 효과 트랜지스터를 p-채널 전계 효과형 트랜지스터로서 사용하는 경우에는, i-Si1-xGex 층(56)은 i-Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층인 (y=0) 동시에 제 3 반도체층이며, i-Si 층(57)은 제 2 반도체층인 동시에 제 3 반도체층보다 밴드 갭이 큰 제 4 반도체층으로서, 제 3 반도체층인 i-Si1-xGex 층(56)의 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(61)이 형성되어 있다.On the other hand, when the field effect transistor of the present embodiment is used as a p-channel field effect transistor, the i-Si 1-x Ge x layer 56 has an i-Si 1-xy Ge x C y layer (0≤x (Y = 0), which is the first semiconductor layer containing ≤1, 0≤y≤1, is a third semiconductor layer, and i-Si layer 57 is a second semiconductor layer and has a band gap than that of the third semiconductor layer. As this large fourth semiconductor layer, a source-drain contact W layer 61 is formed directly on the i-Si 1-x Ge x layer 56 that is the third semiconductor layer.

이상과 같이, 본 실시예에서는 A1소스·드레인 전극(63)의 콘택트를 하는 기판측의 영역을, 채널 형성을 위한 각 반도체층 내 밴드 갭이 작은 층에 설치하고 있다. 이 실시예의 경우, p-채널 형성용의 Si 층(57)과 i-Si1-xGex 층(56)의 헤테로 경계면 중, 밴드 갭이 작은 i-Si1-xGex 층(56)의 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층 (61)을 설치하고 있다. 이에 따라, 최상층의 반도체층인 i-Si 층(57)의 바로 위에 콘택트를 설치하는 것보다 콘택트 저항이 작아지고, 소자의 저소비 전력과 고속동작이 가능하게 된다.As described above, in the present embodiment, the region on the substrate side to which the A1 source / drain electrodes 63 are contacted is provided in a layer having a small band gap in each semiconductor layer for channel formation. The case of this embodiment, Si layer 57 and the i-Si 1-x Ge x layers of the hetero interface between the 56 and the small band gap i-Si 1-x Ge x layer 56, the p- channel for forming The source-drain contact W layer 61 is provided directly above. As a result, the contact resistance is smaller than that of providing the contact directly on the i-Si layer 57, which is the uppermost semiconductor layer, and the low power consumption and high speed operation of the device can be achieved.

또, Si 층상의 Si0.7Ge0.3 층의 위에 W를 성장시킨 후, 금속(이 경우 Al)을 퇴적시키면, 대단히 저항이 낮은 콘택트를 얻을 수 있다. 이 SiGe 막을 이용한 콘택트는 종래의 CMOS 장치로 일반적으로 저저항 콘택트로서 이용되고 있는 실리사이드 기술을 이용한 저저항 콘택트보다 1자리수 저항값이 낮은 콘택트를 얻을 수 있다 (IEEE Electron Device Letters 지 vol. 17. No.7, 1996 pp360).Further, if W is grown on a Si 0.7 Ge 0.3 layer on a Si layer and then a metal (Al in this case) is deposited, a very low contact can be obtained. The contact using this SiGe film can obtain a contact having a single digit resistance value lower than that of the low resistance contact using the silicide technology which is generally used as a low resistance contact in a conventional CMOS device (IEEE Electron Device Letters vol. 17.No. .7, 1996 pp 360).

이 논문에서는 SiGe 층은 소스·드레인 전극 콘택트 형성을 위해서만 성장시켜지고 있지만, 본 실시예와 같이, 채널 형성용의 SiGe 층에 콘택트를 잡는 구조를 잡으면, 후술하는 트랜지스터 제조방법으로 분명해지는 바와 같이, 새롭게 SiGe 결정을 성장시킬 필요가 없어져 생산성이 향상된다.In this paper, the SiGe layer is grown only for source / drain electrode contact formation. However, as shown in the present embodiment, a structure for holding a contact on the SiGe layer for channel formation is evident, as will be apparent from the transistor manufacturing method described below. Productivity is improved by eliminating the need to grow new SiGe crystals.

다만, 본 실시예에 있어서 장치의 속도가 요구되는 곳에 이 HCMOS 장치를 이용하고, 그 이외에는 통상의 Si 기판상에 형성한 CMOS 장치를 제작하여도 되고, Si 기판상에 직접 형성한 M0S 형 전계 효과 트랜지스터의 집적까지도 가능하다.In this embodiment, however, the HCMOS device may be used where the speed of the device is required, and in addition, a CMOS device formed on a normal Si substrate may be fabricated, and the M0S type field effect formed directly on the Si substrate. The integration of transistors is also possible.

다음으로, 본 실시예에 의한 전계 효과 트랜지스터의 제조방법에 관해서 설명하기로 한다. 도 11의 (a)~(e) 및 도 12의 (a)~(e)는 도 10에 도시된 전계 효과 트랜지스터의 구조를 실현하기 위한 제조공정의 예를 나타내는 단면도이다.Next, a method of manufacturing the field effect transistor according to the present embodiment will be described. 11 (a) to 11 (e) and 12 (a) to 12 (e) are cross-sectional views illustrating examples of manufacturing processes for realizing the structure of the field effect transistor shown in FIG.

우선, 도 11의 (a)에 도시된 공정에서, 채널형성의 에피텍셜 성장에 앞서 Si 기판(50)에 이온을 주입하고, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터의 기초가 되는 p웰(51n) 및 n웰(51p)을 형성한다.First, in the process shown in Fig. 11A, ions are implanted into the Si substrate 50 prior to epitaxial growth of channel formation, and p wells 51n and n wells, which are the basis of NMOS transistors and PMOS transistors, are implanted. (51p) is formed.

다음으로, 도 11의 (b)에 도시된 공정에서, 기판상에 에피텍셜 성장을 하기 전에 기판에 RCA 세정법 등을 이용한 세정을 하여 표면의 불순물을 제거한다. 그 후, 표면의 산화막을 제거하고 기판을 에피텍셜 성장장치에 삽입하여 진공상태로 가열을 하여 청정한 표면을 얻는다. 그리고, 이 청정한 표면상에 채널영역을 형성하기 위한 반도체층의 에피텍셜 성장을 행한다. 이 반도체층에는 SiGe 버퍼층(52), δ 도핑층(53), 스페이서층(54), n-채널층(67),i-Si 층(55), i-Si1-xGex 층(56), p-채널층(68), i-Si 층(57) 등이 포함된다. 단지, 보기 쉽게 하기 위하여 δ 도핑층 (53), 스페이서층(54), n-채널층(67) 및 p-채널층(68)의 도시는 생략한다. 이하, 이 반도체층 내의 각 층의 형성순서를 설명한다.Next, in the process shown in Fig. 11B, the substrate is cleaned by RCA cleaning or the like to remove impurities on the surface before epitaxial growth on the substrate. Thereafter, the oxide film on the surface is removed and the substrate is inserted into the epitaxial growth apparatus and heated in vacuum to obtain a clean surface. Then, epitaxial growth of the semiconductor layer for forming a channel region is performed on this clean surface. The semiconductor layer includes a SiGe buffer layer 52, a δ doping layer 53, a spacer layer 54, an n-channel layer 67, an i-Si layer 55, and an i-Si 1-x Ge x layer 56. ), p-channel layer 68, i-Si layer 57, and the like. For the sake of clarity, the illustration of the δ doping layer 53, the spacer layer 54, the n-channel layer 67 and the p-channel layer 68 is omitted. Hereinafter, the formation procedure of each layer in this semiconductor layer is demonstrated.

반도체층의 성장방법에 대해서는 고체 소스를 이용하는 MBE 법이나 기체 소스를 이용하는 UHV-CVD 법 등이 이용될 수 있다. UHV-CVD 법의 경우 장치 내의 분위기를 우선 초고진공( 1O-10 Torr 정도)으로 하여 결정성장에 필요한 소스를 진공용 기내에 도입하고 나서, 1O-5~1O-6 Torr 정도의 진공도에 도달한 상태로 결정성장을 한다.As the growth method of the semiconductor layer, an MBE method using a solid source or a UHV-CVD method using a gas source may be used. In the case of the UHV-CVD method, the atmosphere in the apparatus is first ultra-high vacuum (about 10 -10 Torr), and a source for crystal growth is introduced into the vacuum chamber, and then the vacuum degree of about 10 -5 to 10 -6 Torr is reached. Crystal growth in the state.

따라서, 본 실시예에 있어서도, 상술한 처리에 의해 기판에 청정한 표면을 생성한 후, 진공 용기 내의 진공도가 충분히 높게 된 시점에서 기판 온도를 500~700℃정도로 설정하여 각 반도체 결정층의 성장을 행한다. 또, 기판 온도를 변화시키면, 단일의 반도체 결정층 내에서 조성비가 변화하는 등 결정의 질에 영향을 주기 위하여, 기본적으로는 단일층을 성장시키고 있는 사이는 기판 온도를 변화시키지 않는다. 또한, 800℃ 이상이라고 하는 고온에서는 Ge와 Si가 상호 확산하여 헤테로 경계면의 급준성이 손상되거나, 왜곡 완화가 행하여져 채널특성이 악화하는 등 바람직하지 못한 일이 일어나기 때문에 성장온도는 상기 한 바와 같이 700℃ 이하를 선택한다.Therefore, also in this embodiment, after a clean surface is produced on the substrate by the above-described process, the semiconductor crystal layer is grown by setting the substrate temperature at about 500 to 700 ° C when the vacuum degree in the vacuum container becomes sufficiently high. . In addition, when the substrate temperature is changed, the substrate temperature is not changed while the single layer is grown, in order to affect the quality of the crystal, such as a change in composition ratio in a single semiconductor crystal layer. Further, at a high temperature of 800 ° C. or higher, Ge and Si diffuse to each other to impair the steepness of the hetero interface, or to mitigate distortion to deteriorate channel characteristics. Therefore, the growth temperature is 700 as described above. Choose below ° C.

결정성장은 초고진공 상태로 한 진공용기 내에 결정성장에 필요한 소스가스를 도입하는 것으로 한다. 결정성장에 사용하는 소스 가스로서는 Si 층의 성장용에는 디실란(disilane)을 사용하고 있다. SiGe 층의 성장에는 디실란 등의 Si 층을 성장시키기 위한 소스 가스에 더하여, 게르마늄을 Ge의 소스가스로서 사용한다. 이 때, 각 소스가스의 분압비의 조정에 의해 SiGe 층 내의 Si와 Ge의 조성비를 제어할 수가 있다. 가스유량은 진공도가 1O-5~1O-6Torr 정도가 되도록 조정한다.Crystal growth is to introduce source gas necessary for crystal growth into a vacuum vessel in an ultra high vacuum state. As a source gas used for crystal growth, disilane is used for the growth of the Si layer. For the growth of the SiGe layer, germanium is used as the source gas of Ge in addition to the source gas for growing the Si layer such as disilane. At this time, the composition ratio of Si and Ge in the SiGe layer can be controlled by adjusting the partial pressure ratio of each source gas. Gas flow rate is adjusted so that the degree of vacuum becomes about 10 -5 ~ 10 -6 Torr.

우선, 조성비를 단계적으로 변화시키고 또한 격자 완화된 다수의 SiGe 층을 적층하여 SiGe 버퍼층(52)을 형성한다. 이 때, 조성비를 단계적으로 변화시키기 위하여 상술한 바와 같이 Si의 소스가스의 분압과 Ge의 소스가스의 분압의 비를 단계적으로 변화시킨다.First, the SiGe buffer layer 52 is formed by stacking a plurality of SiGe layers with lattice relaxation and changing the composition ratio step by step. At this time, in order to change the composition ratio stepwise, the ratio of the partial pressure of the source gas of Si and the partial pressure of the source gas of Ge is changed step by step as described above.

다음으로 δ 도핑층(53)의 형성에는 아루신 또는 포스핀이라고 하는 도펀트 가스를, 디실란 및 게르마늄과 동시에 진공용기 내에 도입한다.Next, in forming the δ doped layer 53, a dopant gas such as arsine or phosphine is introduced into the vacuum vessel simultaneously with disilane and germanium.

여기서, δ 도핑층(53)에 도입한 불순물이 스페이서층(54)에 혼합되면, 트랜지스터 특성이 열화하기 때문에, 도펀트 가스를 진공용기 내에 도입한 후는 일단 소스가스의 공급을 멈추고, 진공도가 충분히 향상된 후에 스페이서층(54)을 성장시키기 위한 가스를 도입하여 스페이서층 (54)을 성장시킨다. 스페이서층 (54)의 조성은 균일하게 Si0.77 Ge0.3으로 하여, 디실란과 게르마늄의 유량을 고정하여 성장시킨다.In this case, when the impurities introduced into the δ doping layer 53 are mixed with the spacer layer 54, the transistor characteristics deteriorate. Therefore, once the dopant gas is introduced into the vacuum vessel, the supply of the source gas is stopped and the degree of vacuum is sufficiently increased. After enhancement, a gas for growing the spacer layer 54 is introduced to grow the spacer layer 54. The composition of the spacer layer 54 is made into Si 0.7 7 Ge 0.3 uniformly, and it grows by fixing the flow volume of disilane and germanium.

스페이서층(54)의 성장 후, 소스가스의 공급을 일단 정지하고 진공도가 향상되고 나서 디실란 만을 성장실에 도입하여, 불순물을 도핑하지 않은 i-Si 층(55)을 성장시킨다.After the growth of the spacer layer 54, the supply of the source gas is once stopped and the degree of vacuum is improved, then only disilane is introduced into the growth chamber to grow the i-Si layer 55 which is not doped with impurities.

i-Si 층(55)의 성장 후, 다시 디실란과 게르마늄을 성장실에 도입하여, i-Si1-xGex 층(56)을 성장시킨다. Ge의 조성비는 70%로 한다. i-Si1-xGex 층(56)의 성장 후, 소스가스의 공급을 일단 정지한 후, 진공도가 향상되고 나서 디실란 만을 성장실에 도입하여 i-Si 층(57)을 성장시킨다.After the growth of the i-Si layer 55, disilane and germanium are again introduced into the growth chamber to grow the i-Si 1-x Ge x layer 56. The composition ratio of Ge is 70%. After the growth of the i-Si 1-x Ge x layer 56, the supply of the source gas is once stopped, and after the vacuum degree is improved, only disilane is introduced into the growth chamber to grow the i-Si layer 57.

이상의 처리에 의해, 채널영역을 구성하는 반도체층의 에피텍셜 성장공정은 종료한다.By the above process, the epitaxial growth process of the semiconductor layer which comprises a channel region is complete | finished.

다음으로, 도 11의 (c)에 도시된 공정에서는, 기판을 UHV-CVD 장치로부터 인출하여 열산화로(熱酸化爐) 내에 도입하여, 최상층의 i-Si 층(57)의 표면을 산화하여 실리콘 산화막으로 이루어지는 게이트 절연막(58)을 형성한다.Next, in the process shown in FIG. 11C, the substrate is taken out from the UHV-CVD apparatus and introduced into a thermal oxidation furnace to oxidize the surface of the uppermost i-Si layer 57. A gate insulating film 58 made of a silicon oxide film is formed.

다음으로, 도 11의 (d)에 도시된 공정에서, 게이트 절연막(58) 상에 게이트 전극(65)을 형성한다. 이 게이트 전극의 형성법은 종래의 CM0S 장치 공정과 마찬가지다. 즉, 폴리실리콘막을 퇴적하고, 불순물을 이온 주입한 후 드라이 에칭에 의해 폴리실리콘막을 패터닝하여 게이트 전극(65n, 65p)을 형성한다. 불순물 이온으로서는 불화 붕소이온(BF2+)을 사용할 수 있다. 이 게이트 전극용의 폴리실리콘막이 퇴적된 단계에서는 소스·드레인 영역은 형성되지 않는다.Next, in the process shown in FIG. 11D, the gate electrode 65 is formed on the gate insulating film 58. The formation method of this gate electrode is the same as that of the conventional CM0S apparatus process. That is, the polysilicon film is deposited, the impurities are ion implanted, and the polysilicon film is patterned by dry etching to form the gate electrodes 65n and 65p. As impurity ions, boron fluoride ion (BF2 +) can be used. In the step where the polysilicon film for the gate electrode is deposited, the source and drain regions are not formed.

다음으로, 도 11의 (e)에 도시된 공정에서, 게이트 전극(65n, 65p)을 마스크로 하여 도펀트가 되는 불순물 이온을 기판 내에 주입하여, 소스·드레인 영역(59n, 59p)을 형성한 후, 콘택트를 취하기 위하여 기판상에 노출되는 산화막을 제거하기 위한 에칭을 한다. 또, 이온주입시에는 이온의 가속전압을 불순물 분포의 피크가 소스·드레인 전극의 콘택트를 설치하는 것과 같이 선택한다. 주입하는 불순물 이온으로서는 NMOS 트랜지스터영역에는 n 형 불순물인 비소 이온(As+) 또는 인 이온(p+)을, PMOS 트랜지스터영역에는 p형 불순물인 붕소 이온(B+)을 사용한다. 따라서, NMOS 트랜지스터의 소스·드레인 영역(59n)을 형성하기 위한 이온 주입과, PMOS 트랜지스터의 소스·드레인 영역(59p)을 형성하기 위한 이온 주입은 각각 별개의 마스크를 이용할 필요가 있다.Next, in the process shown in Fig. 11E, impurity ions serving as dopants are implanted into the substrate using the gate electrodes 65n and 65p as masks to form source and drain regions 59n and 59p. Then, etching is performed to remove the oxide film exposed on the substrate in order to make contact. In addition, at the time of ion implantation, the acceleration voltage of the ions is selected such that the peak of the impurity distribution provides the contact of the source and drain electrodes. As the impurity ions to be implanted, arsenic ions (As +) or phosphorus ions (p +), which are n-type impurities, are used in the NMOS transistor region, and boron ions (B +), which are p-type impurities, are used in the PMOS transistor region. Therefore, it is necessary to use separate masks for ion implantation for forming the source and drain regions 59n of the NMOS transistors and ion implantation for forming the source and drain regions 59p of the PMOS transistors.

또, 이온주입 직후는, 불순물의 활성화를 위한 어닐링을 행한다. 다만, 어닐링 열처리에 의해 헤테로 경계면에서의 Si와 Ge의 상호 확산이나, Si/SiGe 계에 존재하는 왜곡의 완화과정에서의 결정 결함의 발생이 없도록 1OOO℃정도로 단시간(30초)의 RTA (Rapid thermal annealing)을 하는 것이 바람직하다. Immediately after ion implantation, annealing for activation of impurities is performed. However, RTA (Rapid thermal) for a short time (30 seconds) at about 100 ° C to prevent the occurrence of crystal defects in the interdiffusion of Si and Ge in the hetero interface or mitigation of distortion in the Si / SiGe system by annealing heat treatment. preferably annealing).

다음으로 도 12의 (a)에 도시된 공정에서, 기판상에 다시 한번 포토 레지스터 마스크(도시 생략)를 형성하고, 드라이 에칭에 의해 NMOS 트랜지스터 형성 영역과 PMOS 트랜지스터 형성 영역 사이의 영역을 적어도 채널영역보다 깊게 파내려가 소자분리용 홈(71)을 형성한다.Next, in the process shown in Fig. 12A, a photoresist mask (not shown) is formed once again on the substrate, and at least the channel region between the NMOS transistor formation region and the PMOS transistor formation region by dry etching. Digging deeper to form the device isolation groove 71.

다음으로, 도 12의 (b)에 도시된 공정에서, 홈(71)을 포함하는 기판의 전면 상에 제 1 층 절연막(72)을 퇴적한다. 절연막을 구성하는 재료로서는 고온 처리를 피하기 위하여, 500℃ 이하로 성막되는 플라즈마 CVD 법에 의한 TEOS 막 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 홈(71)에 매립된 절연막에 의해 트랜치분리(73)가 구성된다.Next, in the process shown in FIG. 12B, the first layer insulating film 72 is deposited on the entire surface of the substrate including the grooves 71. As the material constituting the insulating film, in order to avoid high temperature treatment, it is preferable to use a TEOS film or the like by the plasma CVD method which is formed at 500 ° C or lower. At this time, the trench isolation 73 is formed by an insulating film embedded in the groove 71.

다음으로, 본 실시예의 특징인 소스·드레인 콘택트를 이하의 순서에 의해 형성한다. 다만, 도 10에 도시된 구조를 실현하기 위한 공정은 이하의 순서에 한정되는 것은 아니다.Next, a source / drain contact, which is a feature of the present embodiment, is formed by the following procedure. However, the process for realizing the structure shown in FIG. 10 is not limited to the following procedure.

본 실시예의 효과를 최대한 발휘하기 위해서는 최종적으로 콘택트의 기초가 되는 매우 얇은 특정한 반도체층이 존재할 필요가 있다. 그 때문에, 본 실시예에서는 기초가 되는 특정한 반도체층으로서 i-Si1-xGex 층(56n, 56p)을 선택하여, i-Si1-xGex 층(56n, 56p)이 노출될 때까지 에칭을 한다. i-Si1-xGex 층(56n, 56p)을 노출시킬 때는 습식 에칭에 의한 선택성이 높은 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 다만, 습식 에칭은 다른 방향성이 결핍되고 미세 가공에 적합하지 않기 때문에 ,우선, 드라이 에칭에 의해 제 1 층의 절연막(72) 중 소스·드레인 전극을 형성하고자 하는 영역을 선택적으로 제거하여 컨택트 홀을 형성하고, 게이트 절연막(58n, 58p)을 노출시킨 후, 습식 에칭을 하는 것이 바람직하다. 이러한 처리의 예로서는 예컨대 이하의 처리가 있다.In order to achieve the maximum effect of this embodiment, it is necessary to have a very thin specific semiconductor layer which finally forms the basis of the contact. Therefore, by selecting this embodiment, the i-Si 1-x Ge x layer as a specific semiconductor layer to be the base (56n, 56p), i- Si 1-x Ge x layer (56n, 56p) when the exposure Etch until When exposing the i-Si 1-x Ge x layers 56n and 56p, it is preferable to use etching with high selectivity by wet etching. However, wet etching is deficient in other orientations and is not suitable for microfabrication. First, by selectively removing the regions to form the source and drain electrodes of the insulating film 72 of the first layer by dry etching, contact holes are removed. After forming and exposing the gate insulating films 58n and 58p, it is preferable to perform wet etching. Examples of such processing include the following processing.

우선, 최상층의 산화막(게이트 절연막(58n, 58p))의 제거에는 잘 알려진 바와 같이 불산계의 용액을 사용한다. 그리고, i-Si 층(57n, 57p)이 노출되면, 불산은 실리콘을 거의 제거하지 못하기 때문에, 에칭액을 i-Si 층(57)을 제거할 수 있는 에칭액으로 변경한다. 여기서, 본 실시예에서는 i-Si 층(57n, 57p)의 아래의 i-Si1-xGex 층(56n, 56p)에 콘택트를 형성하기 때문에, i-Si1-xGex층(56n, 56p)을 그다지 에칭하지 않고, i-Si 층(57n, 57p)을 선택적으로 에칭할 수 있는 에칭액(에천트)을 선택한다. 그리고, 이 에천트를 사용하여, i-Si 층(57n, 57p)을 제거하여 i-Si1-xGex 층(56n, 56p)을 노출시킨다. 이 때, i-Si1-xGex 층(56n, 56p)의 일부가 오버 에칭에 의해 제거되어도 된다. 상술한 바와 같이, 이 i-Si1-xGex 층(56n, 56p)은 NMOS 트랜지스터의 채널영역에 n-채널을 형성시키기 위하여 에피텍셜 성장시킨 것이다. 따라서, 본 실시예를 이용하면 SiGe 층을 이용한 저저항 콘택트를 형성하기 위하여 새롭게 i-Si1-xGex 층(56n, 56p)을 성장시키기 위한 공정이 불필요하게 된다.First, as is well known, a hydrofluoric acid-based solution is used to remove the oxide films (gate insulating films 58n and 58p) of the uppermost layer. When the i-Si layers 57n and 57p are exposed, hydrofluoric acid hardly removes silicon, so the etching solution is changed to an etching solution capable of removing the i-Si layer 57. In this embodiment, since a contact is formed in the i-Si 1-x Ge x layers 56n and 56p below the i-Si layers 57n and 57p, the i-Si 1-x Ge x layer 56n , 56p) is selected, and an etchant (etchant) capable of selectively etching the i-Si layers 57n and 57p is selected. Using this etchant, i-Si layers 57n and 57p are removed to expose i-Si 1-x Ge x layers 56n and 56p. At this time, part of the i-Si 1-x Ge x layers 56n and 56p may be removed by over etching. As described above, these i-Si 1-x Ge x layers 56n and 56p are epitaxially grown to form n-channel in the channel region of the NMOS transistor. Therefore, using this embodiment, a process for newly growing the i-Si 1-x Ge x layers 56n and 56p is unnecessary to form a low resistance contact using the SiGe layer.

다음으로, 콘택트를 형성하기 위하여 이 노출된 i-Si1-xGex층(56n, 56p) 위에 저저항의 금속막을 퇴적시킨다. 이 금속막을 구성하는 금속 재료로서는, 상술한 바와 같이 텅스텐(W)을 사용하면 매우 저항값이 낮은 콘택트를 형성할 수가 있다. 그래서, 본 실시예에서는, LPCVD 법에 의해, WF6을 수소로 희석한 가스를 소스가스로서 이용하여, 온도조건을 400℃ 로서, i-Si1-xGex 층(56n, 56p) 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(61n, 61p)을 선택 성장시키고 있다.Next, a low resistance metal film is deposited on the exposed i-Si1-xGex layers 56n and 56p to form a contact. As the metal material constituting the metal film, when tungsten (W) is used as described above, a very low contact value can be formed. Thus, in the present embodiment, by using the LPCVD method, a gas diluted with hydrogen of WF6 is used as the source gas, and the temperature condition is 400 ° C., and the source is placed on the i-Si 1-x Ge x layers 56n and 56p. The drain contact W layers 61n and 61p are selectively grown.

다음으로 도 12의 (e)에 도시된 공정에서, 스퍼터링을 하여 기판의 전면 상에 A1합금막을 퇴적한 후 패터닝하여, A1 소스·드레인 전극(63n, 63p)을 형성한다. 이상의 공정에서, 소스·드레인 영역 상에 저저항의 콘택트를 형성할 수가 있다.Next, in the process shown in Fig. 12E, the A1 alloy film is deposited on the entire surface of the substrate by sputtering and then patterned to form the A1 source / drain electrodes 63n and 63p. In the above steps, a low resistance contact can be formed on the source and drain regions.

상술한 바와 같이, Si 계 헤테로 M0S 장치에 있어서는 게이트 절연막으로서 실리콘 산화막을 사용하는 관계상, 반도체 최상층은 밴드 갭이 큰 Si 층인 것이 바람직하기 때문에, 본 실시예와 같은 반도체층을 제거한 후 콘택트 금속층을 형성하는 기술은 Si 계 헤테로 M0S 장치의 형성에 특히 알맞은 기술이다.As described above, in the case of using a silicon oxide film as the gate insulating film in the Si-based hetero-M0S device, since the uppermost semiconductor layer is preferably a Si layer having a large band gap, the contact metal layer is removed after removing the semiconductor layer as in the present embodiment. The technique to form is a technique especially suitable for formation of a Si type hetero M0S device.

(제 5 실시예)(Example 5)

상기 실시예에서는 Si와 SiGe로 이루어지는 헤테로 접합체를 이용한 채널구조를 대표적인 예로 들었지만, HCMOS 장치의 소스·드레인 영역에 저저항의 콘택트를 형성하는 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, Si와 이 실시예의 SiGe의 적층 구조 이외의 구성을 갖는 헤테로 에피텍셜 적층막에 의한 채널, 예컨대 Si와 i-Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1) 혼합 결정 반도체의 사이에 채널 형성한 것이라도 된다. 헤테로 경계면에 의한 채널형성에는 반드시 밴드 갭이 다른 두 가지의 반도체의 접합이 필요하기 때문에 이러한 저저항의 콘택트 층의 형성이 유효하게 된다.In the above embodiment, a channel structure using a heterojunction composed of Si and SiGe is exemplified. However, the invention of forming a low resistance contact in the source / drain region of the HCMOS device is not limited to this embodiment. Examples of channels with heteroepitaxial layered films having a structure other than the stacked structure of SiGe, such as Si and i-Si 1-xy Ge x C y layers (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) of mixed crystal semiconductors The channel may be formed in between. The formation of such a low-resistance contact layer becomes effective because the channel formation by the hetero interface requires the joining of two semiconductors having different band gaps.

도 13은 도 1에 도시된 구조에 저저항의 콘택트 금속층을 형성한 제 5 실시예에 의한 HCMOS 장치의 단면도이다.FIG. 13 is a sectional view of an HCMOS device according to a fifth embodiment in which a low resistance contact metal layer is formed in the structure shown in FIG.

도 13에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 의한 HCMOS 장치에 있어서는, SiGe 층(15n, 15p)의 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(25n, 25p)이 형성되어 있다.As shown in Fig. 13, in the HCMOS device according to the present embodiment, source / drain contact W layers 25n and 25p are formed on the SiGe layers 15n and 15p.

본 실시예에 의한 발명의 특징은, 상기 제 1 실시예의 특징에 덧붙여 상기 제 4 실시예와 같이, Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층과는 다른 밴드 갭을 갖는 제 2 반도체층과, 상기 제 1, 제 2 반도체층 사이의 경계면 부근의 영역에 형성된 캐리어 축적층을 갖는 채널영역과, 제 3 반도체층과, 이 제 3 반도체층보다 큰 밴드 갭을 갖는 제 4 반도체층을 갖는 소스·드레인 영역과, 상기 제 3 반도체층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 구비하고 있는 점이다.The feature of the invention according to the present embodiment includes, in addition to the feature of the first embodiment, a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), as in the fourth embodiment. A channel region having a first semiconductor layer, a second semiconductor layer having a band gap different from that of the first semiconductor layer, and a carrier storage layer formed in an area near an interface between the first and second semiconductor layers; A source / drain contact layer comprising a third semiconductor layer, a source / drain region having a fourth semiconductor layer having a band gap larger than that of the third semiconductor layer, and a low resistance conductor film formed directly on the third semiconductor layer. It is provided with.

그리고, 본 실시예의 NMOS 트랜지스터에 있어서는, SiGeC 층(14n)은 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층으로, Si 층(13n)은 제 2 반도체층이고, SiGe 층(15n)은 제 3 반도체층이며, Si 층(17n)은 SiGe 층(15n)보다 밴드 갭이 큰 제 4 반도체층으로서, 제 3 반도체층인 SiGe 층(15n)의 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(25n)이 형성되어 있다.In the NMOS transistor of the present embodiment, the SiGeC layer 14n is a first semiconductor layer including a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). 13n) is a second semiconductor layer, SiGe layer 15n is a third semiconductor layer, and Si layer 17n is a fourth semiconductor layer having a larger band gap than SiGe layer 15n, and is a SiGe layer that is a third semiconductor layer. The source-drain contact W layer 25n is formed just above 15n.

한편, 본 실시예의 PMOS 트랜지스터에 있어서는, SiGe 층(15p)은 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층(y= 0)인 동시에 제 3 반도체층이고, Si 층(17p)은 제 2 반도체층임과 동시에 제 3 반도체층보다 밴드 갭이 큰 제 4 반도체층으로서, 제 3 반도체층인 SiGe 층(15p)의 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(25p)이 형성되어 있다.On the other hand, in the PMOS transistor of this embodiment, the SiGe layer 15p includes a first semiconductor layer (y = 0) including a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). At the same time, the third semiconductor layer, the Si layer 17p is a second semiconductor layer and a fourth semiconductor layer having a larger band gap than the third semiconductor layer. The source layer is placed directly on the SiGe layer 15p as the third semiconductor layer. A drain contact W layer 25p is formed.

이상과 같이, 본 실시예에서는 A1소스·드레인 전극(21n, 21p)과 콘택트하는 기판측의 영역(소스·드레인 콘택트 W 층 (25n, 25p))을, 채널 형성을 위한 각 반도체층 중 밴드 갭이 작은 층의 바로 위에 설치하고 있기 때문에, 최상층의 반도체층인 Si 층(17n, 17p)의 바로 위에 콘택트를 설치하는 것보다 콘택트 저항이 작아지게 되어, 소자의 저소비 전력과 고속동작이 가능하게 된다.As described above, in the present embodiment, a band gap among the semiconductor layers for channel formation is formed in the region (source / drain contact W layers 25n and 25p) on the substrate side that contacts the A1 source / drain electrodes 21n and 21p. Since it is provided directly above this small layer, the contact resistance becomes smaller than providing a contact directly above the Si layers 17n and 17p, which is the uppermost semiconductor layer, thereby enabling low power consumption and high speed operation of the device. .

특히, SiGe 층(15n, 15p)에 접촉하도록 텅스텐(W)으로 되는 소스·드레인 콘택트 W 층(25n, 25p)을 설치하고 있기 때문에, 매우 낮은 콘택트 저항을 얻을 수 있다.In particular, since source / drain contact W layers 25n and 25p made of tungsten (W) are provided to contact the SiGe layers 15n and 15p, very low contact resistance can be obtained.

즉, 본 실시예에서는 상기 제 1 실시예의 효과를 발휘하면서 콘택트 저항의 저감을 도모할 수 있다.That is, in this embodiment, the contact resistance can be reduced while exhibiting the effect of the first embodiment.

(제 6 실시예)(Example 6)

도 14는 도 8에 도시된 구조에 저저항의 콘택트 금속층을 형성한 제 6 실시예에 의한 HCMOS 장치의 단면도이다.FIG. 14 is a sectional view of an HCMOS device according to a sixth embodiment in which a low resistance contact metal layer is formed in the structure shown in FIG.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 HCMOS 장치에 있어서는, 양자 우물 영역으로 되는 SiGe 층(36n, 36p) 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(45n, 45p)이 형성되어 있다.As shown in Fig. 14, in the HCMOS device according to the present embodiment, source / drain contact W layers 45n and 45p are formed on the SiGe layers 36n and 36p serving as quantum well regions.

본 실시예에 의한 발명의 특징은, 상기 제 3 실시예의 특징에 덧붙여, 상기 제 4 실시예와 같이, Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층과는 다른 밴드 갭을 갖는 제 2 반도체층과, 상기 제 1, 제 2 반도체층 사이의 경계면 부근의 영역에 형성된 캐리어 축적층을 갖는 채널영역과, 제 3 반도체층과, 이 제 3 반도체층보다 큰 밴드 갭을 갖는 제 4 반도체층을 갖는 소스·드레인 영역과, 상기 제 3 반도체층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 구비하고 있는 점이다.In addition to the features of the third embodiment, a feature of the present invention according to the present embodiment is a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) as in the fourth embodiment. A channel region having a first semiconductor layer, a second semiconductor layer having a band gap different from the first semiconductor layer, and a carrier storage layer formed in an area near an interface between the first and second semiconductor layers; And a source / drain contact including a source / drain region having a third semiconductor layer, a fourth semiconductor layer having a band gap larger than that of the third semiconductor layer, and a low resistance conductor film formed directly on the third semiconductor layer. It is a point provided with a layer.

그리고, 본 실시예의 NMOS 트랜지스터에 있어서는, 양자 우물 영역인 SiGeC 층(34n)은 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층이며, 제 1 Si 층(33n)은 제 2 반도체층이고, 양자 우물 영역인 SiGe 층(36n)은 제 3 반도체층이며, 제 3 Si 층(37n)은 SiGe 층(36n)보다 밴드 갭이 큰 제 4 반도체층으로서, 제 3 반도체층인 SiGe 층(36n)의 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(45n)이 형성되어 있다.In the NMOS transistor of the present embodiment, the SiGeC layer 34n, which is a quantum well region, is a first semiconductor layer including a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). The first Si layer 33n is a second semiconductor layer, the SiGe layer 36n, which is a quantum well region, is a third semiconductor layer, and the third Si layer 37n has a larger band gap than the SiGe layer 36n. As the fourth semiconductor layer, a source-drain contact W layer 45n is formed directly on the SiGe layer 36n which is the third semiconductor layer.

한편, 본 실시예의 PMOS 트랜지스터에 있어서는, SiGe 층(36p)은 Si1-x-yGexCy 층(0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함하는 제 1 반도체층(y= 0)인 동시에 제 3 반도체층이고, 제 3 Si 층(37p)은 제 2 반도체층인 동시에 제 3 반도체층보다 밴드 갭이 큰 제 4 반도체층으로서, 제 3 반도체층인 SiGe 층(36p)의 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층(45p)이 형성되어 있다.On the other hand, in the PMOS transistor of this embodiment, the SiGe layer 36p includes a first semiconductor layer (y = 0) including a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). At the same time, the third semiconductor layer is a third semiconductor layer, and the third Si layer 37p is a second semiconductor layer and a fourth semiconductor layer having a larger band gap than the third semiconductor layer, and is directly above the SiGe layer 36p which is the third semiconductor layer. The source-drain contact W layer 45p is formed.

이상과 같이, 본 실시예에서는 Al 소스·드레인 전극(41n, 41p)과 콘택트하는 기판측의 영역(소스·드레인 콘택트 W 층(45n, 45p)을, 채널 형성을 위한 각 반도체층 중 밴드 갭이 작은 층의 바로 위에 설치하고 있기 때문에, 최상층의 반도체층인 Si 층(37n, 37p)의 바로 위에 콘택트를 설치하는 것보다 콘택트 저항이 작아지게 되어 장치의 저소비 전력과 고속동작이 가능하게 된다.As described above, in the present embodiment, the band gap of each semiconductor layer for forming the channel is formed in the region (source / drain contact W layers 45n and 45p) on the substrate side that contacts the Al source / drain electrodes 41n and 41p. Since it is provided directly above the small layer, the contact resistance becomes smaller than providing the contact directly above the Si layers 37n and 37p, which is the uppermost semiconductor layer, thereby enabling low power consumption and high speed operation of the device.

특히, SiGe 층(36n, 36p)에 접촉하도록 텅스텐(W)으로 되는 소스·드레인 콘택트 W 층(45n, 45p)을 설치하고 있기 때문에 매우 낮은 콘택트 저항을 얻을 수 있다.In particular, since the source / drain contact W layers 45n and 45p made of tungsten (W) are provided so as to contact the SiGe layers 36n and 36p, a very low contact resistance can be obtained.

즉, 본 실시예에서는, 상기 제 3 실시예의 효과를 발휘하면서 콘택트 저항의 저감을 도모할 수 있다.That is, in the present embodiment, the contact resistance can be reduced while exhibiting the effect of the third embodiment.

(그 밖의 변형 실시예)(Other Modified Examples)

상기 제 1~제 6 실시예에서는, 게이트 전극의 하부에 게이트 절연막을 설치한 MOS 형 전계 효과 트랜지스터에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 최상층에 절연막이 있는 헤테로 M0S 구조가 아니라 헤테로 경계면을 이용하는 전계 효과 트랜지스터이면, 절연막을 이용하지 않는 쇼트키 접합을 이용하는 장치라도 실시 가능하고, 저항의 저감효과를 얻는 것이 가능하게 되어 장치의 저소비전력 및 고속동작에 유리하게 된다.In the first to sixth embodiments, the MOS field effect transistor having the gate insulating film provided below the gate electrode has been described, but the present invention is not limited to these embodiments. In particular, a field effect transistor using a hetero interface rather than a hetero M0S structure having an insulating film on the uppermost layer can be implemented even by a device using a Schottky junction without using an insulating film, and the effect of reducing the resistance can be obtained. It is advantageous for power and high speed operation.

상기 제 1~제 6 실시예에서는, δ 도핑층을 형성하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, δ 도핑층을 설치하지 않더라도 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다. 또한, δ 도핑층을 형성하는 경우에도 스페이서층은 반드시 필요한 것은 아니다. In the above first to sixth embodiments, the δ doping layer is formed, but the present invention is not limited to these embodiments, and the effects of the present invention can be obtained even without providing the δ doping layer. In addition, even when forming the δ doping layer, the spacer layer is not necessarily required.

상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 5, 제 6 실시예에 있어서 SiGe 층에 대신하여 C층을 미량 첨가한 SiGeC 층을 설치하여도 된다.In said 1st, 2nd, 3rd, 5th, and 6th Example, you may provide the SiGeC layer which added a trace amount C layer instead of a SiGe layer.

또, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 5, 제 6 실시예에 있어서는, SiGeC 층과, SiGe 층의 상하관계를 반대로 하여도 되는 것으로 한다. 그 경우, 제 5,제 6 실시예에서는 소스·드레인 영역에서의 SiGeC 층 바로 위에 소스·드레인 콘택트 W 층을 형성하면 된다.In addition, in the said 1st, 2nd, 3rd, 5th, 6th Example, you may reverse | vertise the vertical relationship of a SiGeC layer and a SiGe layer. In that case, in the fifth and sixth embodiments, the source / drain contact W layer may be formed directly on the SiGeC layer in the source / drain region.

상술한 본 발명의 제 1 반도체 장치에 의하면, 전계 효과 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, Si 층과 C의 조성비 y가 0.01~0.03인 Si1-x-yGexCy 층을 설치하고, Si1-x-yGexCy 층 내에 형성되는 캐리어 축적층을 채널로서 이용하도록 하였기 때문에, 동작속도가 크고 또한 신뢰성이 높은 전계 효과형 트랜지스터를 갖는 반도체 장치의 제공을 도모할 수 있다.According to the first semiconductor device of the present invention described above, in a semiconductor device having a field effect transistor, a Si 1-xy Ge x C y layer having a composition ratio y of 0.01 to 0.03 in a Si layer and C is provided, and a Si 1- Since the carrier accumulation layer formed in the xy Ge x C y layer is used as a channel, it is possible to provide a semiconductor device having a field effect transistor having a high operation speed and high reliability.

또한 본 발명의 제 2 반도체 장치에 의하면, 전계 효과형 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, 제 1 의 Si 층과 제 1 의 Si1-x-yGexCy 층 사이, 제 2 의 Si 층과 제 2 의 Si1-x-yGexCy 층 사이의 경계면에 생기는 밴드 불연속부를 이용하여 전자와 정공을 2차원적으로 가두는 축적층을 형성하고, 이 축적층을 채널로 하는 전계 효과 트랜지스터를 설치하였기 때문에, 캐리어를 가두는 효율이 높은 채널을 갖고 또한 동작 속도가 크면서 신뢰성이 높은 n-채널 및 p-채널 전계 효과 트랜지스터를 구비한 HCMOS 장치로서 기능하는 반도체 장치의 제공을 도모할 수 있다.Further, according to the second semiconductor device of the present invention, in a semiconductor device having a field effect transistor, a second Si layer and a second Si layer are formed between the first Si layer and the first Si 1-xy Ge x C y layer. By using a band discontinuity at the interface between the Si 1-xy Ge x C y layers of, an accumulation layer for confining electrons and holes in two dimensions is formed, and a field effect transistor is formed using the accumulation layer as a channel. In addition, it is possible to provide a semiconductor device which functions as an HCMOS device having a highly efficient channel confining carrier and having a high operation speed and high reliability n-channel and p-channel field effect transistors.

이 반도체 장치의 구조는, 제 1 반도체 장치의 제조방법에 의해 용이하게 실현할 수가 있다.The structure of this semiconductor device can be easily realized by the manufacturing method of a 1st semiconductor device.

또한, 본 발명의 제 3 반도체 장치에 의하면, Si1-x-yGexCy 층을 포함하는 제 1 반도체층과 제 2 반도체층 사이에 채널로 되는 밴드 불연속부를 형성시킨 전계 효과 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, 소스·드레인 영역을 제 3 반도체층 및 제 3 반도체층보다 밴드 갭이 큰 제 4 반도체층에 의해 구성되고, 이 제 3 반도체층의 바로 위에 저저항의 도체막으로 이루어지는 소스·드레인 콘택트층을 설치하였기 때문에, 헤테로 접합을 이용한 동작 속도가 높으며 또한 소스·드레인 콘택트 저항이 작은 반도체 장치의 제공을 도모할 수 있다.Further, according to the third semiconductor device of the present invention, a semiconductor device having a field effect transistor in which a band discontinuity as a channel is formed between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer including a Si 1-xy Ge x C y layer. A source / drain contact comprising a source / drain region having a third semiconductor layer and a fourth semiconductor layer having a larger band gap than the third semiconductor layer, and formed of a low resistance conductor film directly on the third semiconductor layer. Since the layer is provided, it is possible to provide a semiconductor device having a high operation speed using a heterojunction and a small source / drain contact resistance.

이 반도체 장치의 구조는, 제 2 반도체 장치의 제조방법에 의해 용이하게 실현할 수가 있다.The structure of this semiconductor device can be easily realized by the manufacturing method of a 2nd semiconductor device.

본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다. Preferred embodiments of the present invention are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the present invention as set forth in the appended claims.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 SiGeC계 HCMOS 장치의 구조를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a SiGeC-based HCMOS device according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 HCMOS 장치 내의 SiGeC 층의 격자 왜곡의 Ge 조성율 및 C 조성율에 대한 의존성을 도시한 도면.FIG. 2 illustrates the dependence of the Ge and C composition rates on the lattice distortion of SiGeC layers in HCMOS devices.

도 3은 SiGeC 계 HCMOS 장치의 SiGeC 층과 Si 층 사이에 있어 격자정합 또는 인장 왜곡을 발생하는 Si, Ge, C의 조성율과의 관계를 도시한 도면.3 is a diagram showing a relationship between the composition ratios of Si, Ge, and C that cause lattice matching or tensile distortion between the SiGeC layer and the Si layer of the SiGeC-based HCMOS device.

도 4는 SiGeC 층의 C 조성비와 에너지 갭 값의 관계를 도시한 도면.4 shows the relationship between the C composition ratio and the energy gap value of the SiGeC layer.

도 5는 본 발명의 제 1의 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 공정을 나타내는 단면도.Fig. 5 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 SiGeC 층의 조성과 격자 부정합에 의한 왜곡의 관계를 도시한 도면.Fig. 6 is a diagram showing the relationship between the composition of the SiGeC layer and the distortion due to lattice mismatch in the second embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 격자 정합계 SiGeC-HCMOS 장치의 밴드-라인업을 도시한 도면.FIG. 7 is a diagram showing a band-up of a lattice matching system SiGeC-HCMOS device according to a second embodiment of the present invention. FIG.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 양자 우물 구조의 채널을 갖는 HCMOS 장치의 구조를 나타내는 단면도.Fig. 8 is a sectional view showing the structure of an HCMOS device having a channel of a quantum well structure according to a third embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 반도체 장치의 제조공정을 나타내는 단면도.Fig. 9 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 HCMOS 장치의 구조를 나타내는 단면도.Fig. 10 is a sectional view showing the structure of an HCMOS device according to a fourth embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 HCMOS 장치의 제조공정 중의 전반 부분을 나타내는 단면도.Fig. 11 is a sectional view showing a first half portion in a manufacturing process of an HCMOS device according to a fourth embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 HCMOS 장치의 제조공정 중의 후반 부분을 나타내는 단면도.12 is a cross-sectional view showing a second half part in the manufacturing process of the HCMOS device according to the fourth embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 HCMOS 장치의 구조를 나타내는 단면도.Fig. 13 is a sectional view showing the structure of an HCMOS device according to a fifth embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 제 6 실시예에 의한 HCMOS 장치의 구조를 나타내는 단면도.Fig. 14 is a sectional view showing the structure of an HCMOS device according to a sixth embodiment of the present invention.

도 15는 종래의 HCMOS 장치의 구조를 나타내는 단면도.Fig. 15 is a sectional view showing the structure of a conventional HCMOS device.

도 16은 종래의 HCMOS 장치의 헤테로 경계면에 도입되는 격자 부정합에 의한 전위(轉位) 등의 결함을 도시한 도면.Fig. 16 shows a defect such as a potential due to lattice mismatch introduced into a hetero interface of a conventional HCMOS device.

*도면의 주요한 부위를 나타내는 부호의 설명** Explanation of symbols indicating major parts of drawing *

1O, 30, 50 : Si 기판 11, 31, 51n : p웰10, 30, 50 Si substrate 11, 31, 51n: p well

12, 32, 51p : n웰 13 : Si 층12, 32, 51p: n well 13: Si layer

14, 34 : SiGeC 층 15, 36 : SiGe 층14, 34: SiGeC layer 15, 36: SiGe layer

16 소스·드레인 영역 17 Si 층16 source and drain regions 17 Si layer

18, 38, 65 : 게이트 전극 19, 39, 58 : 게이트 절연막18, 38, 65: gate electrode 19, 39, 58: gate insulating film

21, 41 : 소스·드레인 전극 25, 45, 61 : 소스·드레인 콘택트W 층21 and 41: source and drain electrodes 25, 45 and 61: source and drain contact W layers

33 : 제 1 Si 층 35 : 제 2 Si 층33: first Si layer 35: second Si layer

37 : 제 3 Si 층 42, 49 : 소스·드레인 영역37: third Si layer 42, 49: source / drain region

52 : SiGe 버퍼층 53 : δ 도핑층52 SiGe buffer layer 53 δ doped layer

54 : 스페이서층 55, 57 : i-Si 층54 spacer layer 55, 57 i-Si layer

56 : i-Sil-xGex 층 63 : Al 소스·드레인 전극56: i-Sil-xGex layer 63: Al source and drain electrode

66 : 제 1 층 절연막 67 : n-채널66 first layer insulating film 67 n-channel

68 : p-채널68: p-channel

Claims (42)

(3회 정정)(Three times of correction) 반도체 기판의 일부에 형성되고, 게이트 전극과, 소스·드레인 영역과, 상기 소스·드레인 영역 사이의 채널영역을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 구비하고 있는 반도체 장치로서,A semiconductor device formed on a part of a semiconductor substrate and including a field effect transistor having a gate electrode, a source / drain region, and a channel region between the source / drain region, 상기 채널영역에는, Si 층과, 상기 Si 층에 접하여 형성된 Si1-x-yGexCy 층 (0≤x≤1, 0<y≤1)이 설치되고,In the channel region, a Si layer and a Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) formed in contact with the Si layer are provided. Si1-x-yGexCy층 내에서의 상기 Si 층에 근접한 영역에는 캐리어 축적층이 형성되며,A carrier accumulation layer is formed in the region proximate to the Si layer in the Si 1-xy Ge x C y layer, 상기 Si 층 내의 상기 Si1-x-yGexCy 층에 근접한 영역에는 상기 캐리어 축적층에 캐리어를 공급하기 위한 캐리어 공급층이 형성되고,A carrier supply layer for supplying a carrier to the carrier accumulation layer is formed in a region proximate to the Si 1-xy Ge x C y layer in the Si layer, 상기 반도체 기판상에 형성되어 단일 조성의 반도체층을 채널 영역으로 하는 M0S 트랜지스터를 구비하며,A M0S transistor formed on the semiconductor substrate, the semiconductor layer having a single composition as a channel region, 상기 Si층과 Si1-x-yGexCy층의 격자상수 차에 기인하는 왜곡이 0.25% 이내인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a distortion due to the lattice constant difference between the Si layer and the Si 1-xy Ge x C y layer is within 0.25%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 Si1-x-yGexCy 층의 각 원소의 조성비는, 상기 Si1-x-yGexCy 층과 상기 Si 층 이 격자 정합하는 조성비로 조정되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A semiconductor device, characterized in that the composition ratio of the Si 1-xy Ge x C y layer of each element is to be adjusted to a composition ratio which is lattice matched the Si 1-xy Ge x C y layer and the Si layer. (정정) (correction) 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 Si1-x-yGexCy 층은 상기 Si 층보다도 작은 격자상수를 갖고, 또한 격자 완화를 발생하지 않는 막 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The Si 1-xy Ge x C y layer has a lattice constant smaller than that of the Si layer and has a film thickness that does not cause lattice relaxation. (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (2회정정)(Twice) 반도체기판의 일부에 형성되며, 게이트전극과 소스·드레인 영역과 해당 소스·드레인 영역간의 채널영역을 가진 제 1 전계효과 트랜지스터와, 상기 반도체기판의 타부에 형성되며, 게이트전극과 소스·드레인 영역과 해당 소스·드레인 영역간의 채널영역을 가진 제 2 전계 효과 트랜지스터를 구비하고 있는 반도체장치로서,A first field effect transistor formed on a portion of the semiconductor substrate and having a channel region between the gate electrode and the source / drain region and the source / drain region, and formed on the other portion of the semiconductor substrate, A semiconductor device comprising a second field effect transistor having a channel region between the source and drain regions, 상기 제 1 전계 효과 트랜지스터의 채널영역에는, In the channel region of the first field effect transistor, 제 1 Si층과,A first Si layer, 상기 제 1 Si층에 접하여 형성된 제 1 Si1-x-yGexCy층(0≤x≤1, 0< y≤1)과,A first Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) formed in contact with the first Si layer, 제 2 Si층과,A second Si layer, 상기 제 2 Si층에 접하여 형성되고 상기 제 1 Si1-x-yGexCy층과는 다른 밴드 갭을 가진 제 2의 Si1-x-yGexCy층(0≤x≤1, 0≤y≤1)이 설치되어 있고,A second Si 1-xy Ge x C y layer formed in contact with the second Si layer and having a band gap different from the first Si 1-xy Ge x C y layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≤1) is installed, 상기 제 1 Si1-x-yGexCy층 내에서 상기 제 1 Si층에 근접한 영역과, 상기 제 2 Si1-x-yGexCy층 내에서 상기 제 2 Si층에 근접한 영역에는, 서로 다른 도전형 캐리어를 가두기 위한 제 1 및 제 2 캐리어 축적층이 각각 형성되어 있으며,Wherein the 1 Si 1-xy Ge x C y and the region close to the claim 1 Si layer in the layer, wherein the 2 Si 1-xy Ge x C y is the region close to the claim 2 Si layer in the layer, the different First and second carrier accumulation layers for trapping the conductive carrier are formed, respectively, 상기 제 1 Si층과 상기 제 1 Si1-x-yGexCy층과의 격자 정수 차에 기인하는 왜곡이 0.25% 이내이고,Distortion due to a lattice constant difference between the first Si layer and the first Si 1-xy Ge x C y layer is within 0.25%, 상기 제 2 Si층과 상기 제 2 Si1-x-yGexCy층과의 격자 정수 차에 기인하는 왜곡이 0.25% 이내이며,Distortion due to the lattice constant difference between the second Si layer and the second Si 1-xy Ge x C y layer is within 0.25%, 상기 제 2 전계효과 트랜지스터 채널영역은, The second field effect transistor channel region is 제 3 Si층과, A third Si layer, 상기 제 3 Si층에 근접하여 형성된 SiGe층을 구비하고, A SiGe layer formed in proximity to the third Si layer, 상기 SiGe층 내에서 상기 제 3 Si층에 근접한 영역에는 정(正)의 캐리어를 축적하기 위한 제 3 캐리어 축적층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.And a third carrier accumulation layer for accumulating positive carriers in a region proximate to the third Si layer in the SiGe layer. (2회정정)(Twice) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 Si1-x-yGexCy층과 상기 SiGe 층은 양자 우물 영역으로 되어있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the Si 1-xy Ge x C y layer and the SiGe layer are quantum well regions. (삭제)(delete) (2회 정정) (Twice correction) 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 소스·드레인 영역은 제 1 반도체층과, 상기 1 반도체층보다 큰 밴드 갭을 갖는 제 2 반도체층을 갖고,The source / drain region has a first semiconductor layer and a second semiconductor layer having a band gap larger than that of the first semiconductor layer, 상기 제 1 반도체층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 된 소스·드레인 콘택트층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A semiconductor device further comprising a source / drain contact layer made of a low resistance conductor film formed directly on the first semiconductor layer. (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (2회정정)(Twice) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 Si1-x-yGexCy층에 있어서의 C의 조성비 y는 0인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The composition ratio y of C in said Si 1-xy Ge x C y layer is 0, The semiconductor device characterized by the above-mentioned. (정정)(correction) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 반도체 기판상에 형성되어 단일조성의 반도체층을 채널영역으로 하는 M0S 트랜지스터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a M0S transistor formed on said semiconductor substrate and having a single layer of semiconductor layer as a channel region. (정정)(correction) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 의 Si1-x-yGexCy층에 있어서의 C의 조성비 y는, 0.01∼0.03인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The composition ratio y of C in said 1st Si 1-xy Ge x C y layer is 0.01-0.03, The semiconductor device characterized by the above-mentioned. (정정)(correction) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 의 Si1-x-yGexCy층의 각 원소의 조성비는, 상기 제 1 의 Si1-x-yGexCy층과 상기 제 1 Si 층이 격자 정합하는 조성비로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The composition ratio of said first Si 1-xy Ge x C y each element of the floor of Figure 1, characterized in that it is adjusted to a composition ratio that is lattice-matched Si 1-xy Ge x C y layer and said first Si layer of the first A semiconductor device. (2회정정)(Twice) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 의 Si1-x-yGexCy층은 상기 제 1 의 Si 층의 격자상수보다 작은 격자상수를 갖고, 또한 격자완화를 일으키지 않는 막 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the first Si 1-xy Ge x C y layer has a lattice constant smaller than the lattice constant of the first Si layer and has a film thickness that does not cause lattice relaxation. (정정)(correction) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 캐리어 축적층에 축적되는 캐리어는 부의 캐리어이고,Carriers accumulated in the first carrier storage layer are negative carriers, 상기 제 2 캐리어 축적층에 축적되는 캐리어는 정의 캐리어인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The carrier accumulated in the second carrier storage layer is a positive carrier. (정정)(correction) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 의 Si 층 내에서의 상기 제 1 의 Si1-x-yGexCy층에 근접한 영역에는, 상기 제 1 캐리어 축적층에 캐리어를 공급하기 위한 캐리어 공급층이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A carrier supply layer for supplying a carrier to the first carrier accumulation layer is further formed in a region proximate to the first Si 1-xy Ge x C y layer in the first Si layer. Semiconductor device. (삭제)(delete) (정정)(correction) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 및 제 2 의 Si1-x-yGexCy층 중 적어도 어느 한쪽의 Si1-x-yGexCy층은 양자 우물 영역으로 되어있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.At least one of the first and second Si 1-xy Ge x C y layers of the Si 1-xy Ge x C y layer is a semiconductor device, characterized in that the quantum well region. (2회정정)(Twice) 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 및 제 2 의 Si1-x-yGexCy층 중 위쪽에 형성된 Si1-x-yGexCy층의 바로 위에 형성된 저저항의 도체막으로 된 소스·드레인 콘택트층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And further comprising a source / drain contact layer made of a low resistance conductor film formed directly above the Si 1-xy Ge x C y layer formed on the upper side of the first and second Si 1-xy Ge x C y layers. A semiconductor device, characterized in that. (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) (삭제)(delete) 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 C의 조성비는 0.01~0.03인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The composition ratio of said C is 0.01-0.03, The semiconductor device characterized by the above-mentioned. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 Si1-x-yGexCy층에 있어서의 C의 조성비는 0.01~0.03인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The composition ratio of C in said Si 1-xy Ge x C y layer is 0.01-0.03, The semiconductor device characterized by the above-mentioned. (삭제)(delete) (삭제)(delete)
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