KR20160063280A - Semiconductor device including heterojunctions for low contact resistance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집적회로 장치들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체로 동작되도록 구성된 물질들을 사용한 집적회로 장치들에 관한 것이다.The present invention relates to integrated circuit devices, and more particularly to integrated circuit devices using materials configured to operate with a semiconductor.
MOS 장치가 고집적화됨에 따라, 기생 저항이 더욱 큰 문제로 부각되고 있다. 기생저항은 이전의 노드들에 비하여 각각의 새로운 노드에서의 저항에 큰 기여를 할 수 있고, 그러한 장치들의 성능의 인자가 될 수 있다. 게다가, 예를 들어, MOS 장치의 채널에 사용되도록 선택된 특별한 물질들은 항상 저저항 콘택에 적합한 것은 아닐 수 있다. As MOS devices become more highly integrated, parasitic resistance becomes more and more a problem. Parasitic resistance can make a significant contribution to the resistance at each new node compared to the previous nodes and can be a factor in the performance of such devices. In addition, for example, special materials selected for use in the channel of a MOS device may not always be suitable for low resistance contacts.
기생 저항은 미국 특허공개 번호 2006/020226 및 2009/0166742에 자세하게 기술되어 있다. Parasitic resistances are described in detail in U. S. Patent Nos. 2006/020226 and 2009/0166742.
본 발명은 저저항의 콘택을 갖는 반도체 장치 또는 전자 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a semiconductor device or electronic device having a low-resistance contact.
본 발명에 따른 실시예들은 저저항의 헤테로 접합을 갖는 장치 콘택 구조를 제공할 수 있다. 이러한 실시예들에 따라, 반도체 장치는 반도체 장치의 동작 동안의 다수 캐리어(majority carrier)를 위한 제 1 반도체 물질을 갖는 채널 영역, 및 금속 콘택을 포함할 수 있다. 소스/드레인 영역은 제 2 반도체 물질을 포함하는 반도체 물질 합금(semiconductor material alloy), 및 금속 콘택과 채널 영역 사이에 배치되는 적어도 하나의 헤테로 접합을 포함할 수 있다. 여기서, 헤테로 접합은 다수 캐리어의 0.2eV 이하의 밴드-에지 오프셋을 형성한다.Embodiments in accordance with the present invention can provide a device contact structure having a low resistance heterojunction. According to these embodiments, the semiconductor device may include a channel region having a first semiconductor material for a majority carrier during operation of the semiconductor device, and a metal contact. The source / drain region may comprise a semiconductor material alloy comprising a second semiconductor material, and at least one heterojunction disposed between the metal contact and the channel region. Here, the heterojunction forms a band-edge offset of 0.2 eV or less of majority carriers.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금은 제 2 반도체 물질과 제 3 반도체 물질의 공간적으로 변화된 조성(graded composition)을 가질 수 있고, 제 3 반도체 물질은 제 1 반도체 물질과 완전히 혼합되지(fully miscible) 않는다. 즉, 반도체 물질 합금의 조성이 연속적으로 변화함에 따라, 제 1 반도체 물질로부터 제 3 반도체 물질을 얻는 것이 가능하지 않다. In some embodiments according to the present invention, the semiconductor material alloy may have a spatially varying composition of the second semiconductor material and the third semiconductor material, and the third semiconductor material is not completely mixed with the first semiconductor material (fully miscible). That is, as the composition of the semiconductor material alloy continuously changes, it is not possible to obtain the third semiconductor material from the first semiconductor material.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 헤테로 접합의 밴드-에지 오프셋은 대략 0.0eV일 수 있다. In some embodiments according to the present invention, the band-edge offset of the heterojunction may be approximately 0.0 eV.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 헤테로 접합의 밴드-에지 오프셋은 0.2eV 이하이고, 헤테로 접합의 영역은 다수 캐리어의 전도성과 관련된 도펀트로 도핑될 수 있다.In some embodiments according to the present invention, the band-edge offset of the heterojunction is 0.2 eV or less, and the region of the heterojunction may be doped with a dopant related to the conductivity of the majority carriers.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화는 채널 영역의 제 1 반도체 물질과의 계면에서 풍부한(rich) 농도의 제 2 반도체 물질 및 결핍된(lean) 농도의 제 3 반도체 물질을 갖고, 금속 콘택과의 계면에서 제 2 반도체 물질이 결핍되고 제 3 반도체 물질이 풍부한 농도를 갖도록 변한다. In some embodiments according to the present invention, the change in the spatial composition of the semiconductor material alloy may result from a concentration of the second semiconductor material at the interface with the first semiconductor material of the channel region and a concentration of the third semiconductor material at the lean concentration Material, the second semiconductor material is depleted at the interface with the metal contact, and the third semiconductor material is changed to have a rich concentration.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화는 S2xS31-x에 의하여 표기될 수 있다. 여기서, S2는 제 2 반도체 물질이고, S3는 제 3 반도체 물질이다. 몇몇 실시예들에서, 금속 콘택과의 계면에서 x=0이고, 제 1 반도체 물질과의 계면에서 x=1이다.In some embodiments according to the present invention, the spatial compositional change of the semiconductor material alloy can be denoted by S2 x S3 1-x . Here, S2 is the second semiconductor material and S3 is the third semiconductor material. In some embodiments, x = 0 at the interface with the metal contact and x = 1 at the interface with the first semiconductor material.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화에서의 증분(increment)은 공간적으로 변화되는 조성에서의 바로 인접한 부분들 사이의 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이상이 되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.In some embodiments according to the present invention, an increment in the spatial compositional change of the semiconductor material alloy may be such that the band-edge offset between immediate adjacent portions in the spatially varying composition is prevented from exceeding 0.2 eV Lt; / RTI >
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 전자 장치는 전자 장치의 동작 동안의 다수 캐리어를 위한 제 1 물질을 갖는 채널 영역, 및 금속 콘택을 포함할 수 있다. 소스/드레인 영역은 적어도 하나의 물질 성분을 갖는 물질 합금을 포함할 수 있고, 소스/드레인 영역은 제 1 물질의 모든 성분들을 갖지 않아(free), 금속 콘택과의 계면과 채널 영역 사이에서의 물질 합금의 공간적인 조성 변화가 공간적으로 변화되는 조성에서의 증분들(increment) 사이의 밴드-에지 오프셋이 급작스럽게 변화되지 않도록 할 수 있다.In some embodiments according to the present invention, the electronic device may include a channel region having a first material for a plurality of carriers during operation of the electronic device, and a metal contact. The source / drain region may comprise a material alloy having at least one material component, the source / drain region free of all components of the first material, the material between the interface with the metal contact and the channel region Edge offset between the increment in the composition where the spatial compositional change of the alloy is spatially varied can be prevented from changing abruptly.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 제 1 물질은 제 1 격자 구조를 갖고, 물질 합금은 제 1 격자 구조와는 다른 제 2 격자 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 다수 캐리어에 대한 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이하인 헤테로 접합을 형성할 수 있다.In some embodiments according to the present invention, the first material may have a first lattice structure, and the material alloy may have a second lattice structure different from the first lattice structure. Hence, a heterojunction with a band-edge offset of 0.2 eV or less for a majority carrier can be formed.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 반도체 장치는 반도체 장치의 동작 동안의 다수 캐리어(majority carrier)를 위한 제 1 반도체 물질을 갖는 채널 영역, 및 금속 콘택을 포함할 수 있다. 소스/드레인 영역은 제 2 반도체 물질, 제 2 반도체 물질의 공간적으로 변하는 조성, 및 제 3 반도체 물질을 포함하는 반도체 물질 합금(semiconductor material alloy)을 갖는 채널 영역에 인접하여 위치하는 제 1 부분을 포함할 수 있다. 소스/드레인 영역은 제4반도체 물질을 갖는 금속 콘택에 인접한 다른 부분을 포함할 수 있다. 여기서, 소스/드레인 영역의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 계면은 다수 캐리어의 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이하인 헤테로 접합이고, 다수 캐리어에 관련된 도펀트 타입으로 도핑된다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 물질들은 채널에 인접한 소스/드레인 영역의 부분과 채널 영역 사이에 헤테로 접합이 형성되지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금은 반도체 물질 합금이 채널과의 계면에서 실질적으로 제 1 반도체 물질이 되도록 공간적으로 변화(graded)될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다수 캐리어의 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이하이고 다수 캐리어에 관련된 도펀트 타입으로 도핑된 제 2 헤테로 접합이, 반도체 물질 합금과 제 1 반도체 물질 사이에 존재할 수 있다. In some embodiments according to the present invention, the semiconductor device may include a channel region having a first semiconductor material for a majority carrier during operation of the semiconductor device, and a metal contact. The source / drain region includes a first portion located adjacent a channel region having a second semiconductor material, a spatially varying composition of the second semiconductor material, and a semiconductor material alloy comprising a third semiconductor material can do. The source / drain region may comprise another portion adjacent the metal contact having the fourth semiconductor material. Here, the interface between the first and second portions of the source / drain regions is a heterojunction where the band-edge offsets of the majority carriers are 0.2 eV or less, and is doped with a dopant type associated with the majority carriers. In some such embodiments, materials may be selected such that no heterojunction is formed between the channel region and the portion of the source / drain region adjacent to the channel. For example, in some embodiments, the semiconductor material alloy may be spatially graded such that the semiconductor material alloy is substantially the first semiconductor material at the interface with the channel. In other embodiments, a second heterojunction doped with a dopant type that has a band-edge offset of 0.2 eV or less for a majority carrier and is associated with a majority carrier may be present between the semiconductor material alloy and the first semiconductor material.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 전자 장치는 금속 콘택, 및 제 1 물질(S1)과 제 2 물질(S2)을 포함하고 S2xS31 -x에 의하여 표기되는 공간적으로 변화되는 조성을 갖는 층을 포함할 수 있다. 상기 층의 조성은 x=0인 금속 콘택에 인접하여 완전히 S2가 되고, x=1인 금속 콘택에서 멀리 떨어져서 완전히 S1이 되고, x=0과 x=1 사이에서의 조성은 상기 장치의 선택된 캐리어에 대하여 0.2 eV 이하의 밴드 에지 오프셋을 갖는다. 제 3 물질(S3)은 x=1인 금속 콘택에서 멀리 떨어진 위치에서 상기 층과 접촉하고, 제 3 물질(S3)은 제 1 물질(S1)과의 헤테로 접합의 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이하가 되도록 선택되고, 제 2 물질(S2)은 금속과의 쇼트키 장벽 높이가 0.2eV 이하가 되도록 선택된다. In some embodiments according to the present invention, the electronic device comprises a metal contact, and a layer comprising a first material (S1) and a second material (S2) and having a spatially varying composition, denoted by S2 x S3 1 -x . ≪ / RTI > The composition of the layer is completely S2 adjacent to the metal contact with x = 0, completely away from the metal contact x = 1, and the composition between x = 0 and x = And a band edge offset of 0.2 eV or less. The third material S3 is in contact with the layer at a location remote from the metal contact x = 1 and the third material S3 has a band-edge offset of the heterojunction with the first material S1 of less than or equal to 0.2 eV And the second material S2 is selected so that the Schottky barrier height with the metal is 0.2 eV or less.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 전자 장치는 금속 콘택, 및 제 1 물질(S1)과 제 2 물질(S2)을 포함하고 S2xS31 -x에 의하여 표기되는 공간적으로 변화되는 조성을 갖는 층을 포함할 수 있다. 상기 층의 조성은 x=0인 금속 콘택에 인접하여 완전히 S2가 되고, x=1인 금속 콘택에서 멀리 떨어져서 완전히 S1이 되고, x=0과 x=1 사이에서의 조성은 상기 장치의 선택된 캐리어에 대하여 0.2eV 이하의 밴드 에지 오프셋을 갖는다. 제 3 물질(S3)은 상기 층으로부터 금속 콘택을 분리하도록 위치하고, x=0인 위치에서 상기 층에 인접하고, 제 3 물질(S3)은 제 2 물질(S2)과의 헤테로 접합의 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이하가 되도록 선택되고, 금속과의 쇼트키 장벽 높이가 0.2eV 이하가 되도록 선택된다. In some embodiments according to the present invention, the electronic device comprises a metal contact, and a layer comprising a first material (S1) and a second material (S2) and having a spatially varying composition, denoted by S2 x S3 1 -x . ≪ / RTI > The composition of the layer is completely S2 adjacent to the metal contact with x = 0, completely away from the metal contact x = 1, and the composition between x = 0 and x = And a band edge offset of 0.2 eV or less. The third material S3 is positioned to isolate the metal contact from the layer and is adjacent to the layer at a location x = 0 and the third material S3 is adjacent to the band-edge of the heterojunction with the second material S2 The offset is selected to be 0.2 eV or less, and the Schottky barrier height with the metal is selected to be 0.2 eV or less.
본 발명의 실시예들에 따르면, 반도체 장치 또는 전자 장치에서, 저저항의 콘택이 얻어질 수 있다.According to embodiments of the present invention, in a semiconductor device or an electronic device, a low-resistance contact can be obtained.
도 1은 본 발명에 따른 몇몇 실시예에 따른, 채널 영역의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 몇몇 실시예에 따른, 채널 영역의 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 몇몇 실시예에 따른, 채널 영역 물질과 금속 콘택 사이의 반도체 물질 합금의 선형 조성 변화 프로파일을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 몇몇 실시예에 따른, 채널 영역 물질과 금속 콘택 사이의 반도체 물질 합금의 비선형 조성 변화 프로파일을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 몇몇 실시예에 따른, 채널 영역 물질과 금속 콘택 사이의 반도체 물질 합금의 계단형 조성 변화 프로파일을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 몇몇 실시예에 따른, 금속에 인접한 계면 물질과 채널 영역 물질 사이의 반도체 물질 합금의 조성 변화 프로파일을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 몇몇 실시예에 따른, 채널 영역 물질과 금속 콘택 사이의 제 1 및 제 2 반도체 물질 합금들의 조성 변화 프로파일을 개략적으로 도시한다.1 is a cross-sectional view of a channel region, in accordance with some embodiments in accordance with the present invention.
Figures 2 and 3 are cross-sectional views of a channel region, in accordance with some embodiments in accordance with the present invention.
Figure 4 schematically illustrates a linear compositional change profile of a semiconductor material alloy between a channel region material and a metal contact, in accordance with some embodiments in accordance with the present invention.
Figure 5 schematically illustrates a nonlinear compositional change profile of a semiconductor material alloy between a channel region material and a metal contact, in accordance with some embodiments in accordance with the present invention.
Figure 6 schematically depicts a stepped compositional change profile of a semiconductor material alloy between a channel region material and a metal contact, in accordance with some embodiments in accordance with the present invention.
Figure 7 schematically illustrates a compositional change profile of a semiconductor material alloy between an interfacial material and a channel region material adjacent to a metal, in accordance with some embodiments in accordance with the present invention.
Figure 8 schematically illustrates a compositional change profile of first and second semiconductor material alloys between a channel region material and a metal contact, according to some embodiments in accordance with the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when it is mentioned that a film (or layer) is on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on another film (or layer) or substrate, or a third film (Or layer) may be interposed. In the drawings, the sizes and thicknesses of the structures and the like are exaggerated for the sake of clarity. It should also be understood that although the terms first, second, third, etc. have been used in various embodiments herein to describe various regions, films (or layers), etc., It should not be. These terms are merely used to distinguish any given region or film (or layer) from another region or film (or layer). Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. The expression " and / or " is used herein to mean including at least one of the elements listed before and after. Like numbers refer to like elements throughout the specification.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 개념에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments according to the concept of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 명세서에서 기술되는 다양한 실시예들은 트랜지스터들에서의 반도체 물질들에 관한 것이지만, 본 발명에서는 반도체 물질로 동작되도록 전자 장치 내에 구성될 수 있는 다른 타입의 물질(반-금속(semi-metal) 물질, 축퇴형 반도체(degenerate semiconductor) 물질, 및 이들의 조합들과 같은)이 사용될 수 있을 것이다. Although the various embodiments described herein relate to semiconducting materials in transistors, it is to be understood that other types of materials (semi-metal materials, semi- A degenerate semiconductor material, and combinations thereof) may be used.
본 명세서에서 기술되는 다양한 실시예들은 채널 영역으로 핀펫(fin FET) 구조를 도시하지만, 본 발명에서는 다른 타입의 트랜지스터 구조들(평판형 트랜지스터들, 나노 와이어 트랜지스터들, MOSFET 등)이 사용될 수 있을 것이다. While the various embodiments described herein illustrate a finFET structure as a channel region, other types of transistor structures (planar transistors, nanowire transistors, MOSFET, etc.) may be used in the present invention .
특정의 물질과 관련된 "밴드-에지(band-edge)"라는 용어는 장치(예를 들어, pMOS, nMOS)의 동작 동안(on state) 사용되는 전하 캐리어의 도전형에 의존하는 기준 물질에서의 전도대 밴드-에지 또는 가전자 밴드-에지를 지칭할 것이다. 따라서, "밴드-에지"라는 용어는 장치의 타입을 특정하지 않고 "관련 캐리어(relevant carrier)"를 언급함으로써 사용될 수 있다. pMOS 장치에서, 관련 캐리어는 홀이고, 밴드 에지는 가전자대 밴드 에지이다. nMOS 장치에서, 관련 캐리어는 전자이고, 밴드 에지는 전도대 밴드 에지이다.The term "band-edge " in connection with a particular material refers to a conduction band in a reference material that depends on the conductivity type of the charge carrier used during the operation of the device (e.g., pMOS, nMOS) Will refer to a band-edge or a consumer-band-edge. Thus, the term "band-edge" may be used by referring to a "relevant carrier" without specifying the type of device. In a pMOS device, the associated carrier is a hole and the band edge is a valence band edge. In an nMOS device, the associated carriers are electrons and the band edge is the conduction band edge.
"낮은 콘택 저항(low contact resistivity)"은 대략 10-8 ohm-㎠ 이하의 계면 접촉저항 값들에 관련될 수 있을 것이다. 몇몇 실시예들에서는, 대략 10-7 ohm-㎠ 이하의 계면 접촉저항 값들에 관련될 수 있다. 반도체 물질과 접촉하는 금속들의 "낮은 쇼트키 장벽 높이(low Schottky barrier height(SBH)" 또는 "낮은 장벽(low barrier)"이라는 용어는 대략 0.2 eV 이하의 값을 포함할 것이다. "작은(small)" 또는 유사한 용어가, 2 개의 다른 물질들 사이의 헤테로 접합에서의 관련 캐리어의 밴드 에지들 사이의 밴드 오프셋에 관련되어 사용될 때, 대략 0.2 eV 이하의 값을 포함할 것이다. "작은(small)" 또는 유사한 용어가, 물질의 조성의 공간적 변화(compositional grading)에서의 증가(increment 또는 step)에 의하여 형성된 밴드 오프셋에 관련되어 사용될 때, 대략 0.2 eV 이하(바람직하게는 대략 0.1 eV 이하)의 값을 포함할 것이다.A "low contact resistivity" may be related to an interface contact resistance value of less than or equal to about 10 -8 ohm-cm 2. In some embodiments, it may be related to interface contact resistance values of about 10 -7 ohm-cm 2 or less. The term "low Schottky barrier height (SBH)" or "low barrier" of metals in contact with the semiconductor material will include a value of about 0.2 eV or less. Quot; or similar term will include a value of about 0.2 eV or less when used in connection with the band offset between the band edges of the relevant carrier at the heterojunction between two different materials. "Small" Or similar terms when used in connection with a band offset formed by an increment or step in the compositional grading of the composition of a material, a value of about 0.2 eV or less (preferably, about 0.1 eV or less) .
예를 들어, S2xS31 -x 형태의 표현은 제 2 및 제 3 반도체 물질들(S2, S3)이 제 3 반도체 물질(S3)이 1-x, 제 2 반도체 물질(S2)이 x만큼 있는 상대적 조성들의 합금을 의미할 것이다. 여기서, 0<x<1. 합금 S2xS31 -x은 소스/드레인 영역과 같은 영역에 포함될 수 있고, 상기 합금의 조성(변수 x에 의하여 표기되는)은 상기 영역 내의 위치에 따라 변할 수 있다. "결핍된(lean)" 또는 "풍부한(rich)"이라는 용어는 특정 물질의 비율을 지칭하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 반도체 물질(S2)이 풍부한 S2xS31 -x은 x가 1에 가까운 S2xS31 -x 합금이다. 예를 들어, 제 2 반도체 물질(S2)이 결핍된 S2xS31 -x은 x가 0에 가까운 S2xS31 -x 합금이다.For example, a representation of the form S2 x S3 1 -x indicates that the second and third semiconductor materials S2 and S3 are formed such that the third semiconductor material S3 is 1-x and the second semiconductor material S2 is x Which is the relative composition of the alloy. Here, 0 < x < 1. The alloy S2 x S3 1 -x may be included in the same region as the source / drain region, and the composition of the alloy (denoted by variable x) may vary depending on the location in the region. The terms "lean" or "rich" can be used to refer to the ratio of a particular material. For example, S2 x S3 1 -x rich in second semiconductor material S2 is S2 x S3 1 -x alloy where x is close to 1. For example, S2 x S3 1 -x where the second semiconductor material S2 is deficient is S2 x S3 1 -x alloy where x is close to zero.
반도체 물질이라는 용어는 단지 하나의 원소를 포함하는 반도체 물질, 또는 하나 이상의 원소를 포함하는 반도체 물질 화합물을 지칭할 수 있다. 반도체 합금 물질이라는 용어는 적어도 2개의 다른 원소들을 포함하는 반도체 물질을 지칭한다. The term semiconductor material can refer to a semiconductor material that includes only one element, or a semiconductor material compound that includes one or more elements. The term semiconductor alloy material refers to a semiconductor material comprising at least two different elements.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 장치의 채널 영역과 금속 콘택 사이의 부드럽게 공간적으로 변화되는 조성(smoothly graded composition)을 갖는 반도체 합금(S2와 S3)을 형성함으로써, 채널 영역 내의 제 1 반도체 물질(S1)에 저저항 콘택이 제공될 수 있다. 예를 들면, 반도체 합금에서의 조성의 공간적 변화(compositional grading)는 합금에서의 제 2 반도체 물질(S2)과 제 3 반도체 물질(S3)의 비율이 소스/드레인 영역 내의 위치에 따라 점진적으로 변하도록 변화될 수 있다. 예를 들면, 반도체 합금이 채널 영역에 근접하여 실질적으로 제 2 반도체 물질(S2)인 반면, 채널 영역에서 멀리 떨어진 금속 콘택에서는 실질적으로 제 3 반도체 물질(S3)이 되도록, 합금 조성의 공간적 변화가 제공될 수 있다.In some embodiments according to the present invention, by forming semiconductor alloys (S2 and S3) with a smoothly graded composition between the channel region of the device and the metal contact, the first semiconductor material A low resistance contact may be provided in the step S1. For example, the compositional grading of the composition in the semiconductor alloy may be such that the ratio of the second semiconductor material S2 to the third semiconductor material S3 in the alloy gradually changes with the location in the source / Can be changed. For example, if the semiconductor alloy is close to the channel region and is substantially the second semiconductor material S2, then the spatial variation of the alloy composition is such that the metal contact remote from the channel region is substantially the third semiconductor material S3 Can be provided.
게다가, 제 2 반도체 물질(S2)과 제 3 반도체 물질(S3)의 합금에 포함된 반도체 물질들의 각각은 채널 영역에서의 제 1 반도체 물질(S1)에 대한 특정의 관계를 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 2 반도체 물질(S2)은 제 3 반도체 물질(S3)의 밴드 에지에 비하여 제 1 반도체 물질(S1)의 밴드 에지에 상대적으로 가까운 밴드 에지(예를 들어, 낮은 밴드 에지 오프셋)를 갖도록 선택될 수 있다. 그러나, 제 3 반도체 물질(S3)은 채널 영역의 제 1 반도체 물질(S1)에 대하여 상대적으로 큰 밴드 에지 오프셋을 갖도록 선택될 수 있다. 게다가, 관련 캐리어에 대한 소스/드레인 영역 내에서의 밴드 에지의 급격한 변화를 피하기 위하여, 소스/드레인 영역 내에서의 제 2 반도체 물질(S2)과 제 3 반도체 물질(S3)의 반도체 합금의 조성의 공간적 변화(composition grading)는 부드러워야(smooth) 한다. In addition, each of the semiconductor materials included in the alloy of the second semiconductor material S2 and the third semiconductor material S3 may be selected to have a specific relationship to the first semiconductor material S1 in the channel region. For example, the second semiconductor material S2 may have a band edge (e.g., a low band edge offset) that is relatively close to the band edge of the first semiconductor material S1 relative to the band edge of the third semiconductor material S3. Lt; / RTI > However, the third semiconductor material S3 may be selected to have a relatively large band edge offset relative to the first semiconductor material S1 in the channel region. In addition, in order to avoid abrupt changes in the band edge in the source / drain regions for the associated carriers, the composition of the semiconductor alloy of the second semiconductor material S2 and the third semiconductor material S3 in the source / The composition grading should be smooth.
따라서, 제 1 반도체 물질(S1)과 제 3 반도체 물질(S3)은, 연속적인 조성의 공간적 변화(grading)를 통하여, 하나(예를 들면, 제 3 반도체 물질(S3))가 다른 하나(예를 들면, 제 1 반도체 물질(S1))에서 얻어지지 않도록 선택될 수 있다. 즉, 제 2 반도체 물질(S2)이, 제 1 반도체 물질(S1)의 밴드 에지에 상대적으로 가깝지만 제 3 반도체 물질(S3)과 합금으로 존재하는, 개재 물질(intervening material)로 사용될 수 있다. Therefore, the first semiconductor material S1 and the third semiconductor material S3 can be electrically connected to each other through a spatial grading of the continuous composition such that one (for example, the third semiconductor material S3) For example, the first semiconductor material S1). That is, the second semiconductor material S2 may be used as an intervening material, which is relatively close to the band edge of the first semiconductor material S1 but is present as an alloy with the third semiconductor material S3.
따라서, 제 1 반도체 물질(S1)은 제 2 반도체 물질(S2) 와는 상당히 다르고 상대적으로 낮은 밴드 에지 오프셋을 갖도록 선택될 수 있다. 나아가, 채널 영역으로부터 금속 콘택(채널 영역으로부터 이격된다)으로 갈수록, 반도체 합금의 조성의 공간적 변화는 제 3 반도체 물질(S3)을 점진적으로 증가시키고, 제 2 반도체 물질(S2)을 감소시키도록 사용될 수 있다. 금속 콘택에 존재하는 제 3 반도체 물질(S3)은 관련 캐리어의 상대적으로 낮은 쇼트키 장벽 높이를 제공하도록 선택될 수 있다.Thus, the first semiconductor material S1 can be selected to have a significantly lower band edge offset than the second semiconductor material S2. Further, the spatial variation of the composition of the semiconductor alloy from the channel region to the metal contact (spaced from the channel region) gradually increases the third semiconductor material S3 and is used to decrease the second semiconductor material S2 . The third semiconductor material S3 present in the metal contact may be selected to provide a relatively low Schottky barrier height of the relevant carrier.
비특허문헌 1의 도 3 및 비특허문헌 2의 도 4는 본 발명에 따른 장치들에 사용될 수 있는 다른 반도체 물질들/화합물들/합금들에서의 각각의 밴드 정열들을 도시한다. 이러한 물질들에 따르면, 몇몇 반도체 물질들은 금속과 콘택하여 페르미 레벨 피닝(Fermi Level Pinning)(경우에 따라서는, 강한 페르미 레벨 피닝)을 나타낸다. 이러한 경우에, 금속 반도체 계면에 형성되는 쇼트키 장벽은 금속의 일함수에 의존하지 않는다. 페르미 레벨 피닝 위치는 전하 중성 레벨(charge neutrality level)에 가깝다. 비특허문헌 1의 도 3 및 비특허문헌 2의 도 4는 본 발명의 일부로 결합된다.3 of
비특허문헌 1의 도 3 및 비특허문헌 2의 도 4를 참조하여, 전하 중성 레벨은 몇몇의 반도체 물질들에서 나타난다. 몇몇 실시예들에서, 금속 콘택을 형성하도록 선택된 반도체 물질은 관련 캐리어 밴드 에지 근처의 위치에서 페르미 레벨 피닝 또는 강한 페르미 레벨 피닝을 갖는다. 이에 따라, 금속과 콘택하여 관련 캐리어들에 낮은 쇼트키 장벽 높이를 제공한다. Referring to FIG. 3 of
InGaSb 합금에서의 피닝(pinning)은 가전자대 밴드 에지에 가까울 수 있다. InGaAs, InGaN 및 AlGaN 합금들에서, 전하 중성 레벨의 절대적 위치는 조성에 따라 거의 변하지 않을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, InAs, In-rich In-Ga-As 합금, InN, 및 In-rich-InGa-N 합금들은 nMOS 장치들에서 금속 콘택과의 합금 계면으로 사용되는 반도체 물질에 적절할 수 있다. 낮은 밴드갭으로 인하여, InSb는 nMOS 및 PMOS 장치들에 적절할 것이다. pMOS 장치들에서, Ge, InSb, GaSb 및 In-Ga-Sb 합금들은 금속 콘택과의 합금 계면으로 사용되는 반도체 물질로 적절할 수 있다. Pinning in the InGaSb alloy may be close to the valence band edge. In InGaAs, InGaN and AlGaN alloys, the absolute position of the charge neutral level may vary little depending on the composition. In some embodiments, InAs, In-rich In-Ga-As alloys, InN, and In-rich-InGa-N alloys may be suitable for semiconductor materials used as an alloy interface with metal contacts in nMOS devices. Due to the low bandgap, InSb will be suitable for nMOS and PMOS devices. In pMOS devices, Ge, InSb, GaSb and In-Ga-Sb alloys may be suitable as semiconductor materials used as the alloy interface with metal contacts.
비특허 문헌 3의 도 1은 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서의 다른 반도체 물질들의 격자 상수들 및 밴드 에지 위치들을 나타내는 그래프이다. 따라서, 비특허 문헌 3의 도 1은 장치의 채널 및 소스 드레인 영역들에 사용되기에 적절한 물질의 조합들을 선택하는 데 사용될 수 있다. 비특허 문헌 3의 도 1은 본 발명의 일부로 결합된다. 비특허 문헌 4의 도 1은 몇몇의 반도체 물질들의 이동도들을 도시하는 그래프이고, 적절한 채널 물질을 선택하는 데 사용될 수 있다. 비특허 문헌 4의 도 1은 본 발명의 일부로 결합된다.Figure 1 of Non-Patent Document 3 is a graph showing lattice constants and band edge positions of other semiconductor materials in some embodiments according to the present invention. Thus, Figure 1 of the non-patent document 3 can be used to select combinations of materials suitable for use in the channel and source drain regions of the device. Figure 1 of Non-Patent Document 3 is incorporated as part of the present invention. Figure 1 of the non-patent document 4 is a graph showing the mobilities of some semiconductor materials and can be used to select the appropriate channel material. Figure 1 of Non-Patent Document 4 is incorporated as part of the present invention.
소스/드레인 영역에서의 반도체 물질의 조성의 공간적 변화는 채널 영역에 사용되는 반도체 물질 뿐만 아니라 금속 콘택과의 계면을 위해 선택되는 반도체 물질에 기초하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, nMOS 또는 PMOS를 위한 고농도의 Ge를 갖는 SiGe 합금 또는 Ge, nMOS 또는 PMOS를 위한 Si, pMOS를 의한 SeGe, nMOS를 위한 In-Ga-As 합금, nMOS를 위한 In-As 합금, 또는 nMOS 또는 PMOS를 위한 In-Ga-Sb 합금 등이 채널 영역의 반도체 물질로 사용될 수 있다. 전술한 파라메터들의 각각(예를 들어, 금속 콘택과의 계면으로 사용되는 반도체 물질 및 채널 영역에 사용되는 반도체 물질)은 다음의 2가지 조건들을 만족하도록 선택될 수 있다. (1) 채널 영역에 사용되는 반도체 물질은 그의 조성이 부드럽게 변하여, 금속 콘택과의 계면에서 사용되는 반도체 물질에 도달할 수 없다. 채널 영역에서 사용되는 반도체 물질, 및 금속 콘택과의 계면으로 선택된 반도체 물질 사이의 밴드 에지 오프셋(관련 캐리어에 대한)은 유의미한 크기(예를 들면, 0.2eV 이상)이다. The spatial variation of the composition of the semiconductor material in the source / drain regions can be provided based on the semiconductor material used for the channel region as well as the semiconductor material selected for the interface with the metal contact. For example, in some embodiments according to the present invention, a SiGe alloy or Ge with high Ge concentration for nMOS or PMOS, Si for nMOS or PMOS, SeGe with pMOS, In-Ga-As alloy for nMOS , an In-As alloy for nMOS, or an In-Ga-Sb alloy for nMOS or PMOS may be used as a semiconductor material in the channel region. Each of the aforementioned parameters (e.g., the semiconductor material used in the interface with the metal contact and the semiconductor material used in the channel region) may be selected to satisfy the following two conditions. (1) The semiconductor material used in the channel region has a smooth composition and can not reach the semiconductor material used at the interface with the metal contact. The band edge offsets (for the associated carriers) between the semiconductor material used in the channel region and the semiconductor material selected at the interface with the metal contact are of significant size (e.g., greater than 0.2 eV).
전술한 바와 같이, 저저항 콘택은 채널 영역과 금속 콘택 사이의 소스/드레인 영역에서의 반도체 합금의 부드러운 조성의 공간적 변화를 사용하여 제공될 수 있다. 모든 경우에서, 합금에 포함된 반도체 물질들은 헤테로 접합들(예를 들어, 금속 콘택 또는 채널 영역 근처에 형성된)의 존재에도 불구하고 소스/드레인 영역에서의 캐리어의 이동에 대한 장벽들을 효과적으로 제거하도록 선택된다. 모든 경우에서, 헤테로 접합에서 제공된 밴드 에지 오프셋은 관련 캐리어에 대하여 0.2 eV 이하이어야 한다. As described above, the low-resistance contact can be provided using a spatial variation of the soft composition of the semiconductor alloy in the source / drain regions between the channel region and the metal contact. In all cases, the semiconductor materials included in the alloy are selected to effectively remove the barriers to carrier movement in the source / drain regions, despite the presence of heterojunctions (e.g., formed near metal contacts or channel regions) do. In all cases, the band edge offset provided in the heterojunction should be 0.2 eV or less for the relevant carrier.
공간적으로 부드럽게 변화되는 합금 물질의 형성은, 에피택시 성장 공정 동안 원하는 조성(S2xS31 -x)을 갖도록, 선택된 물질들의 소스/드레인 영역에서의 에피택시 성장을 통하여 수행될 수 있다. 게다가, 부드러운 조성의 공간적 변화를 갖는 합금 물질의 형성은 미국특허 출원번호 14/226,518 및 미국특허 가출원번호 61/859,932에 기술된 접근을 통하여 얻어질 수 있다. 이들에 기술된 내용은 본 발명에 결합될 수 있다.The formation of the spatially smoothly varying alloying material can be performed through epitaxial growth in the source / drain regions of the selected materials to have the desired composition (S2 x S3 1 -x ) during the epitaxy growth process. In addition, the formation of alloying materials with a spatial composition of a soft composition can be obtained through the approach described in U.S. Patent Application No. 14 / 226,518 and U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 859,932. The contents described in these can be combined with the present invention.
도 1은 소스/드레인 영역(107)의 반도체 물질 합금(106)에 인접하고, 제 1 반도체 물질(S1)을 포함하는 채널 영역(100)을 갖는 반도체 장치의 단면도이다. 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금(106)은 금속 콘택(101)과의 금속 콘택 계면부분(105)을 포함한다. 도 1 및 관련된 내용이 반도체 물질들의 사용을 언급하지만, 다른 타입의 물질들이 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 반도체로 동작 가능한 물질(반-금속(semi-metal) 또는 축퇴형 반도체들과 같은)이 사용될 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 도 2 및 도 3은 채널 영역(100) 및 소스/드레인 영역(107)의 변형된 모양들을 도시한다. 따라서, 도 1에 도시된 장치의 모양은 예시적인 것이고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device adjacent a
도 1을 참조하여, 반도체 물질 합금(106)은 소스/드레인 영역(107) 내에서, 예를 들어, 채널 영역(100)과의 계면(102)으로부터 금속 콘택 계면 부분(105)까지, 그의 조성이 변한다. 다른 말로, 반도체 물질 합금(106)의 조성은 소스/드레인 영역(107) 내의 위치에 따라 변한다. 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금(106)의 조성은 소스/드레인 영역(107) 내의 위치에 따라 변하여, 금속 콘택 계면부분(105)과 금속 콘택(101) 사이의 상대적으로 낮은 쇼트키 장벽 높이뿐만 아니라 제 1 반도체 물질(S1)과의 헤테로 접합을 제공한다. 특히, 반도체 물질 합금(106)은 에피택시 성장되어, 제 2 반도체 물질(S2)이 계면(102)에 제공되고, 금속 콘택 계면 부분(105)을 향할수록 점진적으로 감소한다. 반면, 제 2 반도체 물질(S2)이 감소함에 따라 제 3 반도체 물질(S3)은 점진적으로 증가하여, 반도체 물질 합금(106)의 공간적 변화(grading)로 인하여, 금속 콘택 계면 부분(105)에 도달하면 반도체 물질 합금(106)은 제 3 반도체 물질(S3)이 된다.1, a
몇몇 실시예들에서, 채널 영역(100)의 제 1 반도체 물질(S1)은 계면(102)에서 제 2 반도체 물질(S2)과의 헤테로 접합을 형성한다. 따라서, 제 1 반도체 물질(S1)은 제 2 반도체 물질(S2)과 실질적으로 다를 수 있고, 제 2 반도체 물질(S2)로부터 제 1 반도체 물질(S1)로의 밴드 에지 오프셋은 상대적으로 작을 수 있다(예를 들어, 0.2eV 이하). 작은 밴드 에지 오프셋이 존재하는 실시예들에서, 장치의 동작 동안 헤테로 접합에서 캐리어 흐름의 심각한 장애가 발생하지 않도록, 헤테로 접합(채널 영역(100)에서의 제 1 반도체 물질(S1)과 반도체 물질 합금(106)에서의 제 2 반도체 물질(S2) 사이의)에서 도핑이 이용될 수 있다.In some embodiments, the first semiconductor material S1 of the
도 4 내지 도 8에 도시된 밴드 다이어그램들은 본 명세서에서 기술된 층들(S1, S2, S3 등과 같은)의 물질 특성들을 나타내고, 특정의 동작 모드에서의 장치의 특별한 밴드 다이어그램은 아니다. 예를 들어, 도 4 및 도 6에서, CBE는 전도대 밴드 에지를 나타내고, 다이어그램들은 nMOS 장치들에서의 가능한 실시예들에 관한 것이다. 비슷한 방식들이 pMOS 장치들(이러한 경우에서, 도시된 밴드 에지는 가전자대 밴드 에지에 관련될 것이다)에 적용될 수 있다. 도 5, 7 및 8에서, VBE는 가전자대 밴드 에지를 나타내고, 다이어그램들은 pMOS 장치들에서의 가능한 실시예들에 관한 것이다. 비슷한 방식들이 nMOS 장치들(이러한 경우에서, 도시된 밴드 에지는 전도대 밴드 에지에 관련될 것이다)에 적용될 수 있다. 많은 다른 다이어그램들이 본 발명의 관점 내에서 가능할 것이다.The band diagrams shown in FIGS. 4-8 illustrate the material properties of the layers (such as S1, S2, S3, etc.) described herein and are not particular band diagrams of the device in a particular mode of operation. For example, in Figures 4 and 6, CBE represents the conduction band edge and the diagrams refer to possible embodiments in nMOS devices. Similar schemes can be applied to pMOS devices (in this case, the illustrated band edge will be associated with a valence band edge). In Figures 5, 7 and 8, VBE represents the valence band edge and the diagrams refer to possible embodiments in pMOS devices. Similar schemes can be applied to nMOS devices (in this case, the illustrated band edge will be associated with the conduction band edge). Many other diagrams will be possible within the scope of the present invention.
도 4는 소스/드레인 영역(107)에서의 반도체 물질 합금(106)의 선형의 조성 변화 프로파일을 도시한다. 도 4에 도시된 것은 도 1에 도시된 장치가 nMOS 장치인 실시예들에 적용될 수 있다. 도 1 및 도 4를 참조하여, x=1인 위치는 채널 영역(100)과 소스/드레인 영역(107) 사이의 계면(102)을 지칭한다. 계면(102)에서, 반도체 물질 합금(106)은 제 2 반도체 물질(S2)을 포함하지만 제 3 반도체 물질(S3)은 전혀 포함하지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 계면(102)에서, 반도체 물질 합금(106)은 제 2 반도체 물질(S2)을 포함하고 제 3 반도체 물질(S3)을 조금(예를 들어 제 2 반도체 물질(S2)은 풍부하고, 제 3 반도체 물질(S3)은 적게) 포함할 수 있다.Figure 4 shows a linear compositional change profile of the
도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 물질 합금(106) 내의 제 2 반도체 물질(S2)과 제3 반도체 물질(S3)의 조성은 소스/드레인 영역(107) 내의 위치에 따라 선형적으로 변한다. 앞에서 도시된 관계식에 의하여 표현된 모든 중간 물질들뿐만 아니라 모든 반도체 물질들(S1, S2, S3)은 장치들의 제조공정들 및 동작들에서의 열적 부담(thermal budget)에 안정적 또는 준안정적(metastable)이다. 더 나아가, 반도체 물질 합금(106)의 에피택시 성장 동안 도핑될 수 있다. The composition of the second semiconductor material S2 and the third semiconductor material S3 in the
더 나아가, 금속 콘택(101)과의 금속 콘택 계면 부분(105)에 존재하는 제 3 반도체 물질(S3)은 관련 캐리어가 금속 콘택(101)에서 상대적으로 낮은 쇼트키 장벽 높이(예를 들면, 0.2eV 이하)를 갖도록 선택될 수 있다. 반도체 물질 합금(106) 내의 반도체 물질들의 조성의 공간적 변화(compositional grading)는 소스/드레인 영역(107) 전체에 걸쳐 상대적으로 적게 제공된다. 게다가, 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 이러한 구조에 충분히 도핑되어, 이에 따라 스크리닝(screening)이 관련 캐리어 이송의 배리어들을 효과적으로 제거할 수 있다. 관련 캐리어 이송의 배리어들은 조성의 공간적 변화에 의하여 생성된 밴드 에지 위치에서의 변화에 기인할 수 있다. Further, the third semiconductor material S3 present in the metal
조성의 부드러운 변화를 사용한 캐리어 이송에 대한 배리어들의 스크리닝에 관한 앞의 설명은, 소스/드레인 영역 내의 일정 거리에서 밴드 에지의 변동을 특정 레벨로 유지함으로써 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 대략 1E18/㎤의 도핑에 의하여, 조성의 부드러운 변화는 관련 캐리어들의 밴드 에지 위치가 약 6nm에서 대략 0.1eV 만큼의 변화이다. 몇몇 실시예들에서, 대략 1E19/㎤의 도핑에 의하여, 조성의 부드러운 변화는 관련 캐리어들의 밴드 에지 위치가 약 2nm에서 대략 0.1eV 만큼의 변화이다. 몇몇 실시예들에서, 대략 1E20/㎤의 도핑에 의하여, 조성의 부드러운 변화는 관련 캐리어들의 밴드 에지 위치가 약 0.6nm에서 대략 0.1eV 만큼의 변화이다.The previous discussion of screening of the barriers for carrier transport using a smooth change in composition can be obtained by keeping the variation of the band edge at a certain level within a certain distance in the source / drain region at a certain level. In some embodiments according to the present invention, by doping approximately 1E18 / cm3, a smooth change in composition is the band edge position of the relevant carriers is a change of approximately 0.1 eV at about 6 nm. In some embodiments, by doping approximately 1E19 / cm3, a smooth change in composition is the band edge position of the relevant carriers is a change of approximately 2 eV by approximately 0.1 eV. In some embodiments, by doping approximately 1E20 / cm3, a smooth change in composition is a change in band edge position of the relevant carriers by approximately 0.1 eV at approximately 0.6 nm.
조성의 공간적 변화를 통하여 캐리어 이동에 대한 배리어들이 효과적으로 제거(screen)되도록 도핑될 때, 일정의 도핑 레벨은 특정의 거리에서 특정의 밴드 에지 변동을 갖도록 사용될 수 있다. A constant doping level can be used to have a certain band edge variation at a certain distance when the barrier to carrier movement through the spatial variation of the composition is doped to effectively screen.
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 금속 콘택 계면 부분(105)에서의 도핑은 낮은 금속 콘택 계면 저항을 제공할 수 있다. 예를 들어, 매우 낮은 쇼트키 장벽 높이를 갖는 콘택들, 및 작은 터널링 유효 질량들을 갖는 금속 콘택 계면 부분(105)의 물질들에서, 수 E19/㎤의 도핑 농도가 충분할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 1E20/㎤ 또는 그 이상의 도핑 농도가 금속 콘택 계면 부분(105)에 사용될 수 있다. 대부분의 경우들에서, InAs와의 콘택의 경우에서와 같은 낮은 쇼트키 장벽 높이에서 조차, 금속 콘택 계면 부분(105)에서의 더 고농도의 도핑은 더 낮은 콘택 저항을 야기할 수 있다.Referring to Figure 1, in some embodiments in accordance with the present invention, doping in the metal
따라서, 몇몇 실시예들에서, 사실상 얻어질 수 있는 가장 고농도의 도핑이 금속 콘택 계면 부분(105)에 사용될 수 있다. Thus, in some embodiments, the highest concentration of doping that can be achieved in practice can be used for the metal
유사하게, 고농도의 도핑은 작은 밴드 에지 오프셋을 갖는 헤테로 접합의 경우에 사용될 수 있다. 여기서, 더 고농도의 도핑은 더 낮은 헤테로 접합 저항을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 1E19/㎤보다 높은 농도의 도핑 레벨들이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 대략 1E20/㎤ 이상의 도핑 레벨들이 사용될 수 있다.Similarly, high doping can be used in the case of heterojunctions with small band edge offsets. Here, a higher concentration of doping can provide a lower heterojunction resistance. In some embodiments, doping levels greater than 1E19 / cm < 3 > can be used. In some embodiments, doping levels of about 1E20 / cm < 3 > or greater can be used.
예를 들어, 도 4에 도시된 배치가 nMOS 장치에 적용되는 몇몇 실시예들에서, 제 1 반도체 물질(S1)은 Si, SiGe 합금 또는 Ge일 수 있고, 제 2 반도체 물질(S2)은 GaAs 또는 In-Ga-N일 수 있고, 또는 제 2 반도체 물질(S2)은 In-Ga-As-N 합금, In-Al-Ga-As 합금, 또는 Al-Ga-As 합금(그것의 전도대 밴드 에지가 제 1 반도체 물질(S1)의 전도대 밴드 에지의 0.2eV 이하 이내에 있도록 하는 조성을 갖는다)일 수 있고, 제 3 반도체 물질(S3)은 InAs 또는 InN일 수 있고, 또는 제 3 반도체 물질(S3)은 In-As-N 합금, In-Al-As 합금 또는 In-Ga-As 합금일 수 있다. In-Al-As 합금 또는 In-Ga-As 합금의 경우, In이 풍부한 조성을 가진다. 만약 제 2 반도체 물질(S2)이 GaAs인 경우, 몇몇 실시예들에서, 제 3 반도체 물질(S3)은 실질적으로 InAs이다 몇몇 실시예들에서, 제 3 반도체 물질(S3)은 1E19/㎤보다 높은 농도로 도핑된다. 몇몇 실시예들에서, 제 3 반도체 물질(S3)의 도핑 농도는 1E20/㎤ 이상이다. 몇몇 실시예들에서, 금속 콘택(101)은 고융점 금속 또는 전이 금속으로 형성된다 이에 따라, 금속 콘택(101)은 전이 금속과 제 3 반도체 물질(S3)의 합금이다. 상기 합금의 조성 변화는 도 4에 도시된 것과 같은 선형적, 도 5에 도시된 것과 같은 비선형, 또는 도 6에 도시된 것과 같은 계단형일 수 있다.For example, in some embodiments in which the arrangement shown in FIG. 4 is applied to an nMOS device, the first semiconductor material S1 may be Si, a SiGe alloy or Ge, the second semiconductor material S2 may be GaAs or In-Ga-N or the second semiconductor material S2 may be an In-Ga-As-N alloy, an In-Al-Ga-As alloy or an Al-Ga-As alloy The third semiconductor material S3 may be InAs or InN or the third semiconductor material S3 may be In or InN, or the third semiconductor material S3 may be In -As-N alloy, an In-Al-As alloy, or an In-Ga-As alloy. In the case of an In-Al-As alloy or an In-Ga-As alloy, it has a composition rich in In. If the second semiconductor material S2 is GaAs, then in some embodiments, the third semiconductor material S3 is substantially InAs. In some embodiments, the third semiconductor material S3 is greater than 1E19 / cm3 / RTI > In some embodiments, the doping concentration of the third semiconductor material S3 is greater than or equal to 1E20 / cm3. In some embodiments, the
금속 콘택 계면 부분(105)에서 반도체 물질 합금(106)(즉, 제 3 반도체 물질(S3))과 접촉하는 금속은 다수 캐리어들에 대하여 낮은 쇼트키 장벽 높이(예를 들어, 대략 0.2eV 이하)를 제공하도록 선택된다. 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 금속 콘택(101)은 반응성 금속 콘택일 수 있다. 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 제 3 반도체 물질(S3)을 포함하는 금속 콘택 계면 부분(105)은 낮은 계면 콘택 저항을 갖는다. The metal in contact with the semiconductor material alloy 106 (i.e., the third semiconductor material S3) in the metal
도 5 및 도 6은 반도체 물질 합금(106)의 조성 변화의 변형 프로파일을 도시한다. 특히, 도 5는 반도체 물질 합금(106)의 비선형 조성 변화 프로파일을 도시하는 반면, 도 6은 반도체 물질 합금(106)의 계단형 조성 변화 프로파일을 도시한다. 도 4 및 도 6과 같은 방식의 표현들은 nMOS 장치들에 대한 것이다. 도 5, 7 및 도 8과 같은 방식의 표현들은 pMOS 장치들에 대한 것이다. 그러나, nMOS에 관하여 앞에서 설명된 원칙들이 pMOS 장치들에도 같이 적용될 수 있다. FIGS. 5 and 6 illustrate a variation profile of the compositional change of the
예를 들어, 도 1에 도시된 배치가 nMOS 장치에 적용되는 몇몇 실시예들에서, 제 1 반도체 물질(S1)은 Si, SiGe 합금 또는 Ge일 수 있고, 제 2 반도체 물질(S2)은 GaAs 또는 In-Ga-N일 수 있고, 또는 제 2 반도체 물질(S2)은 In-Ga-As-N 합금, In-Al-Ga-As 합금, 또는 Al-Ga-As 합금(CBE가 제 1 반도체 물질(S1)의 전도대 밴드 에지 E의 0.2 eV 이하 이내에 있도록 하는 조성을 갖는다)일 수 있고, 제 3 반도체 물질(S3)은 InAs 또는 InN일 수 있고, 또는 제 3 반도체 물질(S3)은 In-As-N 합금, In-Al-As 합금 또는 In-Ga-As 합금일 수 있다. In-Al-As 합금 또는 In-Ga-As 합금의 경우, In이 풍부한 조성을 가진다. 만약 제 2 반도체 물질(S2)이 GaAs인 경우, 몇몇 실시예들에서, 제 3 반도체 물질(S3)은 실질적으로 InAs이다. 몇몇 실시예들에서, 제 3 반도체 물질(S3)은 1E19/㎤보다 높은 농도로 도핑된다. 몇몇 실시예들에서, 제 3 반도체 물질(S3)의 도핑 농도는 1E20/㎤ 이상이다. 몇몇 실시예들에서, 금속 콘택(101)은 고융점 금속 또는 전이 금속으로 형성된다 이에 따라, 금속 콘택(101)은 고융점 금속과 제 3 반도체 물질(S3)의 합금, 또는 전이 금속과 제 3 반도체 물질(S3)의 합금이다. For example, in some embodiments where the arrangement shown in Figure 1 is applied to an nMOS device, the first semiconductor material S1 may be Si, a SiGe alloy, or Ge, and the second semiconductor material S2 may be GaAs or In-Ga-N or the second semiconductor material S2 may be an In-Ga-As-N alloy, an In-Al-Ga-As alloy or an Al- The third semiconductor material S3 may be InAs or InN, or the third semiconductor material S3 may be In-As-In. Alternatively, the third semiconductor material S3 may have a composition such that the third semiconductor material S3 is within 0.2 eV of the conduction band edge E of the first semiconductor material S1, N alloy, an In-Al-As alloy, or an In-Ga-As alloy. In the case of an In-Al-As alloy or an In-Ga-As alloy, it has a composition rich in In. If the second semiconductor material S2 is GaAs, in some embodiments, the third semiconductor material S3 is substantially InAs. In some embodiments, the third semiconductor material S3 is doped to a concentration greater than 1E19 / cm3. In some embodiments, the doping concentration of the third semiconductor material S3 is greater than or equal to 1E20 / cm3. In some embodiments, the
도 1 및 도 4 내지 도 6을 참조하여, 반도체 물질 합금(106)은 그의 표면이 충분하게 도핑되어, 금속 콘택(101)과의 낮은 콘택 저항 계면이 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반도체 물질 합금(106)은 충분한 도핑을 가져, 장치의 동작 중에 캐리어들의 이송이 방지되지 않도록 한다. 반도체 물질 합금(106)의 변화된 조성의 프로파일은 또한 장치의 기능이 최적이 되도록(예를 들면, 채널로의 확산을 감소시키는 등) 조절될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 저농도로 도핑된 영역들이 형성될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 저농도로 도핑된 영역들이 소스/드레인 영역으로부터 채널 영역으로 감에 따라, 사용된 물질들의 밴드 에지 위치가 크게 변하지 않을 수 있다. 달리 말하면, 조성의 변화는 고농도로 도핑된 영역 내에서 완전히 한정될 수 있다. 그리고, 제 1 반도체 물질(S1)과의 계면은 소스/드레인 영역의 고농도 도핑 영역 내에서 한정되어야 한다.Referring to Figures 1 and 4 to 6, the
도 7은 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 채널 영역(100)으로부터 금속 콘택(101)과의 계면의 반도체 물질까지의 반도체 물질 합금(106)의 조성 변화 프로파일을 도시한다. 도 7에 따르면, 제 2 반도체 물질(S2)은 채널 영역(100)으로 선택되고, 제 3 반도체 물질(S3)과 함께 합금(106) 내에 포함되도록 선택될 수 있다. 게다가, 제 2 반도체 물질(S2) 및 제 3 반도체 물질(S3)을 포함하는 합금의 조성 변화 프로파일은 관계식 S2xS31 -x에 따라 제공된다. 여기서, 소스/드레인 영역(107)의 반도체 물질 합금(106)과 채널 영역(100) 사이의 계면(102)에서 x=1이고, 제4반도체 물질(S4)과의 계면을 제공하는 소스/드레인 영역(107)의 중간 위치에서 x=0이다. Figure 7 illustrates the compositional change profile of the
반도체 물질들(S2, S2xS31 -x 및 S3) 모두는 장치의 제조공정 및 동작 동안의 열적 부담에서 안정적 또는 준안정적이다. 게다가, 반도체 물질들은 반도체 물질 합금(106)의 에피택시 성장 동안 pMOS 또는 nMOS 장치들을 위하여 도핑될 수 있다. 도 7에 도시된 조성 변화가 비선형적임에도 불구하고, 변화의 다른 타입들(연속적인 변화 또는 계단형의 변화와 같은)이 사용될 수 있다.Both semiconductor materials (S2, S2 x S3 1 -x and S3) are stable or metastable at the thermal load during the fabrication process and operation of the device. In addition, the semiconductor materials may be doped for pMOS or nMOS devices during epitaxial growth of the
반도체 물질 합금(106)에서의 조성의 공간적 변화는 부드럽게 제공(예를 들어, 소스/드레인 영역(107)에서 x 값으로 표현되는 조성의 작은 변화를 제공)되어야 하고, 조성의 공간적 변화에 의하여 반도체 물질 합금(106) 전체에 걸쳐 밴드 에지 위치들의 변화에 기인하여 발생할 수 있는 캐리어 이동에 대한 장벽을 스크리닝이 효과적으로 제거하도록 하는 도핑 레벨을 제공한다. The spatial variation of the composition in the
제 4 반도체 물질(S4)은 제 3 반도체 물질(S3)과 실질적으로 다르다. 이에 따라, 장치의 다수 캐리어들의 밴드 에지들 사이의 상대적으로 작은 오프셋을 갖도록 헤테로 접합이 이들의 사이에 형성된다. 헤테로 접합에서 작은 밴드 오프셋이 존재하는 경우에, 충분한 도핑이 헤테로 접합에 제공되어 헤테로 접합에서의 캐리어 흐름에 대한 장벽을 없앨 수 있다. The fourth semiconductor material S4 is substantially different from the third semiconductor material S3. Hence, a heterojunction is formed therebetween so as to have a relatively small offset between the band edges of the majority carriers of the device. When there is a small band offset in the heterojunction, sufficient doping can be provided to the heterojunction to eliminate the barrier to carrier flow in the heterojunction.
제 4 반도체 물질(S4)은 금속 콘택(101)과의 상대적으로 낮은 쇼트키 장벽 높이(예를 들어, 0.2eV 이하)를 제공하도록 선택될 것이다. 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 금속 콘택(101)은 반응성 금속 콘택(예를 들어, 금속 또는 금속물질과 제4반도체 물질(S4)의 반응에 의하여 생성된 금속성 물질)일 수 있다. 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 제 4 반도체 물질(S4)과 금속 콘택(101) 사이의 계면에 도핑이 제공되어, 낮은 계면 콘택 저항을 제공할 수 있다.The fourth semiconductor material S4 will be selected to provide a relatively low Schottky barrier height (e.g., 0.2 eV or less) with the
도 7에 도시된 변화된 조성을 갖는 pMOS 장치의 예에서, 제 4 반도체 물질(S4)은, 제 3 반도체 물질(S3)로 사용되는 GaSb 또는 InCaSb 합금과 헤테로 접합을 갖는, Ge 또는 Ge이 풍부한 SiGe 합금일 수 있다. 제 3 반도체 물질(S3)은 채널 영역(100)에서 다른 III-V 족 물질이 되도록 공간적으로 변한다. pMOS 장치들의 몇몇 실시예들에서, 제 4 반도체 물질(S4)은, 제 3 반도체 물질(S3)로 사용되는 InAs 합금과 헤테로 접합을 갖는, Ge이 풍부한 SiGe 합금일 수 있다. 제 3 반도체 물질(S3)은 채널 영역(100)에서 InGaAs이 되도록 공간적으로 변한다.In the example of the pMOS device having the changed composition shown in Fig. 7, the fourth semiconductor material S4 is a Ge or Ge-rich SiGe alloy having a hetero junction with a GaSb or InCaSb alloy used as the third semiconductor material S3 Lt; / RTI > The third semiconductor material S3 spatially changes to be another III-V material in the
도 8은 본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 소스/드레인 영역(107) 내의 2개의 반도체 물질 합금들의 조성 변화 프로파일들을 개략적으로 도시한다. 도 8에 따라, 제 1 합금은 채널 영역(100)과의 계면에서의 제 2 반도체 물질(S2)로부터 제 2 합금과의 계면에서 제 3 반도체 물질(S3)로 조성을 변하게 하는 반도체 물질들(S2, S3)을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 합금은 제 4 및 제 5 반도체 물질들(S4, S5)을 포함하고, 제 3 반도체 물질(S3)과의 계면에서의 제 4 반도체 물질(S4)로부터 금속 콘택(101)과의 금속 콘택 계면 부분(105)을 제공하는 제 5 반도체 물질(S5)로 전이할 수 있다. 도 8에 도시된 방식으로 헤테로 접합이 존재함에 따라, 헤테로 접합에서의 밴드 오프셋은 작고(바람직하게는 0.2eV 이하), 헤테로 접합 전체를 걸쳐 도핑될 수 있다. 제 1 반도체 물질(S1)이 고농도의 Ge을 갖는 SiGe(예를 들어, 90% 이상의 Ge) 또는 Ge을 포함하는 nMOS 장치의 실시예들에서, 제 1 반도체 물질(S1)=제 2 반도체 물질(S2)일 수 있고, 제 3 반도체 물질(S3)은 낮은 농도의 Ge을 갖는 SiGe 합금(예를 들어, 60%의 Ge를 갖는 SiGe)일 수 있고, 제 4 반도체 물질(S4)은 GaAs일 수 있고, 제 5 반도체 물질(S5)은 InAs일 수 있다. 제 1 반도체 물질(S1)이 고농도의 Ge을 갖는 SiGe(예를 들어, 90% 이상의 Ge) 또는 Ge을 포함하는 nMOS 장치의 실시예들에서, 제 1 반도체 물질(S1)=제 2 반도체 물질(S2)일 수 있고, 제 3 반도체 물질(S3)은 낮은 농도의 Ge을 갖는 SiGe 합금(예를 들어, 60%의 Ge를 갖는 SiGe)일 수 있고, 제 4 반도체 물질(S4)은 GaAs일 수 있고, 제5반도체 물질(S5)은 InAs일 수 있다. 제 1 반도체 물질(S1) 및 제 2 반도체 물질(S2)이 채널 영역에서 In-Ga-Sb 합금일 수 있고, 제 3 반도체 물질(S3)은 In-Ga-Sb합금일 수 있고, 제 4 반도체 물질(S4)은 SiGe 합금일 수 있고, 제 5 반도체 물질(S5)은 고농도의 Ge을 갖는 SiGe 합금 또는 Ge일 수 있다. Figure 8 schematically illustrates the compositional change profiles of two semiconductor material alloys in source /
본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 채널 영역과 금속 콘택 사이에서 부드럽게 변화되는 조성을 갖는 반도체 합금(제 1 반도체 물질(S1)과 제 2 반도체 물질(S2)로 구성되는)을 형성함으로써, 채널 영역의 제 1 반도체 물질(S1)에 저저항 콘택이 제공될 수 있다. 예를 들어, 반도체 물질 합금에서의 조성 변화는 제 1 반도체 물질(S1)과 제 2 반도체 물질(S2)의 비중이 소스/드레인 영역 내의 위치에 따라 점진적으로 변화되도록 한다. 예를 들어, 합금의 조성 변화는 반도체 물질 합금이 채널 영역에 인접하여 실질적으로 제 2 반도체 물질(S2)이 되도록 제공될 수 있다. 반면, 반도체 물질 합금은 채널 영역에서 멀리 떨어진 금속 콘택에서 실질적으로 제 3 반도체 물질(S3)이 된다.In some embodiments according to the present invention, by forming a semiconductor alloy (consisting of a first semiconductor material S1 and a second semiconductor material S2) having a composition that changes smoothly between the channel region and the metal contact, A low resistance contact may be provided on the first semiconductor material S1 of the first semiconductor material S1. For example, a change in composition in the semiconductor material alloy causes the specific gravity of the first semiconductor material S1 and the second semiconductor material S2 to gradually change with the position in the source / drain region. For example, a change in the composition of the alloy may be provided such that the semiconductor material alloy is substantially the second semiconductor material S2 adjacent to the channel region. On the other hand, the semiconductor material alloy becomes substantially the third semiconductor material S3 at the metal contact remote from the channel region.
더욱이, 반도체 물질 합금(제 2 반도체 물질(S2)과 제 3 반도체 물질(S3)로 구성되는)에 포함된 반도체 물질들은 각각 채널 영역에서의 제 1 반도체 물질(S1)에 관한 특정의 관계식을 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 2 반도체 물질(S2)은 제 3 반도체 물질(S3)의 밴드 에지에 비하여 제 2 반도체 물질(S2)의 밴드 에지(예를 들면, 낮은 밴드 에리 오프셋)에 상대적으로 가까운 밴드 에지를 갖도록 선택될 수 있다. 그러나, 제 3 반도체 물질(S3)은 제 1 반도체 물질(S1)에 비하여 상대적으로 큰 밴드 에지 오프셋을 갖도록 선택될 수 있다. 제 3 반도체 물질(S3)은 금속들과의 낮은 콘택 저항(바람직하게는, 10-8 ohm-cm2 이하, 그리고 몇몇 실시예들에서, 10-7 ohm-cm2 이하)을 갖도록 선택될 수 있다. 더욱이, 관련 캐리어에 대한 소스/드레인 영역 내의 밴드 에지에서의 급작스러운 변화를 피하도록, 소스/드레인 영역 내에서의 반도체 물질 합금(제 2 반도체 물질(S2)과 제 3 반도체 물질(S3)로 구성되는)의 조성 변화는 부드러워야 한다.Furthermore, the semiconductor materials included in the semiconductor material alloy (consisting of the second semiconductor material S2 and the third semiconductor material S3) are each selected so as to have a specific relationship with respect to the first semiconductor material S1 in the channel region Can be selected. For example, the second semiconductor material S2 may have a band edge (e. G., A lower band edge offset) closer to the band edge of the second semiconductor material S2 than the band edge of the third semiconductor material S3 Lt; / RTI > However, the third semiconductor material S3 may be selected to have a relatively large band edge offset relative to the first semiconductor material S1. The third semiconductor material S3 may be selected to have a low contact resistance with the metals (preferably less than 10 -8 ohm-cm 2 , and in some embodiments, less than 10 -7 ohm-cm 2 ) have. Furthermore, the semiconductor material alloy (consisting of the second semiconductor material S2 and the third semiconductor material S3) in the source / drain regions is formed so as to avoid abrupt changes in band edges in the source / ) Should be smooth.
따라서, 연속적인 조성의 변화를 통하여, 제 1 반도체 물질(S1)과 제 3 반도체 물질(S3)은, 어느 하나(예를 들면, 제 3 반도체 물질(S3))는 다른 것(예를 들면, 제 1 반도체 물질(S1))에서 얻어지지 않도록, 선택된다. 즉, 제 2 반도체 물질(S2)은, 제 1 반도체 물질(S1)의 밴드 에지에 상대적으로 가깝지만 제 3 반도체 물질(S3)과 합금으로 존재하는, 중개 물질(intervening material)로서 사용될 수 있다. Therefore, the first semiconductor material S1 and the third semiconductor material S3 can be either different (for example, the third semiconductor material S3) or the like (for example, I.e., the first semiconductor material S1). That is, the second semiconductor material S2 may be used as an intervening material, which is relatively close to the band edge of the first semiconductor material S1 but is present as an alloy with the third semiconductor material S3.
전술한 발명의 내용은 예시적인 것으로 한정되지 않고, 관련 특허청구범위들은 발명의 개념의 진정한 정신 및 범위 내의 모든 변형들, 개선들 및 다른 실시예들을 포함한다. 따라서, 법에 의하여 허용되는 최대의 정도까지, 아래의 청구항들 및 그들의 균등물들의 최광의 해석에 의하여 그러한 범위는 결정되고, 전술한 상세한 설명에 의하여 한정되지 않아야 할 것이다. The contents of the foregoing description are not intended to be limiting, and the appended claims encompass all such modifications, improvements and other embodiments within the true spirit and scope of the inventive concept. Accordingly, to the fullest extent permitted by law, such ranges shall be determined by the claims that follow and the broadest interpretation of their equivalents, and should not be limited by the foregoing detailed description.
Claims (19)
상기 반도체 장치의 동작 동안의 다수 캐리어를 위한 제 1 반도체 물질을 포함하는 채널 영역;
금속 콘택;
제 2 반도체 물질을 포함하는 반도체 물질 합금을 포함하는 소스/드레인 영역; 및
상기 금속 콘택과 상기 채널 영역 사이의 상기 소스/드레인 영역 내에 배치되는 적어도 하나의 헤테로 접합을 포함하고,
상기 헤테로 접합은 상기 다수 캐리어의 0.2eV 이하의 밴드-에지 오프셋을 형성하는 반도체 장치.In the semiconductor device,
A channel region comprising a first semiconductor material for a plurality of carriers during operation of the semiconductor device;
Metal contact;
A source / drain region comprising a semiconductor material alloy comprising a second semiconductor material; And
And at least one heterojunction disposed in the source / drain region between the metal contact and the channel region,
Wherein said heterojunction forms a band-edge offset of 0.2 eV or less of said majority carrier.
상기 반도체 물질 합금은 상기 제 2 반도체 물질과 제 3 반도체 물질의 공간적으로 변화된 조성(graded composition)을 갖고, 상기 제 3 반도체 물질은 상기 제 1 반도체 물질과 완전히 혼합되지(fully miscible) 않는 반도체 장치.The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor material alloy has a spatially varying composition of the second semiconductor material and the third semiconductor material and the third semiconductor material is not fully miscible with the first semiconductor material.
상기 헤테로 접합의 영역은 상기 다수 캐리어의 전도성과 관련된 도펀트 타입으로 도핑되는 반도체 장치.The method of claim 2,
Wherein a region of the heterojunction is doped with a dopant type associated with the conductivity of the majority carriers.
상기 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화는:
상기 채널 영역의 상기 제 1 반도체 물질과의 계면에서 상기 제 2 반도체 물질이 상기 제 3 반도체 물질보다 큰 농도를 갖고, 상기 금속 콘택과의 계면에서 상기 제 2 반도체 물질이 상기 제 3 반도체 물질보다 작은 농도를 갖도록, 상기 채널 영역과의 계면에서 상기 금속 콘택과의 계면으로 갈수록 상기 제 2 반도체 물질의 농도가 감소하고 상기 제 3 반도체 물질의 농도는 증가하는 반도체 장치.The method of claim 2,
Wherein the spatial compositional change of the semiconductor material alloy is:
Wherein the second semiconductor material at the interface with the first semiconductor material of the channel region has a greater concentration than the third semiconductor material and the second semiconductor material at the interface with the metal contact is less than the third semiconductor material The concentration of the second semiconductor material is decreased and the concentration of the third semiconductor material is increased toward the interface with the metal contact at the interface with the channel region.
상기 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화는 S2xS31 -x에 의하여 표기되고, S2는 상기 제 2 반도체 물질이고, S3는 상기 제 3 반도체 물질이고, 상기 금속 콘택과의 계면에서 x=0이고, 상기 채널 영역의 상기 제 1 반도체 물질과의 계면에서 x=1인 반도체 장치.The method of claim 4,
Spatial composition change of semiconductor material alloy is denoted by S2 x S3 -x 1, S2 is a second semiconductor material, S3 is the third semiconductor material is, x = 0 at the interface with the metal contact, Wherein x = 1 at the interface with the first semiconductor material in the channel region.
상기 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화에서의 증분(increment)은 상기 공간적으로 변화되는 조성에서의 바로 인접한 부분들 사이의 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이상으로 되는 것을 방지하도록 구성되는 반도체 장치.The method of claim 5,
Wherein an increment in the spatial compositional change of the semiconductor material alloy is configured to prevent a band-edge offset between immediately adjacent portions of the spatially varying composition from becoming greater than 0.2 eV.
상기 금속 콘택과의 계면에서의 상기 금속 콘택, 상기 반도체 물질들 및 상기 반도체 물질 합금을 구성하는 각각의 물질들은 그들 사이의 쇼트키 장벽 높이가 0.2eV 이하로 되도록 선택되는 반도체 장치.The method according to claim 1,
Wherein the metal contact, the semiconductor materials, and the respective materials constituting the semiconductor material alloy at the interface with the metal contact are selected so that the Schottky barrier height therebetween is 0.2 eV or less.
상기 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화는 선형적, 비선형적, 계단형, 또는 그들의 조합인 반도체 장치.The method of claim 4,
Wherein the spatial compositional change of the semiconductor material alloy is linear, nonlinear, stepped, or a combination thereof.
상기 제 1 반도체 물질은 적어도 하나의 IV 족 원소를 포함하고, 상기 제 2 반도체 물질은 III-V 족 반도체 화합물 또는 III-V 족 반도체 합금을 포함하고, 상기 반도체 물질 합금은 제 3 반도체 물질과 상기 제 2 반도체 물질을 포함하는 반도체 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first semiconductor material comprises at least one Group IV element and the second semiconductor material comprises a III-V semiconductor compound or a III-V semiconductor alloy, And a second semiconductor material.
상기 장치는 NMOS 장치를 포함하고,
상기 제 1 반도체 물질은 Si, SiGe 합금, 또는 Ge이고, 상기 제 2 반도체 물질은 GaAs, In-Ga-N, In-Ga-As-N 합금, In-Al-Ga-As 합금, 또는 Al-Ga-As 합금이고, 상기 제 3 반도체 물질은 InAs, InN, In-As-N 합금, In-Al-As 합금, In-Ga-As 합금인 반도체 장치.The method of claim 4,
The apparatus includes an NMOS device,
The first semiconductor material may be Si, a SiGe alloy, or Ge, and the second semiconductor material may be a GaAs, In-Ga-N, In-Ga-As-N alloy, Ga-As alloy, and the third semiconductor material is InAs, InN, In-As-N alloy, In-Al-As alloy or In-Ga-As alloy.
상기 반도체 물질 합금은 상기 제 1 반도체 물질과 제 2 반도체 물질의 공간적으로 변화되는 조성을 갖고,
상기 반도체 물질 합금의 공간적 조성 변화는: 상기 채널 영역의 상기 제 1 반도체 물질과의 계면에서 상기 제 1 반도체 물질이 상기 제 2 반도체 물질보다 큰 농도를 갖고, 제 3 반도체 물질과 상기 적어도 하나의 헤테로 접합을 형성하는 계면에서 상기 제 2 반도체 물질이 상기 제 1 반도체 물질보다 큰 농도를 갖고, 상기 채널 영역의 상기 제 1 반도체 물질과의 계면에서 상기 적어도 하나의 헤테로 접합을 형성하는 계면으로 갈수록 상기 제 1 반도체 물질의 농도가 감소하고 상기 제 2 반도체 물질의 농도는 증가하고,
상기 제 3 반도체 물질은 상기 제 1 반도체 물질과 완전히 혼합되지(fully miscible) 않는 반도체 장치.The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor material alloy has a spatially varying composition of the first semiconductor material and the second semiconductor material,
Wherein the change in the spatial composition of the semiconductor material alloy is such that at the interface with the first semiconductor material of the channel region the first semiconductor material has a greater concentration than the second semiconductor material and the third semiconductor material and the at least one hetero Wherein the second semiconductor material at the interface forming the junction has a greater concentration than the first semiconductor material and at an interface between the channel region and the first semiconductor material forming the at least one heterojunction, 1 concentration of the semiconductor material decreases and the concentration of the second semiconductor material increases,
Wherein the third semiconductor material is not fully miscible with the first semiconductor material.
상기 반도체 물질 합금은 상기 제 2 반도체 물질과 제 3 반도체 물질의 공간적으로 변화되는 제 1 조성을 갖고,
상기 장치는: 상기 채널 영역과 상기 제 1 조성의 합금 사이의 상기 소스/드레인 영역에 위치하는, 공간적으로 변화되는 제 2 조성의 합금을 더 포함하고,
상기 제 2 조성의 합금은 제4반도체 물질과 제5반도체 물질의 공간적으로 변화되는 조성을 갖고, 상기 제5반도체 물질은 상기 제 1 반도체 물질과 완전히 혼합되지(fully miscible) 않는 반도체 장치.The method of claim 2,
Wherein the semiconductor material alloy has a first spatially varying composition of the second semiconductor material and the third semiconductor material,
The apparatus further comprising: an alloy of a second composition spatially varying, the alloy being located in the source / drain region between the channel region and the alloy of the first composition,
Wherein the alloy of the second composition has a spatially varying composition of a fourth semiconductor material and a fifth semiconductor material, wherein the fifth semiconductor material is not fully miscible with the first semiconductor material.
상기 전자 장치의 동작 동안의 다수 캐리어를 위한 제 1 반도체 물질을 포함하는 채널 영역;
금속 콘택; 및
적어도 하나의 물질 성분을 갖는 물질 합금을 포함하는 소스/드레인 영역을 포함하고,
상기 소스/드레인 영역은 상기 제 1 반도체 물질의 모든 성분들을 갖지 않아(free), 상기 금속 콘택과의 계면과 상기 채널 영역 사이에서의 상기 물질 합금의 공간적인 조성 변화가 상기 공간적으로 변화되는 조성에서의 증분들(increment) 사이의 밴드-에지 오프셋이 급작스럽게 변화되지 않도록 하는 반도체 장치.In an electronic device,
A channel region comprising a first semiconductor material for a plurality of carriers during operation of the electronic device;
Metal contact; And
A source / drain region comprising a material alloy having at least one material component,
Wherein the source / drain region is free of all components of the first semiconductor material, and wherein a change in the spatial composition of the material alloy between the interface with the metal contact and the channel region is in the spatially varying composition Edge offset between the increment of the band-edge offset is not abruptly changed.
상기 제 1 반도체 물질과의 계면에서, 상기 제 1 반도체 물질 및 상기 물질 합금은 상기 다수 캐리어에 대한 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이하인 헤테로 접합을 형성하는 반도체 장치.14. The method of claim 13,
Wherein at the interface with the first semiconductor material, the first semiconductor material and the material alloy form a heterojunction wherein the band-edge offset for the majority carriers is 0.2 eV or less.
상기 다수 캐리어에 대한 상기 밴드-에지 오프셋은 0.1eV 이하인 반도체 장치.15. The method of claim 14,
Wherein the band-edge offset for the majority carriers is 0.1 eV or less.
상기 물질 합금은 1E18/㎤ 내지 1E20/㎤ 사이의 범위로 도핑되는 반도체 장치.16. The method of claim 15,
Wherein the material alloy is doped in a range between 1E18 / cm3 and 1E20 / cm3.
상기 물질 합금의 공간적 조성 변화의 증분들(increment) 사이의 밴드-에지 오프셋이 6nm에서의 0.1eV와 0.6nm에서의 0.1eV 사이의 범위에 있는 반도체 장치.18. The method of claim 16,
Wherein a band-edge offset between increments of the spatial compositional change of the material alloy is in a range between 0.1 eV at 6 nm and 0.1 eV at 0.6 nm.
금속 콘택;
제 1 물질(S1)과 제 2 물질(S2)을 포함하고, S2xS31 -x에 의하여 표기되는 공간적으로 변화되는 조성을 갖는 층; 및
x=1에서 상기 층과 접촉하는 제 3 물질(S3)을 포함하고,
상기 층의 조성은 x=0인 상기 금속 콘택에 인접하여 완전히 S2가 되고, x=1인 상기 금속 콘택에서 멀리 떨어져서 완전히 S1이 되고, x=0과 x=1 사이에서의 조성은 상기 장치의 선택된 캐리어에 대하여 0.2eV이하의 밴드 에지 오프셋을 갖고,
상기 제 3 물질(S3)은 상기 제 1 물질(S1)과의 헤테로 접합의 밴드-에지 오프셋이 0.2eV 이하가 되도록 선택되고, 상기 제 2 물질(S2)은 상기 금속과의 쇼트키 배리어 높이가 0.2eV 이하가 되도록 선택되는 전자 장치.In an electronic device,
Metal contact;
A layer comprising a first material (S1) and a second material (S2) and having a spatially varying composition, denoted S2 x S3 1 -x ; And
and a third material (S3) in contact with said layer at x = 1,
The composition of the layer is completely S2 adjacent to the metal contact with x = 0 and completely away from the metal contact with x = 1, and the composition between x = 0 and x = Has a band edge offset of 0.2 eV or less with respect to the selected carrier,
The third material S3 is selected so that the band-edge offset of the heterojunction with the first material S1 is 0.2 eV or less, and the second material S2 has a Schottky barrier height 0.2 eV or less.
상기 제 1 물질(S1), 상기 제 2 물질(S2) 및 상기 제 3 물질(S3)은 반도체 물질인 전자 장치.19. The method of claim 18,
Wherein the first material (S1), the second material (S2) and the third material (S3) are semiconductor materials.
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US11201250B2 (en) | 2019-04-16 | 2021-12-14 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Schottky barrier diode and method for manufacturing the same |
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TWI696290B (en) | 2020-06-11 |
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KR102295517B1 (en) | 2021-08-31 |
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