TWI293472B - Transistor with workfunction-induced charge layer - Google Patents

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Description

1293472 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於固態切換及放大裝置，更特定言之係 關於一場效電晶體，其具有藉由接近一導體（例如一金屬） 在通道與一或多個通道分接頭（在一傳統場效電晶體中的 源極及/或汲極）間之傳導路徑内引起的一電荷層，該導體擁 有引起電荷之區域内的半導體能帶隙外部之一操作功能。 【先前技術】 隨著電晶體閘極長度持續縮短，源極（及/或汲極）區域成 為MOSFET(金氧半導體場效電晶體）性能的更重要因素。 MOSFET、％放需要減小源極及/或汲極的高度摻雜區域之深 度’從而增加該等區域相對於通道的電阻。另外，必須仔 細設計源極/汲極的幾何形狀，以避免短通道效應。此等情 況可作為關閉狀態下的高洩漏電流最顯著地加以觀察。 許多傳統技術可解決開啟電阻及關閉狀態洩漏電流的此 等問題。然而，實質上採用任何設計方法皆存在此等二因 素間的權衡。例如，增加源極區域深度可減小其開啟電阻， 但會增加短通道效應。任何解決方案通常致力於根據應用 最佳化此權衡。 平面MOSFET中，源極及汲極區域通常由植入之摻雜物 原子組成。為減小此等區域之電阻，可增加摻雜物濃度。 然而，峰值摻雜位準及摻雜輪廓之陡峭的技術及實體限制 對MOSFET長度縮放來說是限制因素。例如，請參閱μ,丫 Kwong等人所著之「橫向源極/汲極陡峭度對裝置性能之影 98321.doc 1293472 響」，IEEE Trans. Elec· Dev·第 49卷第 1882至 1890 頁（2002)。 減小源極及/或汲極電阻的另一技術為以金屬替代形成 源極及/或沒極之植入半導體區域。除p_n接面外，金屬在與 通道之介面處形成Schottky阻障。故源極及汲極區域之電阻 為金屬電阻’而非摻雜半導體電阻，因此可低數個數量級。 對此類Schottky阻障M0SFE 丁的限制已成為保持電晶體 開啟狀態的Schottky阻障之電阻。關於schottky阻障的說 明’請參閱S· Sze，「半導體裝置物理學」第2版（1981)。例 如’ ErSix對（請參閱M· Jang等人所著「用於奈米方式應用 之Schottky阻障穿隨電晶體」，2003年石夕奈米電子學研究講 習會摘要第114至115頁（2003))Si導電帶具有大約250 mV的 阻障，從而產生用於11通道M0SFET之低驅動電流（高開啟電 阻）。同樣，PtSi具有大約250 mV的價電子帶（請參閱J·
KedZ1erski等人所著之「用於2〇 極長度情況之互補矽 化物源極/汲極薄體M0SFET」，2〇〇〇年IEEE IEDM技術摘要 第57至60頁（2000))，從而增加p通道mqsFET之開啟電阻。 當需要控制短通道效應時，源極/汲極幾何形狀變為重要 因素。通常，需要將源極及汲極區域製造成遠遠薄於通道 長度。在摻雜源極/汲極（S/D)電晶體中，可採用淺植入加以 兀成/專換雜物層可在深、高度換雜源極區域與（薄）通道間 形成短延伸」。此具有將深源極進一步移離通道以減小洩 漏電流的效應。 挑戰及困難在於使此摻雜物層更薄，同時增加摻雜密 度，以將電阻保持在可忍受限制内。使用絕緣體上石夕 98321.doc 1293472 (silicon-on-insulator ; SOI)等基板可使摻雜源極及汲極可藉 由在Si薄層内製造電晶體而保持較薄，儘管超薄s〇I會增加 摻雜之si引起的串聯電阻問題。可使用s〇I製造Sch〇tt]^^a P早MOSFET，以便製成極薄但具有低電阻之源極及汲極區 域（由於Schottky阻障仍可能損害高開啟電阻）。 不同種類之幾何形狀可輔助降低阻障 之開啟電阻。藉由重疊閘極與金屬半導體接面，源極及/或 汲極與閘極間之電場可用於增加穿過阻障之穿隧電流，從 而降低接面之開啟電阻。此影響增加之閘極電容的價格， 然而其減小了切換速度。同時會增加短通道效應。 可藉由使用所謂「側閘極」在源極及/或汲極接觸與通道 間建立靜電感應延伸而克服一些上述限制。即當施加電壓 於…閘極刀離並與通道/源極（汲極）區域（所謂「延伸區域」） 分離的導體時，該導體可用於在半導體内引起反轉層及/或 增強之累積層。此與閘極本身之動作相同，額外導體可視 為形成通道之中央閘極任一側面上的獨立或側閘極。此等 側閘極可與閘極分離地加以控制。 G〇nzalez等人在「使用分離偏壓導電間隔物之動態源極/ 汲極延伸（dynamic source_drain extensi〇n ; dsde)m〇sfet」 中報告使用側閘極之範例，期年國際半導體裝置研究討」 論=論文集第645至648頁（2GG…@丨為併人等人 所说明之分離偏壓間隔物技術的電晶體1〇之示意性斷面 圖如圖所不’藉由絕緣體16與閘極14分離並藉由間隔物 氧化物2 0與源極/汲極區域】8分離的導電間隔物或側閉極 98321.doc 1293472 12在將一電壓施加於側閘極12時引起一電荷層22(或「實質 延伸」），其從摻雜源極/汲極區域18延伸至通道24。此等電 荷層22(此貫例中更適宜稱為「偏壓感應延伸」）可極薄，大 約2 nm，從而在M〇SFET 10中引起短通道效應。其亦可具 有較高載子濃度’以獲得低電阻。其甚至可根據電容、臨 界電壓及側閘極電壓具有高於開啟狀態之通道24的濃度。 N 〇 d a等人發表了使用多晶s丨側閘極的此方法之較早實驗 例證。（IEEE電子裝置學報，第41卷第以^至^%頁， 1994)。然而對此一裝置存在兩種主要限制。首先額外的電 路複雜性（例如側閘極12及其所需要的金屬接觸）可具有抑 制性。其次，側閘極12對閘極14新增了重要電容，其會限 制電晶體速度。 另一方法為利用接近導電材料以增加延伸區域内的載子 濃度。Panllo等人證實了此方法，如圖2所示。摻雜多晶以 間隔物28與源極30(源極側間隔物）及汲極32(汲極側間隔物） 連接。印參閱Panllo等人所著之「偏壓間隔物對LDD mosfet行為之效應」，IEEE Elec Dev Lett第12卷第542 至545頁（1991)。對於適當類型及充分濃度之間隔物28内的 摻雜，相對於無間隔物之情況此可在延伸區域31及33内產 生私強的載子濃度。作者亦報告了藉由在源極/汲極間隔物 28上使用SALICIDE(「自對準矽化物」）34而產生的汲極32 附近之減小電場。 電曰曰體26中，間隔物28之操作功能接近於延伸區域材料 (此隋形中為Sl)之操作功能。就是說，間隔物28並非由具有 98321.doc -10- 1293472 明顯處於Si能帶隙外部之操作功能的材料製成，其經由 TiSi(中能隙金屬）得以形成於多晶以上，因此操作功能感應 延伸未形成於此裝置内。因此，雖然此方法可稍微增強傳 統摻雜延伸之導電率，其並非掺雜延伸之替代物。
BauernschmiU等人所著之「具有極薄Si〇2層之Yb_si〇2_si 穿隧接面内從MOS至Schottky接觸行為的轉換」，微電子工 程第22卷第105至1〇8頁（1993)，說明了使用si上較厚si〇2 上之Yb來連接Yb/SiOVSi穿隧接面至n+摻雜接觸。依據作 者，Yb的總操作功能為2 6 v。在低溫下調查金屬與操作功 能感應反轉層間之載子穿隧現象，並檢驗Yb/薄 Si〇2/si穿隧 接面之特徵。 圖3複製來自Bauernschmitt論文中的圖式。此裝置36中， Yb/Si〇2介面38中之外在Si/Si〇2介面42附近引起電子層 40，其將Yb/薄SiCVSi穿隧接面44連接至n+ Si區域牝。所報 告之裝置並非電晶體，而係二端子測試結構。
Kunze等人所著之「藉由電子穿隧觀察Si(i〇〇)上馗〇3與 Schottky接觸間之邊界的1D電子狀態」，表面科學第3〇5卷 第633至636頁（1994)，其中使用Mg之低效操作功能與叫 在Mg/Si接觸附近形成操作功能感應反轉層。圖4複製來自 該論文的示意性斷面圖。 視圖4(a)顯示具有矩形材料斷面之理想結構48。從層 5〇靜電耦合（僅輕微固定在在其與以〇2層52之介面處）至以 54内產生接近表面電子層56。視圖4(b)顯示‘更現實之結構 58，其具有在Mg/Si接觸62附近變薄之以〇2層6〇。此導致穿 98321.doc 11 1293472 過薄3丨02區域之電子穿隧。最後，視圖4(c)顯示完整裝置64 之更寬斷面。操作功能感應電子層66將Mg/Si介面62連接至 此η通道MOSFET之Mg/Si接面62。 應逐一Mg在Si内引起一反轉層，但此反轉層不在源極/ 汲極接觸68/70與通道72間，因此不用作實質延伸。源極/ 汲極接觸68/70與通道72間存在Si02 76之一些Mg重疊74， 但該論文文字及其附圖指示此重疊仍在高度摻雜源極/汲 極區域内。因此，其對源極/汲極金屬與通道間之導電率無 顯著作用。為使此重疊對增加此導電率有效，其應接近通 道邊緣大約15 nm以内。請參閱D. Connelly等人於2004年提 交給IEEE奈米技術討論會之「用於高性能Schottky S/D MOSFET之源極/汲極重疊」，以及D. Connelly等人於2004 年提交給IEEE VLSI討論會之「經由低或高操作功能金屬重 疊之超淺MOSFET延伸」。然而，根據作者提供的說明，此 能隙似乎至少數微米-至少大了 100倍。相反，重疊係提供 金屬清晰度光微影相對於前述接觸形成光微影之未對準容 限。
Tove等人建議使用Er及Yb，兩者皆為當與明顯處於Si能 帶隙外部之Si02接觸時具有有效操作功能之金屬，作為 MESFET閘極及S/D。P.A. Tove等人所著之「採用藍寶石上 矽技術之互補Si MESFET概念」，IEEE Elec. Dev. Lett.第9 卷第47至49頁（1988)。圖5複製來自其著作的斷面圖。裝置 78及79並非採用有效引起實質延伸之方式加以製造，事實 上，圖表指示低操作功能（η通道FET)及高操作功能（p通道 98321.doc 12 1293472 ?丑丁）金屬80及82分別不會重疊8丨〇2 84，因此該等金屬與接 觸8 1及83與通道間之區域間的靜電耦合較低。需要強靜電 耦合以大大改進此區域内之導電率。此外，若給定裝置之 橫向規模，S/D金屬81及83與閘極金屬80及82間似乎存在至 少數微米之能隙。此係形成通道邊緣之高導電率實質延伸 的極大能隙。為有效耦合至通道，實質延伸層應延伸至大 約通道之15 nm内。請參閱上述D. Connelly等人之論文， IEEE VLSI研討會，2004年（提交）。 【發明内容】 本發明之一具體實施例中，電晶體包括半導體通道與通 道分接頭間之傳導路徑内的感應電荷層，傳導路徑接近與 感應電荷層局部絕緣並且進一步與電晶體閘極絕緣之導 體。導體在引起電荷之電晶體之區域内擁有半導體能帶隙 外部之操作功能。在本發明之具體實施例中，半導體通道 與通道分接頭間之導電率可相對於參考情形增強至少約 10%^參考情形中導體具有感應電荷區域内之半導體能帶 隙内或邊界處的操作功能。 通道分接頭可為摻雜源極/汲極接觸、金屬源極/汲極接觸 或更一般為任何Schottky源極/汲極接觸。半導體通道可由 Si、Ge、C、Si、Ge及/或C合金、IIIA族及VA族元素化合物、 IIIA族及VA族元素合金、IIA-B族及VIA族元素化合物、 IIA-B族及VIA族元素合金、IIA-B族、IIIA族、IVA族、VA 族及/或VIA族元素化合物、IIA-B族、IIIA族、IVA族、VA 族及/或VIA族元素合金、半導體聚合物、硖（fulleride)或其 98321.doc -13- 1293472 他：分子碳為主之材料所製成' 、a可為金屬(例％ ’由-或多種稀土元素組成)，例如 外、Pt、㈣以上任何元素之合金，由原子分率 來決定。或者，道雜备、 导體可為退化摻雜η型或p型半導體。一此 〃體只％例中，將導體配置成在形成電荷之電晶體區域内 引起應力。感應之應力增強形成電荷之電晶體區域 效載子遷移率。 各種具體實施例中，導體可與通道分接頭電連接或隔 離’並且可具有不大於❹2、G4、G 8或16伏特的操作功能， 其低於-電子親和性但多於一大於引起電荷之電晶體區域 内之半導體的電子親和性之能帶隙。分離導體與感應電荷 層之絶緣體可具有小於或約等於分離閘極與半導體通道的 第二絕緣體厚度之二倍的厚度。從㈣觀點看，分離導體 與感應電荷層之絕緣體可具有大於或約等於分離閘極與半 導體通道的絕緣體之單位面積電容之一半的單位面積電 容。 根據本發明之另一具體實施例，一電切換裝置包括具有 通道之半V體’该通道接近於一延伸區域内之至少一個 通道分接頭，同時接近於該電切換裝置之閘極；以及一導 體’其係置放成接近於延伸區域但藉由一絕緣體與其分 離，該導體亦與該閘極電絕緣，並具有處於延伸區域内之 半導體能帶隙外部的操作功能。半導體可選自一清單，其 包含·· Si ; Ge ; C ; Si、Ge及/或C合金；πια族及VA族元素 化合物或合金、IIA-B族及VIA族元素化合物或合金；iia_b 98321.doc 14 1293472 私、ΙΙΙΑ族、IVA族、VA族及/或VIA族元素化合物或合金； 及/或聚合物。導體可選自-清單，其包含：-稀土元素(包 2但不限杨或外）、Mg、Pt、卜此等材料之主要任何組 合之合金、任何此等金屬之合金或化合物及一或多個半導 體退化摻雜n型半導體及/或退化摻雜p型半導體。 另一具體實施㈣於藉由接近與通道及閘極絕緣並具有 處於引S電荷之傳導路徑内的半導體能帶隙外部之操作功 能的導電材料’在半導體通道與併人該半導體的電切換裝 置之通道分接頭間的傳導路徑内引起一電。 【實施方式】 θ 如以下所詳細說明，本發 、 * ^ q 口 况的延>1甲 區域之FET’其具有用於低電阻之高電荷密度，不具有苴他 FET所報告的性能降低（特定言之係切換速度）之缺點，並且 不會顯著增加電路複雜性。更明確地說，本文揭示的係電 切換裝置(電晶體)’其包括一或多個導體(通常為金屬），各 導體重疊通道分接頭（例如源極或沒極）區域與通道區域間 之半導體的-區域。藉由導體重疊部分或全部之半導體區 域即所謂的「延伸區域」。另外，該等導體之各個藉由絕緣 體與其重疊之半導體局部分離。各導體與閘極電絕緣，並 選擇成具有在相關聯區域内引起期望極性及電荷濃度之操 作功能。 μ 下之半導體表 於半導體之操 過藉由延伸區 導電材料在延伸區域内之效應係在絕緣體 面處或附近引起電荷層。此電荷為擁有不同 作功能的導體之結果。操作功能差異作為穿 98321.doc -15- 1293472 域内導體/絕緣體/半導體層結構形成的電容器之電壓。此電 壓接著使電容器變得帶電。電荷在電容器内累積，直至到 達約專於並與操作功能差異相反的電位。此時穿過電容器 之化學電位恆定（來自電荷累積之電位抵消來自操作功能 差異之電位），無其他電荷流動，系統處於平衡狀態。在本 發明之具體實施例中，半導體通道與通道分接頭間之導電 率可相對於參考情形增強至少約10%，參考情形中導體具 有感應電荷區域内之半導體能帶隙内或邊界處的操作功 已藉由數個部分說明在採用半導體形成之電容器内引起 電荷的原理。Bauernschmitt等人證實了可藉由使用低操作 功能金屬（例如Yb)在Si内引起反轉層。上文中的尺如^等人 利用具有Mg之結構内的相同現象，上文中的T〇ve等人建議 使用Er及Yb作為MES而閘極及S/D。然而，該等先前姓構 中之反轉層並未用作FET之部分，特^言之未作為源極味 極接觸與通道間之延伸。 ，在具有重疊半導體上絕緣體的導電層之fet中，感應電 荷層用作連接源極及/或沒極接觸區域與電晶體通道區域 的延伸。此電荷層稱為「實質延伸」，因為其並非延伸區域 内摻雜物原子之結果’而係藉由未與延伸區域内之半導體 直接接觸㈣料引起。實質延伸之厚度顯著小於本技術 採用(例如)矽或鍺内之摻雜延伸區域而實現的實際厚产 許多情形中實質延伸内引起的總電荷與延伸區T域:；體 及半導體之操作功能差異成正比。實 Λ為延伸之電阻則隨感 98321.doc 1293472 應電何數量增加（隨操作功能差異增加而增加）而降低。就是 ^、’在Μ情形巾’延伸區域内半導體與導體間之操作功 月b差異越大’電阻越低。電荷符號與操作功能差異符號有 關因此，本電晶體内，導體藉由絕緣體與閘極及延伸區 或離ϋ選擇成具有在延伸區域内引起期望極性及電荷 、辰又之操作功爿b。分離導體與感應電荷層之絕緣體可具有 J於或約等於分離閘極與半導體通道的絕、緣體厚度之二倍 ^厚度。攸不同觀點看，分離導體與感應電荷層之絕緣體 可具有大於或約等於分離閘極與半導體通道的絕緣體之單 位面積電容之一半的單位面積電容。 ，餘說明將提出本發明之數個具體實施例，但此說明並 不意味著限制本發明之範圍。藉由研究本揭示内容，孰習 技術人士可以瞭解有同等的程序、材料或結構可以取代此 處所述者來達到相同的效果。讀者應該瞭解到使用此類等 效物將被視為在本發明的範圍内。開始此說明前介紹以下 定義會很有用： l累積層：一區域，其中電離受體之期望數量大於電離 施體之期望數量，期望電洞濃度大於相同平衡摻雜下 塊狀晶體所期望之值。同樣為一區域，其中電離施體 之期望數量大於電離受體之期望數量，期望電洞濃度 大於相㈤平衡摻雜下塊狀晶體所期望之值。還請參^ 「強累積層」。 > 2.親和性：真空電位與半導體内最大（用於價電子帶）或 最小（用於導電帶）能量狀態電位間之差異。「電子j見 98321.doc 1293472 和性」為最低能量導電帶之親和性。「電洞親和性 為最高能量價電子帶之親和性。 3. 4. 異’通常以「伏特」來測量。（3)與導電帶中最低能 量狀態與價電子帶中最高能量狀態相關聯者間的電 位及/或能量範圍。 能帶隙：+導體中’以下項目之一：⑴導電帶中最 低能量狀態與價電子帶中最高能量狀態間的能量差 異’通常以「電子伏特」來測量。(2)導電帶中最低 能量狀態與價電子帶中最高能量狀態間的電位差 偏愿感應延伸：-實質延伸，其平衡無關緊要，但需 要施加於與實質延伸區域靜⑲合的附近導體之電 位。 •通道：FET内之電荷區域，其 制並與兩個或更多通道分接頭電連接。 6.通道分接頭：金屬導電材料與—或多個咖通道間的 連接。「傳統」航具有兩個通道分接頭’-「源極 =「汲極」。通道分接頭-般可稱為「源極/ 或「S/D」。 7·導電接觸··兩種導電材料間 按觸其中對於裝置操 中中^遇到的某线壓，在典型裝置操作之狀況 觸可AT:千均特疋電阻率不大於約1〇8 接 觸可為直接的，其中兩種材料 , 何抖接觸，或間接的，其中 將一插入層置於其介面處。 導趙/導電材料··金屬或半導體。 98321.d〇e -18- 1293472 9.導電帶：-半導體中，能量高於平衡中無雜質時半導 體的Fermi能量之狀態頻帶。還請參閱「 悄電子帶」。 1 〇·退化接雜半導想：一半導體區域，其中、、赛 γ ’尹摻雜為η型， 施體與受體濃度間之差異至少與半導㈣ 、 丁守體狀態之有效 導電帶密度同樣大。同樣一半導體區域 匕巧，其中淨摻雜 為P型’受體與施體濃度間之差異至少蛊 〆兴牛導體狀態 之有效價電子帶密度同樣大。 η.接雜通道分接頭：-通道分接頭，其中通道區域與金 屬接觸間之整流主要由接觸區域内之摻雜來決定。若 接觸附近之換雜主要為施體離子’電子比電洞相"對^ 容易與通道區域交換，通道分接頭通常適用於η通道 FET。若接觸附近之摻雜主要為受體離子，電洞比電 子相對更容易與通道區域交換，通道分接頭通常適用 於Ρ通道FET。金屬與半導體間之介面則通常使得其 提供通道型載子的較低電阻交換，而存在或不存在相 反載子類型之較自由交換。 12·摻雜源極/汲極（S/D)FET :一種FET，其中源極及汲 極為摻雜通道分接頭，而源極摻雜決定裝置極性。變 數包括「摻雜源極FET」，其具有摻雜源極但不必具 有掺雜汲極。另一變數為「摻雜汲極FET」，其具有 摻雜汲極但不必具有摻雜源極。 U·摻雜延伸：藉由在延伸區域内放置適當極性之電離雜 貝而形成的延伸。 14.汲極：通常為通道分接頭’其用作來自通道之載子的 98321.doc -19· 1293472 接收器。因此其傾向於保持在全部通道分接頭的最高 (η通道FET)或最低（p通道FET)靜電電位。 15.有效操作功能：針對與另—材料接觸之金屬的操作功 能以實驗方式擷取的值，假定介面處之金屬係有效操 作功能所定義之等電位表面。對於與絕緣體接觸之金 屬’可針對各種絕緣體厚度分析金屬_絕緣體_半導體 電容器之電容對電壓，可決定有效金屬操作功能及絕 緣體/半導體介面之有效固定電荷密度。例如，參閱 D. Schr〇eder所著之「半導體材料及裝置特徵/第2 版〇第6.2節。若無使用與討論之金屬/絕緣體介 面相關聯之實際絕緣體的資料，可使用金屬_si〇2-半 導體結構。若用於金屬_絕緣體_半導體測試結構（其 中半導體為可疑靜電耗合區域内之半導體）之資料不 可用，可使用來自金屬-絕緣體_Si之資料。若此等資 料皆不可用於金屬/絕緣體介面之有效操作功能，可 使用可靠公佈值，其採用（若可用）用於與絕緣體相關 聯之Fermi位準固定的模型（例如Y C· 等人在「高k 介電質對金屬及矽閘極操作功能之效應」中所說明， 2001年IEEE VLSHi術討論會技術摘要第的至”頁 (2001)，或者Y.C· Yeo等人所著之「高k閘極介電質材 料對金屬及矽閘極操作功能之效應」，IEEE Elec.
Lett·第23卷第342至344頁（2002))。若此一模型無法用 於絕緣體，可使用與Si〇2相關聯的以實驗方式獲得之 固定參數（參閱id·)。對於與半導體接觸之金屬，不論 98321.doc -20- 1293472 直接或透過超薄介面層，可模仿電流-電壓特徵。例 如’參閱以上Schroeder之第3·5節。 16·電連接··若電流可在兩個金屬區域間流動，平衡電阻 不大於約1 00 Ω，以及若至少一些電流沿專門由金屬 及/或半導體區域組成（可能除超薄介面層外）之路徑 流動’其中半導體區域具有至少為1〇】9/cm3的平衡載 子濃度，則兩個金屬區域可稱為電連接。電連接之區 .域視為「處於電性接觸」。 17·電子:出於此說明書之目的，「電子」(或「自由電子」) 為直接影響導體之導電率的負電荷量子之量子狀 態。還請參閱「電洞」。 18· ^衡：全部端子處於相等電塵偏移（藉由定義通常為 0伏特」）之裝置以及包括該局部裝置環境之系統的 狀態處於等溫平衡狀態，通常處於或接近3〇〇κ。 19.延伸.與通道具有相同類型之電荷區域，實質上並非 由通道與通道分接㈣之閘極電極來控制。 2〇·延伸區域：通道分接頭（例如金屬/半導體接⑷與通道 間之區域。 21. 場效電晶趙（FET):由-或多個開極（傳統上為一個） 、、且成之裝置’該等閘極調變與兩個或更多通道分接頭 (傳統上為兩個)連接的-或多個通道(傳統上為一個) 之導電率。η通道FET中，通道主要由電子組成。？通 道FET中’通道主要由電洞組成。—雙極服中，通 道可為電子或電洞。 98321.doc -21 - 1293472 ^間極：控制一或多個通道中之電荷密度的FET電極。 電洞·出於此說明書之目的，「電洞」(或「自由電洞」) 為影響導體之導電率的正電荷量子之量子狀態。還請 參閱「電子」。 24·絕緣趙：在整體限制中具有自由電子及/或自由電洞 可心略V電的區域，例如具有可比或大於1〇8 cm之整體電阻率。除無顯著材料外（例如真空）， 此包括固相、液相及氣相材料。 25 •反轉層：-（I域，#中電離受體之期望數量至少與施 體之期望數量同樣高，且期望電子濃度大於期望電洞 濃度。同樣一區域，其中電離施體之期望數量至少與 電離文體之期望數量同樣高，且期望電洞濃度大於期 望電子濃度。將作為反轉層之部分的區域定義為處於 反轉狀態。還請參閱「強反轉層」。 26.金屬通道分接頭：一通道分接頭，其中通道區域與金 屬接觸間之整流主要由相對於半導體導電帶及/或價 電子帶之電位的金屬操作功能來決定。若操作功能小 於半導體電子親和性，或遠小於大於電子親和性的半 導體能帶隙之一半，藉由接觸相對地傳遞電子並相對 地阻止電洞，以及接觸通常適用於η通道FET。若操 作功能遠大於半導體能帶隙之一半（其大於該半導體 電子親和性），一般藉由接觸傳遞電洞比電子更容 易，以及接觸通常適用於ρ通道FET。 27·金屬源極/汲極（S/D)FET : — FET，其中藉由穿過源 98321.doc -22- 1293472 極及汲極處之金屬/半導體接觸較有效地傳輸電子還 是電洞或兩者決定裝置極性（η通道、p通道或雙極）。 對於具有三個或更多分接頭之FET，用作源極及汲極 之分接頭應具有此性質。變數包括不對稱「金屬源極」 及「金屬沒極」FET，其中源極（金屬源極fet)或汲 極（金屬汲極FET)具有此性質。 28· Schottky接觸：金屬與半導體間之直接接觸。 29· Schottky源極/汲極（S/D)FET ·· 一金屬源極/汲極 FET，其中源極及汲極由金屬與半導體間之直接接觸 組成。變數包括Schottky源極FET及Schottky汲極 FET。還請參閱「金屬源極/汲極fet」。 3 0.短通道效應··由於受通道與源極及/或汲極間之靜電 搞合影響的通道導電率引起之效應。此等效應一般減 小閘極將源極至〉及極電流減小至某臨界以獲得適當 汲極至源極偏壓（η通道FET較高，p通道FET較低）的 能力。與短通道相關聯之其他效應（例如非平衡傳輸） 不包括在此定義中。 31·源極：對場效電晶體之通道的分接頭，其通常在n通 道電晶體情形中保持在比其他通道分接頭較低的電 位，在Ρ通道電晶體情形中保持在比其他通道分接頭 較高的電位。因此其用作供應至通道之載子的源極。 通常目的為將與該類型之載子傳輸相關聯的外在電 阻減至最小，該等載子形成源極與通道間之通道，但 具有對相反類型之載子的高電阻。 98321.doc -23· 1293472 32.源極/没極（S/D): —通道分接頭。 33.強累積層：累積層之-區域，其中與累積載子相關聯 之準F e r m i位準接近相關聯之載體頻帶（對電子為導 電帶，對電洞為價電子帶)為接近半導體内在電位程 同平衡摻雜 度的至少二倍’以及其中此濃度至少為相 下狀況晶體所期望之值的3倍。準Fermi位準限制對應 於（使用來自上文Sze之值）累積載子密度，其在電子 情形中至少為在電洞情形中至少為“，其 中A、Nc及Nv為局部與半導體相關聯的内在載子濃 度、有效導電帶狀態密度及有效價電子帶狀態密度。
Si内此載子濃度之典型值在室溫了對電洞為 6.3xl〇16/em3’對電子為uww。作為強累積層 之部分的區域處於強累積狀態。 34.強反轉層：反轉層之-區域，其中與反轉載子相關聯 的準Fernn位準接近相關聯之載子頻帶（對電子為導 電帶，對電洞為價電子帶）為接近半導體内在電位程 度的至少三倍。此對應於（使用來自上文Sze之值）反 轉載子密度’其在電子情形中至少為·，在電洞 情形中至少為“，其中ni、NcaNv為局部與半導 體相關聯的内在載子濃度、有效導電帶狀態密度及有 效價電子帶狀態密度。以内此载子濃度(使用來自上 文Sze之值）之典型值在室溫下對電洞為 6.3WW，對電子&.3xlGw作為強反轉層 之部分的區域處於強反轉狀態。 9832l.d〇c -24· 1293472
Schottky S/DCMOS之新路線 研究講習會摘要第122至123頁（2〇〇3)。 除熱離子阻障比直接接觸 ’等人所著之「實現零阻障 泉」’ 2003年石夕奈米電子學 價電子帶·半導體中，能量低於平衡中無雜質時半 導體的Fermi能量之狀態頻帶。還請參閱「導電帶」。 實質延伸·藉由除在延伸區域内放置雜質以外的方式 所形成之延伸。此說明中，藉由接近適當有效操作功 能及/或電位之導電/絕緣邊界形成實質延伸。 38·操作功能感應延伸··藉由接近適當有效操作功能之導 電/絕緣邊界形成的實質延伸，其甚至存在於平衡中。 現在參考圖6，顯示根據本發明配置的電晶體與具有重疊 閘極之其他電晶體結構間的比較。如上所述，本電晶體 9〇(視圖6(a)内顯示其範例）包括導體（此情形中為金屬）92， 其重豐源極及/或汲極區域96及通道區域98間的延伸區域 94。此導體92藉由絕緣體1〇〇與延伸區域94分離，並選擇成 具有在延伸區域94内引起期望電極及電荷濃度的操作功 此。導體92並未與閘極102連接，而與其電絕緣。 98321.doc -25- 1293472 視圖6(b)中，出於比較目的顯示傳統fet 1〇6，其具有重 豐金屬7半導體S/D接面112之閘極108。然而在電晶體90(視 圖6(a)内顯不）中，具有半導體能帶隙外部之操作功能的導 體92代替重疊此接面。此範例中導體92與S/D接觸96電連 接。指示感應「實質延伸」94之位置。半導體1〇4及11〇内 可存在或可不存在摻雜。根據本發明使用重疊導體可提供 比重疊閘極結構情形更短之通道長度。 在視圖6(c)及6(d)中，比較摻雜s/D η通道MOSFET。在視 囷（c)中根據本發明之具體實施例配置的電晶體1 1 3具有 來自n+ S/D區域115之實質延伸114，其由使用重疊金屬ιΐ8 產生。此等金屬層118與金屬S/D接觸116連接，並藉由絕緣 體120與延伸區域丨14及閘極丨19分離。超淺（可比通道Η?之 厚度）實質延伸114與更積極閘極長度一致，其縮放比例大 於閘極至S/D重疊結構121，如視圖6(d)所代表。電晶體i2i 包括閘極123,其重疊n+S/D區域122。因此在各種具體實施 】中負貝引起電街層之導體可與通道分接頭電連接或隔 離（如以下所詳細說明），並且可具有不大於〇 2、〇.4、〇.8 或1·6伏特的操作功能，其低於一電子親和性但是多於一引 起電荷之電晶體區域内之半導體的電子親和性之能帶隙。 與用於重疊延伸區域之導體相關聯的關鍵參數為其與絕 緣體之接面處的有效操作功能。金屬在其與另一材料之介 面處的有效操作功能取決於與其接觸之材料。）丁“⑽订所 著之「Schottky阻障高度及能隙狀態之連續」，物理評論學 刊第52卷第⑹至468頁（1984)。若另一材料為絕緣體，^ 98321.doc -26· 1293472 S i Ο 1 2 ’此有效操作功能傾向於更接近「塊狀晶體」之操作 月多閱上文Ye 〇荨人的論文（兩處參考）。在si〇2情形 中’介面之有效操作功能可非常接近塊操作功能。另外， 絶緣體有利的係足夠厚，以便從半導體移除内在表面狀 恶。此防止延伸區域内之感應電荷主要佔據半導體能帶隙 内之局部或延伸表面狀態。若無表面狀態，電荷更可能佔 據半導體導電帶或價電子帶内之狀態。當FET開啟且通道區 域導電時，此可有助於自延伸區域至通道區域的導電。 本發明之一項具體實施例中，用於重疊延伸區域之導體 為在η通道FET中擁有低操作功能φχ之金屬。當此有效操作 功能小於半導體之電子親和性心時將其視為較低。一般有 利的係其具有儘可能低之φχ。操作功能越低，延伸内引起 之電荷（此情形中為電子）數量越大，其通常會減小延伸區域 之電阻’一般有利的係增加電晶體之驅動電流容量。 然而，對於分離金屬與延伸區域（此電容包括來自半導體 之組件）之絕緣體的給定單位面積電容，可存在最佳有效金 屬操作功能，若對於較低（η通道FET)或較高（ρ通道fet)有 效操作功能，延伸區域内電場之增加導致遷移率降低，其 取消了增加之感應電荷的導電率優點。同樣，對於給定金 屬有效操作功能，載子遷移率對電場的依靠可產生最佳絕 緣體單位面積電容。IEEE電子裝置學報第41卷第“”至 2368頁（1994)，S. Takagi等人所著之「反轉層遷移率在以 MOSFET内之通用性」（第I及Π部分）内說明了半導體/絕緣 體介面處電子及電動之電場依靠的範例。然而，簡單地最 98321.doc -27- 1293472 大化感應電荷層（「實質延伸」）與通道間之導電率可能無法 將源極/汲極金屬與通道間之電阻減至最小。例如，與較高 局部電荷密度相關聯之較高電場可導致與源極/汲極接觸 處的金屬/半導體介面相關聯之電阻的減小。即使延伸區域 内之電場大於最佳化延伸區域與通道間之導電率的電場， 由於上述遷移率對電場之依靠，此電阻減小可導致減小之 淨電阻。因此最佳化裴置性能可包含眾多現象間之競爭。 載子遷移率亦可受半導體之應力狀態所影響。例如，已 顯示當將矽放置在雙軸張力狀態内時，矽通道内之有效遷 移率增加，如J· Welser等人在「應變sinM〇SFE1^性能增 強之應力依靠」中所說明，1994年正]2]£ IEDM技術摘要第 373至376頁。因此，有利的係可設計出一裝置，其中延伸 區域處於#父佳應力狀態。例如，可用應變導電材料之方式 形成導電材料，從而在附近延伸區域之半導體内引起應力。 如圖7以圖形方式所說明，自真空測量電位，以便低操作 功能位於半導體能帶隙外部。更明確地說，圖中顯示與低 操作功能金屬126、半導體128及高操作功能金屬m相關聯 之頻帶參數的比較。低操作功能金屬126之φχ<半導體US 之\，而高操作功能金屬130之φχ>半導體128之心+^~。 本發明之另一具體實施例中，金屬之操作功能％在Ρ通道 邱丁中較高，纟中φχ大於半導體之電動親和性（即比大於半 導體電子親和性之能帶隙更大）。此情形中重疊金屬在延伸 區域内引起電洞。-般有利的係金屬具有儘可能高之操作 功能。金屬之操作功能位於半導體能帶隙外部。 98321.doc -28- 1293472 本發明之各種具體實施例中，半導體可由Si、Ge、c之任 一項、Ge及Si合金、Ge及C合金、Si及C合金、或Si、Ge、 C之合金、主要由ΠΙΑ族及VA族元素組成之化合物、主要由 ΠΑ-Β族及VIA族元素組成之化合物、或主要由ΠΑ_Β、 IIIA、IVA、VA及VIA元素組成之化合物所組成。若主要為 C曰日體結構可為鑽石晶格，或另一焊接方案，例如石夫（其 範例為碳奈米管）或聚合物。由於摻雜許多n型或p型半導體 的困難，本發明在非以Si為主之半導體内可特別顯著。另 外，由於半導體能帶隙外部之較大範圍的可用操作功能， 具有較小能帶隙之半導體可採用此方法獲得更多優點。例 如，若較小能帶隙半導體具有比參考半導體更大的電子親 和性，低操作功能金屬可在低能帶隙半導體内引起比在（其 他相似配置中）參考半導體内更多的電荷。例如，以及匸奈 米&各具有較小能帶隙及相對於Si之增加而摻雜困難。 在η通道裝置内重疊延伸區域之金屬可由純金屬組成，例 如 Υ、Mg、Yb、Er、Cs、Rb、Ba、Ca、Ce、Eu、Gd、κ、 La、Li、Lu、Na、Nd、Sc、Sm、Sr、Tb、Th 或 T卜此等金 屬全部具有一般低於許多上述半導體之電子親和性的操作 力月b 特疋吕之為Si及Ge以及Si與Ge合金。對於p通道穿 置，重疊延伸區域之金屬可為純金屬，例如用於特定結晶 表面（例如{〇0H或結晶表面）上之lr、Pt、Se、Au。 此等金屬具有一般大於一個能帶隙（多於許多上述半導體 之電子親和性）之操作功能，特定言之為Si及Ge以及以與（}6 合金。 98321.doc 29- 1293472 f他具體實施例中，重疊延伸區域之金屬可為以上金屬 之-與另-金屬的合金。例如，合金可符合其處理特徵（例 如钱刻阻力或熱穩定性）之需要。合金亦擁有—般不同於組 成金屬之任—項的操作功能。例如，合金操作功能可為組 成金屬之操作功能的加權平均值。合金操作功能亦可高於 ^低於組成金屬之操作功能。因此，合金有利於將操作功 能調譜為從元件金屬不可用的值。作為替代或附加，一些 障形中金屬可為與半導體之化合物。此—化合物之範例為 金屬矽化物，例如由8丨及铒（Er)、鉑（Pt)、銥…）、 鈦（Tl)、銓（Hf)、錘（Zr)、鈮（Nb)、釩（V)、鎢（W)、鈷（c〇)、 组（Ta)、鉻（Cr)、鉬（M〇)、鐵（Fe)、銖（Re)、铑（Rh)、釓…句、 釔（Y)、鈀（Pd)、餓（〇s)及鎳（Ni)之一或組合所形成的金屬矽 化物。 其他具體貫施例中，延伸區域上之金屬可與用於接觸源 極/汲極區域之金屬不同。例如，n通道FET中，源極/汲極 區域上之金屬可為NiSix或ErSix，而延伸區域上之金屬可為 Yb 或 Er。 其他具體實施例中，重疊延伸區域之金屬可由兩種或更 多不同金屬之多層組成。與延伸區域上之絕緣體接觸的金 屬決定感應電荷之數量。由於製造問題，可使用未處於與 絕緣體之介面上的金屬。例如，與接觸絕緣體者不同之金 屬可用作針對隨後製造中所遇到之環境的保護層，或用作 黏者層’或作為「姓刻終止」或「姓刻阻力」層。 本發明之其他具體實施例在各種摻雜物濃度（從未摻雜 98321.doc -30- 1293472 至高度摻雜）之半導體内提供延伸區域，其與重疊絕緣體之 金屬組合，該絕緣體接觸延伸區域内之半導體。此摻雜之 橫向範圍的幾何形狀變數亦有可能。例如，延伸區域内之 摻雜物可僅佔據延伸區域之一半，從高度摻雜源極中部每 伸至延伸區域内，但未到達閘極下之通道區域。此情形中 摻雜物可比感應電荷層更深地延伸至半導體内。因此，在 自摻雜源極至通道之兩個步驟中減小電性傳導之深度。此 可最大化驅動電流，同時將短通道效應減至最小。或者， 摻雜可完全延伸至通道，但具有低於可比延伸導電率所需 的》辰度’而不使用重疊金屬。 可用於分離導體與延伸區域之絕緣體的範例包括但不限 於 Si〇2、Si〇x、Si3N4、SiNx、SiOxNy、Hf〇2、Ge〇2、GeOx、 GeOxNy、ZrOx、HfSixOy、GexSiyOz、GexSiy〇zNwu 及稀土 元素氧化物，其中前文中的X、y、Z及/或…可採用任何實際 正值。亦可使用以上材料之組合，包括雙層、多層及合金。 另一具體實施例中，其與上述具體實施例明顯不同，本 發明可用於具有金屬源極及/或汲極區域的FET中。此一結 構中，FET類型（η通道、p通道或雙極）由8/〇金屬之操作功 月b來決定’而非取決於s/D區域内之摻雜。此等電晶體稱為 「Schottky阻障」（對於直接金屬/半導體接觸）或「金屬S/D」 (亦包括金屬/半導體介面處超薄介面層之情形）。本發明 中，金屬從金屬源極/汲極區域延伸至半導體之延伸區域 上。若對於η通道（p通道）FET操作功能足夠低（高），實質延 伸用作金屬源極/沒極與通道間的低電阻連結。此外，此方 9832I.doc •31- 1293472 法減小了金屬源極/汲極區域與延伸區域間的電阻。因為由 金屬/半導體介面處之Schottky阻障產生的穿隧阻障厚度減 小，電阻得以減小。此係由於金屬/半導體接觸附近增加的 電荷密度，以及因此而增加的電場。Sch〇uky阻障m〇sfet 之设計者迄今已嘗試藉由重疊閘極與金屬_半導體介面來 減小此電阻。接著，隨著閘極開啟，通道内引起之電荷使 開啟狀態之剩餘Schottky阻障（其用作穿隧阻障）變薄。然 而’閘極至源極/㈣重疊產生增加的短通道效應及負載電、 容，從而降低電路性能。本發明中，低金屬操作功能用作 延伸區域上較大正閘極電壓，而高金屬操作功能用作延伸 區域上較大負閘極電壓。 η通道MOSFET(例如）内之操作功能較佳的係低於通道内 F e r m i位準減開啟狀態閘極電壓與通道臨界電壓間之差 異。此確保延伸内引起之電荷至少與開啟狀態下間極所引 起的電荷同樣多。隨著峰值閘極電壓（「供應電壓」）降低， 重疊閘極與金屬/半導體接面之技術變得低效，而本重疊延 伸技術在減小之閘極電壓下保持有效。 當閘極重疊源極及/或没極處之金屬/半導體介面時，金屬 /半導體介面處電場之閘極電麼依#可影響開啟電晶體之 方式。對於η通道MOSFET，在臨界電壓附近的閘極電壓 處，介賴近之電荷密度較小。隨著閘極增加至臨界 電壓以上’介面附近之電荷密度將增加，同時介面附近之 電場將加強。此增加電場減小與金屬/半導體介面相關聯之 電阻。料僅稍高於臨界電麼之間極，此等介面之電 98321.doc -32- 1293472 阻較大，因此相對扣生丨 寸抑制了電流，直至閘極電壓接近其高於 臨界電壓之最大值。另一方面，採用本發明’金屬/半導體 介面附近之電場對於全部閉極電壓較高。因此，與金屬/半 導體介面相關聯之電阻即使對於稍高於臨界電壓之閑極電 壓亦較低。如理想咖㈣所期望，藉由通道電阻控制源 極與〉及極間之電阻。μ $彳 因此S與具有閘極至源極/汲極重疊之 電晶體相比時，雷日獅组μ + + 兔日日體k供牙過較寬閘極電壓範圍的較高 電流。 重璧閘極與金屬/半導體接面之另-缺點為，對於給定的 源極^及極分離，閘極長度相對於無金屬/半導體接面之間 極重豐的情形之最終增加提高了閘極電容。另一方面，若 ㈣長度相對於無金屬/半導體接面之㈣重疊的情形係 固定的’最終降低之源極錢極分離產生惡化之「短通道 效應」，可能包括降級之「次臨界斜率」。 圖8顯7F某些上述選項之範例。在視圖8⑷、8⑻及8⑷ 所π之—個範例中，重疊區域内之金屬可與接觸處的金 屬相同或不同。8⑷中，電晶體132無用於S/Dm之電晶體 2 口此此係「金屬s/D」或「sch〇ttky S/D」裝置。藉由 金屬S/D 138之部分(其重疊延伸區域136内之半導體)的有 效操作功能引起實質延伸136〇8(b)中，電晶體⑽具有僅在 Μ半導體接觸⑷處使用的摻雜，其中實質延们料取代換 雜延伸，並提供對通道〗46之電流路徑内之連結。9(c)中， 電晶體148在金屬/半導體接觸15〇與通道152間具有沿整個 區或1 50之摻雜，但貫質延伸丨54補償摻雜，從而增加區域 98321.doc -33- 1293472 之導電率並減小外在裝置電阻。 重要的係注意在金屬源極/汲極Fet之先前說明中，以及 在以下說明中，金屬/半導體基礎在金屬與半導體間之接面 處可具有超薄絕緣體，使得金屬/絕緣體/半導體接面具有適 當較低接觸電阻。請參閱D.E· Grupp的美國專利第6，198，113 號’ D.E· Grupp及D_ Connelly所著之「靜電隔離穿隧電晶體」 2000 ; D· Connelly等人；2〇〇3年以奈米技術討論會第122至 123頁’其各以提及方式併入本文中。 此絕緣體之許多不同幾何形狀皆有可能。一項具體實施 例中’延伸區域内之絕緣體具有與通道上之閘極絕緣體相 同的厚度。此可簡化製造，因為延伸區域内之絕緣體及通 道區域上之絕緣體可同時加以製造。 另一具體實施例中，延伸區域内之絕緣體具有與通道上 之閘極絕緣體相同的厚度。例如，有利的可係延伸區域内 之絕緣體比閘極上之絕緣體更薄。此產生延伸區域内之較 大感應電荷，其可改進電晶體性能。可藉由透過絕緣體從 重疊金屬進入延伸區域（藉由量子力學穿隧處理）之電流完 成此結果。此額外電流亦可增強性能。 一些具體實施例中，有利的可係具有比通道區域内之絕 緣體更厚的延伸區域上絕緣體。此可具有減小源極/汲極區 域與通道（減小所謂「汲極感應阻障降低」）間之靜電麵合的 優點。製造考量亦可使更厚的延伸絕緣體符合需要。 即使忽略在上個段落提及之較厚絕緣體的原因，若目的 係最大化延伸區域感應電荷之導電率，最佳絕緣體厚度可 98321.doc -34- 1293472 非零。由於將厚度減小至此值以下，例如，由於傾向於「固 疋」金屬有效操作功能之金屬/半導體互動，感應電荷之較 大分率無法與至通道之導電率成正比。可不同於閘極與通 道間之絕緣體厚度的較佳具體實施例内之最佳厚度將平衡 總感應電荷’以及電荷影響至通道之導電率的程度。 例如，若有效操作功能之固定係由於電子狀態從金屬至 Si的延伸（金屬感應能隙狀態（MIGS)，請參閱上文， 以及若此等狀態之特徵為量子力學複數動量，其在平行於 半導體/絕緣體介面之方向上主要為實數的，但在垂直於介 面之方向上主要為虛數，則該情形可為此電荷能夠影響平 行於介面之導電率。與在平行於介面之平面内具有正㈣ 成分無關，垂直於介面之負動能成分可導致此電荷具有半 導體能帶隙内之淨能量。此情形中，纟能隙内之狀態中引 起的電何可降低延伸區域内電阻，與在價電子帶或導電帶 内引起的電荷相同。然而，在延伸區域内之半導體能帶隙 中引起的電荷與在通道内之半導體價電子帶或導電帶中引 起的電荷間可存在能量差異。此能量差異可產生延伸區域 與通道間之較高電阻成分。對於在導電帶或價電子帶内的 :伸區域中引起之電荷，不應存在此電阻成分，因為其能 量與通道内電荷相同。當然，其他物理說明及/或機制可負 責延伸區域上有效金屬操作功能之固冑，因此不足厚度之 絕緣體可導致電荷減少（其實f上影響源極/汲極與通=間 之導電率）的原理較一般。 -項具體實施例中延伸區域上之絕緣體可為二氧化矽 98321.doc -35- 1293472 (Si〇2)或相關化合物，例如Si〇x(對某正數x)4Si〇為⑼某 些正數XAy)。已觀察到與Si02接觸之金屬呈現較接二其理 想值的操作功能（上文Yeo等人，兩處參考）。 另一具體實施例中，延伸區域内之絕緣體可為氮化石夕 ⑻3N4,或更—般的SiNx，對於某正數χ)。已觀察到金屬在 其與氮切之介面處的有效操作功能比接觸Si02時相同金 屬之有效操作功能稍微遠離其理想值（上文Yeo等人，兩處 參考）。從製造觀點看，使用氮切可較有利，因為重疊金 屬與閘極間之間隔物亦可為氮化矽。因此，可同時製造閘 極間隔物與延伸絕緣體。 另一具體實施例中，延伸絕緣體可具有遠高於Si02之介 電常數。對於與SiQ2層相同之厚度此可較為有利，在延伸 區域内引起較大量之電荷。 另一具體實施例中，重疊區域内之金屬可與源助及極及 閘極電絕緣’並且不會與電路内任何電壓來源連接。此狀 況稱為「浮動」。 另-具體實施财，延伸區勒之金屬延伸至盥通道邊 緣之-距離内，使得實質延伸形成到達通道邊緣^實質連 續連結、。-較佳具體實施例中’金屬與絕緣體之重疊應小 於通道邊緣之約1 5 nm内。此分離使爽白鬥4 刀雕便木自閘極及來自低操作 功能金屬之邊緣電場可形成實質延伸蛊 r兴通道間之低電阻鏈 接0 隨著閘極長度下 變得更為重要。半 降’根據本發明建立之實質延伸的優點 導體工業協會所公佈的國際半導體技術 98321.doc -36- 1293472 藍圖2002更新提出延伸深度應不大於實體閘極長度的約 55%。圖9比較此要求與厚度為h5 nm至2 nm之實質延伸。 曲線值為接面深度對閘極長度之比率。曲線圖頂部的陰影 區以年鑑突顯2002 ITRS藍圖之目標，剩餘頻帶係用於厚度 約為1.5nm至2 nm之實質延伸的比率範圍。從圖中可看出， 本發明所提供之實質延伸匹配或超過低至約3 nm至4 之 實體閘極長度的ITRS接面深度目的，恰好超出ITRS閑極長 度投影。 此時應注意先前已與金屬S/D M〇SFET一起使用實質延 伸。2002裝置研究討論會摘要第“至牝頁（2〇〇2)，h 等人所著之「具有極佳雙極性能之奈米級無植入3相^ 阻障SOI FinFET」中，說明使用置於Sch〇ttky S/D FinFE耶 有形成於矽「鰭」側壁上之通道的雙閘極]^〇卯]^丁）上之偏 壓以形成偏壓感應延伸。圖1〇複製來自該論文的示意 圖。裝置156為雙極的，其中可根據經由Ai覆蓋層158上之 充分正（電子）或負（電洞）偏㈣電子還是電動黏接至以表 面來實現η通道或p通道性能。⑽s/d 16〇具有中能隙 有效操作功能，因此雖然具有實質電阻，仍可採用感應電 子或感應電洞層來導電。除S/D操作功能及雙極操作功能之 問題外，引起實質延伸之偏麼方法在源極/沒極16〇、閘極 162與AI覆蓋層158間產生實質電容。 由本與—等人之方法實質上不同之處在於本發明 ^金屬之有效操作功能明顯處於半導體能帶隙外部。此 〇2接觸之A1的情形，其中辦為參考半導體（如Lin 98321.doc -37- 1293472 等人所使用）。A1的操作功能約為4·ι v，僅接近Si能隙之邊 緣，前提為Si電子親和性約為4 05 v。採用低（11通道）或高（p 通道）操作功能，不再需要偏壓來將電荷吸引至表面，從而 提供減小電容之機會。 根據本發明，可實現在導體/半導體S/D接觸與通道間形 成增強導電率層，較佳具體實施例甲，使用以下内容： 1 ·適當操作功能之導體（通常為金屬）。 2 ·導體與半導體間之一絕緣體，其具有適當特性： a) 對於隨後製造及裝置操作中所遇到的狀況，該絕緣 體及與其接觸之材料在化學上較為穩定。 b) 絕緣體應形成與半導體之高品質介面。 勾絕緣體應充分解固定導體之操作功能（請參閱Yc. Yeo等人所著之「高匕閘極介電材料對金屬及矽閘極 操作功能之效應」，IEEE Elec· Dev· Lett•第23卷第 342至 344 頁（2002))。 d)絕緣體應足夠薄，並具有充分電容率，以便在導體 與半導體間實現足夠高之電容。高電容有效地將低 (η通道FET)或高（P通道FET)操作功能轉換至高電 荷密度。 3·導體應以足夠接近通道邊緣之方式重疊絕緣體。一示 範性情形中，此接近應在通道邊緣之約1511爪内（請參 閱上文C0nnelly等人，2004年VLSI討論會）。此分離 使㈣閘極及來自低操作功能金屬之邊緣電場可形 成實質延伸與通道間之低電阻鏈接。 98321.doc -38- 1293472 4·導體應足夠薄，使其對S/D及/或閘極並非額外電容的 源極。 5·導體應與相關聯之S/D連接，儘管替代組態包括連接 導體與閘極、連接導體與另一參考電位或使導體可浮 動。若導體與閘極連接，閘極電容將增加，電路速度 將減小。其並非本文推薦之方法。若導體與分離參考 電位連接（如圖1所示之偏壓側閘極MOSFET所採 用）’電容懲罰亦可能過多，並且電路複雜性可能增 加。最後，若允許導體浮動，「記憶體效應」係一問 通其中導體之電何狀態隨時間變化，其取決於施加 於裝置之電壓的歷史。 在設計良好之FET中，主要電阻來源為閘極所控制之通 道。與通道電阻相比其他電阻來源因此應較小。一較佳具 體實施例中，本發明不會引入與通道電阻相比的較大電阻 來源。 例如，考慮一對稱、n通道、超薄體、絕緣體上矽]^〇卯£丁 164,其具有通道長度L及長度*aL/2之實質S/D延伸，如圖 11所示。因此總實質延伸長度為〇^。假定負責形成實質延 伸之導電材料170下的閘極絕緣體166及絕緣體168皆為具 有單位面積電谷(^⑽之Si〇2。另外假定Si 1 72實質上全部未 摻雜。MOSFET 164具有金屬S/D接觸174及閘極176。 用於實質延伸178(QX)及通道180(Qc)内之片電荷密度的 說明性近似值如下，其中假定延伸區域上之金屬的有效操 作功能ΦΧ>Α，Xe為延伸及通道區域内半導體之電子親和 98321.doc -39- 1293472 性’以及閘極電壓VG>Xe-<DG，其中Φ〇為閘極電極之操作功 能：
Qc = C〇x(V G + Xe-Φθ)
Qx=c〇x(xe-〇x) 此等區域之電阻與其長度成正比。因此，通道之電阻（R ) 對實質延伸之電阻（Rx)的比率如下，其中假定通道内及延伸 内之有效遷移率等於：
Rx 為評估此比率，可使用特定近似值。對於該通道，臨界 電壓VT=d>G-Xe應至少約為〇·3伏特（Y. Taur與丁· Ning所著之 現代VLSI設計基礎（1998))。對於閘極電壓，電路操作過程 中特徵值為0.7VDD，其中VDD為供應電壓（請參閱^•之公^ 5.38，以及以下說明）。假定通道長度對延伸長度比率為 4:1，得出α=0·5。假定此等參數，Re/Rx應至少為2(電阻之 至少三分之二在通道内）。唯一剩餘參數為（]^_φχ)，其限制 為：
Xe-〇X>A(K^Fr)/a
Kx 採用選擇值，此關係式變為：-
Xe-〇x>0.7VDD.〇,3V 此結果在圖12中繪製，其顯示延伸導體之操作功能與半 導體頻帶邊緣間的目標分離’半導體頻帶邊緣與供應電壓 成函數關係，以滿足用於η通道M0SFET之實質延伸電阻椤 準。應注意雖然供應電壓超過約2伏特，金屬操作功能之約 98321.doc -40· 1293472 束較為嚴格，隨著供應電遂降至15伏特以下，所需要之 (Xe-Φχ)變得小於0.75 V ’即採用寬範圍之金屬/半導體組合 可到達之—範圍。疏化或另外增加重疊金屬下絕緣體之電 容為放鬆對（Xe_(Dx)之約束的方式。藉由增加感應延伸内之 遷移率可進—步放鬆約束，例如㈣應力（參閱段落）。 P通道MOSFET之反分析相同，得出：
(I)x-(Xe+EG)>〇.7VDD.〇e3V 圖13顯示根據本發明之具體實施例配置的一些樣本結 構。區域藉由組成其之材料的類型加以指示： 2、Si3N4、SiNx、Zr02、Hf02 a) U絕緣體，例如Si〇 等。 b) ^半導體’例如Si、GexSii x、Ge、特定以c為主 之材料、GaAs等。 c) m:金屬，例如 w、Er、Yb、ptin ^
Ni NiSi、Co、COSI、ErS17、PtSi、PtGe、 特定形式之C、退化摻雜半導體等。各區域可由一 或夕個此等材料組成。閘極⑹可為金屬或接雜半 導體。 電容性耦合之路徑以電容器符號「H卜」來指示。圖1: 之視圖⑷至⑴用於n通道FET。因此，處於電容器之一末端 的金屬具有小於另—末端附近的半導體之電子親和性的有 效細作功通道，電容^之金屬末端應具有比 大於電容器另一端附近的半導體電子親和性之一能帶隙更 大的有效操作功能。未指定半導體區域内之摻雜，此等幾 98321.doc -41 - 1293472 何形狀適用於摻雜S/D及金屬S/D設計。本發明者未將全部 此等電晶體視為最佳設計。然而，各電晶體說明本發明之 一範例。 (a) 重疊：此組態中，低操作功能金屬182以平行板電 容器方向懸挂於延伸區域184上。此可為最有效設 計。 (b) 成角度：此處，重疊區域186並不與延伸表面188 共面。由於（例如）製造問題，此設計可較佳。 (C)凹穴：此範例中，耦合來自完全空乏半導體層190 之下。該層應足夠薄，以便當電晶體處於開啟狀 態時，將感應電荷層192充分連接至通道194，以 增加對通道之導電率。 (d)纏繞··此設計為（a)與（b)之組合，其中低操作功能 金屬（I96、2〇〇)重疊薄半導體層198之上方（196) 及下方（200)。由於埋入金屬層2〇〇與通道202間的 靜電耦合，此設計較差，除非使用雙閘極組態（半 導體層上方及下方的閘極）。 0)浮動··此處，低操作功能金屬2〇4未與S/]D 2〇6連 接。由於製造問題，此設計較佳。 (0底板·金屬層208在埋入氧化物2 10下，埋入氧化 物210在完全空泛半導體層212下方。由於製造問 題，此設計較佳。此方法之可能問題包括與底板 相關聯之電容，以及相對於無底板金屬2〇8或採用 具有較大操作功能之金屬來取代的情形通道214 98321.doc -42- 1293472 具有減小之臨界電壓。在互補處理中，若^通道及 ρ通道電晶體皆位於相同基板上，可需要從ρ通道 FET下方省略低操作功能金屬，可能以高操作功 能金屬來取代。此設計不同於先前底板設計，其 在半導體能帶隙内或實質上在其邊緣處具有有效 底板操作功能。例如，η通道Si FET下方之p+ Si(W. Xiong與J.P. Colinge所著之「自我對準植入接地平 面完全空泛SOI MOSFET」，電子學刊第23卷第 2059至2060頁（1999))、η通道Si FET下方之未指定 中能隙金屬（H.S.P· Wong等人所著之「用於25 nm 通道長度代的雙閘極接地平面及單一閘極超薄 SOI MOSFET之裝置設計」，1998 IEEE IEDM技術 摘要第407至410頁（1998))，或n通道si FET下方之 中能隙金屬矽化物（J.S· Hamel等人所著之「具有 埋入接地平面之絕緣體上矽基板（Gps〇I)的基板 串音抑制能力」，IEEE Microw· Guid· Wave Lett 第4卷第134至135頁（2000))。使用此等其他底板設 計之原因包括減小短通道效應並採用底板偏壓調 諧裝置臨界電壓。此等兩個原因亦適用於圖式所 示之底板設計。 (g)分離式底板：此係情形⑺之子集。此處，底板金 屬分為兩個部分216a及216b ’其較佳的係採用與 閘極自我對準之程序，以便延伸區域218下方之操 作功能比通道區域220下方更低，目的係改變底板 98321.doc -43- 1293472 對電晶體臨界電壓之效麻。 ⑻部分底板：此處，將來自（f)之底板金屬222限於裝 置子集’較佳的係專門在延伸區域224下方。此方 法之優點為除減小對通道226之臨界電壓的影塑 .外，相對於（f)所示版本可能減小電㈣罰。θ (0垂直FET:此顯示不對稱（即源極與沒極具有不同 設計)垂直裝置之範例。主體由中央半導體區域 228形成。頂部為金屬S/D23()，底部具有換雜μ 232。金屬S/D 230重疊延伸區域234内之中央半導 體228。結構可為軸向對稱的，該情形中為圓柱 形，或「奈米管」或「支柱」FET。或者，其可 具有「垂直」平面内之方形或近似方形斷面。或 其可為鰭狀幾何形狀，斷面以相對於半導體厚度 之較大距離延伸至紙張平面内。 圖U及15顯示採用半導體裝置模擬器Dessis 8 55 (URL:http://www.ise.com/)來執行的模擬。所有情形中，_ 度摻雜Si，且裝置處於平衡（閘極至源極電壓為零，反轉層 不在閘極下方）。圖14中，在兩種金屬S/D完全空泛絕緣體 上矽（FDSOI)n通道MOSFET間進行比較，一種具有重疊延 伸區域之第操作功能金屬（視圖14(b))，另一種無任何金屬 重疊（視圖14(a))。模擬中，假定金屬在與si〇2之介面處具 有有效操作功能Φοχ=3 V，以及在與Si之介面處具有有效操 作功能〇SD=4.05 V(Si電子親和性）。將矽製成輕度播雜p 型’厚度為7 nm。閘極絕緣體及重疊金屬下方之絕緣體比 98321.doc -44- 1293472 指定為1.3 nm之Si〇2。針對零偏移狀況比較電子輪廓。採用 該重疊，高濃度電荷較明顯（應注意由於視圖14(b)中之重義 區域的靜電耦合引起之電子實質反轉區域）。此電荷實質上 改進了經由熱離子場發射的從金屬S/D至矽之電子傳輸。 圖15中，比較具有重疊之兩個FET。將裝置尺寸指定為 與圖14之模擬所使用的尺寸相同。一情形（視圖15(a))中， 重疊區域内使用低操作功能（有效操作功能3 v，稍低於模 仿之Si電子親和性4.05 V)。另一情形（視圖15(b))中，重疊 區域内之有效操作功能限於Si電子親和性。對於較低操作 功能金屬，觀察到可觀電荷累積，峰值密度為 1.5x1〇19/cm3。然而對於較高操作功能金屬，無法形成^電 荷密度區域。 圖16顯不用於摻雜源極/汲極完全空乏絕緣體上矽^通道 MOSFET之模擬電子密度輪廓的比較。假定在模型中，中 能隙金屬，例如NiSi、CoSi或TiSi(其全部普遍用於復〇8 技術），用於接觸摻雜S/D。考慮兩個用於重疊金屬之選項。 -選項（視圖16⑷及i 6(b))中’重疊金屬具有3v之低有效操 作功能，稍低於si電子親和性。另—選項（視圖i6(c))中， 重疊區域使用具有4.6 V操作功能⑻能帶隙内)之中能隙金 屬。 —從低操作功能金屬之結果顯而易見，存在高電荷區域（即 實質延伸）之急劇形成’峰值電子濃度超出，/一。此電 荷區域實質上與閘極雷廢益 冤垄…、關’因此用作厚度可比反轉層 厚度的延伸，約為2 。相屮少τ . 相比之下，ITRS藍圖之2002更新 98321.doc 45- 1293472 要求2007内之1〇至17 nm的延伸深度。如視圖16(b)所示， 此貫質延伸橋接摻雜S/D(圖式左邊的深區域）與通道（圖式 右邊的淺區域）間之能隙。視圖16(〇顯示中能隙重疊金屬之 結果。其中無在S/D與通道間產生額外能隙的高密度感應區 域。 因此’已說明具有藉由接近導體（例如金屬）在通道與源 極及/或汲極間之傳導路徑中引起的電荷層之電晶體，該導 體在引起電荷之區域内擁有半導體能帶隙外部的操作功 能。本電晶體之一項具體實施例中，存在一或多個金屬/半 導體源極/汲極接觸與通道間之區域，其中藉由接近一金屬 增強導電率，該金屬與閘極電絕緣，以及在此區域中，藉 由絕緣體與半導體分離，對於金屬/半導體接觸與通道間之 區域内的某半導體，有效操作功能明顯處於半導體能帶隙 外部。半導體可為Si、Ge或C或任何此等材料之合金，或者 更般為HI A族及VA:$^元素化合物或合金、η a_b族及via 族元素化合物或合金、IIA-B族、ΠΙΑ族、IVA族、VA族及/ 或VIA族元素化合物或合金、聚合物或另一半導體材料。 負責導電率增加之金屬的有效操作功能在其與絕緣體之 介面可為半導體能帶隙外部之至少〇· 1 V、半導體能帶隙外 部之0·2 V、半導體能帶隙外部之至少〇·4 v、或半導體能帶 隙外部之至少0·8 V。 負責導電率增加之金屬可主要包含由原子分率決定的一 或多個鑭族元素（原子序數57至70,含57及70)、由原子分率 決定的一或多個婀族元素（原子序數89至1〇2，含89及102) 98321.doc -46 - 1293472 或由原子分率決定的一或多個稀土元素（原子序數57至 70，含57及70，以及89至102，含89及102)。一些情形中， 負責導電率增加之金屬可為Er或主要為Er之合金（具有最 大原子分率的元素為Er) ; Yb或主要為Yb之合金（具有最大 原子分率的元素為Yb); Mg或主要為Mg之合金（具有最大原 子分率的元素為Mg) ; Pt或主要為Pt之合金（具有最大原子 分率的元素為Pt) ; Ir或主要為卜之合金（具有最大原子分率 的元素為Ir)。作為替代或附加，負責導電率增加之金屬可 為退化摻雜η型半導體，其中半導體之電子親和性在退化摻 雜半導體靜電影響内的延伸區域中明顯在某半導體之能帶 隙的外部；或退化摻雜Ρ型半導體，其中半導體之電子親和 性與能帶隙之和在退化摻雜半導體靜電影響内的延伸區域 中明顯在某半導體之能帶隙的外部。 一些情形中，負責導電率增加之金屬可與金屬/半導體源 極/汲極接觸電連接，其中金屬/半導體接觸可具有超薄（如 以上所定義）介面絕緣體。負載導電率增加之金屬，儘管與 此金屬/半導體介面接觸，不必為與金屬/半導體介面處相同 之金屬。負載導電率增加之金屬可「浮動」，並不與裝置或 電路之任何其他部分電連接。金屬/半導體接觸處的金屬可 t為合金或化合物，其主要由負責導電率之金屬以及半導體 、成此σ金或化合物可藉由沈積低或高操作功能金屬， 然後使其與半導體發生化學反應，在該區域留下未反應金 屬以在延伸區域内引起電荷而形成。若通道與S/D金屬間之 電阻相對於參考情形至少低1〇%，可假定導電率實質上得 98321.doc -47- 1293472 以增強，參考情形中以具有截短至源極/沒極與通道間之延 伸區域内半導體之最大限制頻帶邊緣（最高親和性導電 帶’最低親和性價電子帶）的操作功能者取代負責導電率增 加之金屬。或者’如上所述，通道與金屬間之電阻不大: 參考情形電阻之-半除外。作為替代或附加方案，若在通 道與金屬/半導體源極/汲極接觸間之延伸區域的某部分 中，平衡半導體處於與形成平衡通道相同類型之載子的強 反轉狀態、’可假定導電帛實質上得以增強，❿若在反轉狀 f之延伸區域中，以具有截短至附近半導體之最大限制頻 帶邊緣（最高親和性導電帶，最低親和性價電子帶）的操作功 能者取代該金屬，則與形成通道相同類型之載子的反轉狀 態不再平衡地存在於相同位置處。或者，若在通道與金屬/ 半導體源極/汲極接觸間之延伸區域的某部分中，平衡半導 體處於與形成平衡通道相同類型之载子的強反轉狀態，可 假定導電率實質上得以增強，而若在累積狀態之延伸區域 中，以具有截短至附近半導體之最大限制頻帶邊緣（最高親 和性導電帶，最低親和性價電子帶）的操作功能者取代該金 屬，則強累積狀態不再平衡地存在於相同位置處。—肚情 形中，若在通道與金屬/半導體源極/汲極接觸間之延伸區域 的某部分中，而該部分距離通道不遠於距離源極/汲極接 觸’靜電分析指示通道載子濃度增強至少三倍，若以具有 截短至附近半導體（強反轉或強累積狀態）之最大限制頻帶 邊緣（最高親和性導電帶，最低親和性價電子帶）的操作功能 者取代§亥金屬則高於三倍，可假定導電率實質上得以辦 98321.doc -48· 1293472 強。或者 的某點，. 右在通道與金屬/半導體S/D接觸間
可假定導電率得以增強。 之延伸區域 於距離S/D接觸，靜電分析指 .應用的開啟間極電壓與關閉 由於平衡靜電耦合引起的單位 間的單位面積電荷一樣大，則 ’電晶體可為η通道MOSFET，以及負 各種具體實施例中， ¥電率乓加之金屬具有小於延伸區域内某半導體之電子 親和性的操作功能；或為ρ通道m〇sfet，以及負責導電率 ^之金屬具有比大於延伸區域内某半導體之電子親和性 之能帶隙更大的操作功能。 【圖式簡單說明】 本發明將藉由範例及附圖來進行解說，但本發明未限定 在這些範例及附圖内，其中： 圖1說明具有Gonzalez等人所說明之分離偏壓間隔物技 術的電晶體之示意性斷面圖； 圖2說明Pariii〇等人所說明之偏壓間隔物裝置； 圖3說明Baucmschmitt等人所報告之使用Yb/Si〇2/Si接面 來建立操作功能感應電子層； 圖4包括4a、4b及4c，顯示Kunze等人所報告之使用 Mg/SiOVSi接面來建立操作功能感應電子層； 圖5顯示Tove等人所報告的於MESFET内使用以及 圖ό包括6a至6d，提供根據本發明之具體實施例採用具有 98321.doc -49- 1293472 重疊閘極結構之MOSFET配置的電晶體之比較； 圖7以圖形方式說明與低操作功能金屬、半導體及高操作 功能金屬相關聯之頻帶參數； 圖8包括8a至8c，顯示根據本發明之具體實施例所使用的 電晶體摻雜策略之各種斷面圖； 圖9包括9a至9c，顯示採用本發明之具體實施例可實現之 電晶體參數以及多年來用於此類參數之工業計劃的比較； 圖10說明具有如Lin等人所報告之偏壓感應延伸的雙極 Schottky 源極/汲極 FET ; 圖11說明根據本發明一項具體實施例配置之電晶體並突 出其特定實體尺寸； 圖12為說明延伸金屬之操作功能與半導體頻帶邊緣間之 目標分離的曲線圖，該目標分離與用於根據本發明之具體 實施例所配置的η通道MOSFET之供應電壓成函數關係； 圖13包括13a至13i，說明用於根據本發明之各種具體實 施例配置的電晶體之源極/汲極延伸區域幾何形狀的許多 範例； 圖14包括丨“及丨朴’提供根據本發明之具體實施例用於 具有及無重疊金屬的完全空乏絕緣體上矽11通道河〇卯£丁 之模擬電子密度輪廓的比較； 圖15包括15a及15b，提供根據本發明之具體實施例用於 具有不同有效操作功能之重疊金屬的完全空乏絕緣體上石夕 η通道M0SFET之模擬電子密度輪廓的比較； 圖16包括16a、16b及16c，接供頊认协从# 扠仏用於摻雜源極/汲極完全 98321.doc -50- 1293472 空乏絕緣體上矽η通道MOSFET之模擬電子密度輪廓的比 較。根據本發明之各種具體實施例一種裝置具有金屬重 疊，而另一種具有重疊金屬，其具有半導體能帶隙内之有 效操作功能。 【主要元件符號說明】 10 電晶體 12 側閘極 14 閘極 16 絕緣體 18 源極/汲極區域 20 間隔物氧化物 22 電荷層 24 通道 26 電晶體 28 間隔物 30 源極 31 延伸區域 32 汲極 33 延伸區域 34 自對準矽化物 36 裝置 38 Yb/Si02 介面 40 電子層 42 Si/Si02 介面 98321.doc -51 -
Yb/Si02/Si穿隧接面 n+ Si區域 理想結構
Mg層
Si02 層
Si 接近表面電子層 結構
SiO』
Mg/Si接觸 裝置 操作功能感應電子層 源極接觸 汲極接觸 通道
Mg重疊
Si〇2 裝置 裝置 金屬 源極/汲極金屬 金屬 源極/沒極金屬 Si02 -52- 電晶體 導體 延伸區域 源極及/或汲極區域 通道區域 絕緣體 閘極 半導體
傳統FET 閘極 半導體 金屬/半導體S/D接面 電晶體 延伸區域 n+源極/汲極區域 金屬源極/汲極接觸 通道 重疊金屬 閘極 絕緣體 閘極至源極/汲極重疊結構 n+源極/汲極區域 閘極 低操作功能金屬 -53- 1293472 128 半導體 130 高操作功能金屬 132 電晶體 134 源極/汲極區域 136 延伸區域 138 金屬源極/汲極 140 電晶體 142 源極/ >及極半導體接觸 144 延伸區域 146 通道 148 電晶體 150 金屬/半導體接觸 152 通道 154 延伸區域 156 裝置 158 A1覆蓋層 160 CoSi源極/汲極 161 Si表面 162 閘極 164 金氧半導體場效電晶體 166 閘極絕緣體 168 絕緣體 170 導電材料 172 Si 98321.doc -54- 金屬源極/汲極接觸 閘極 延伸區域 通道 低操作功能金屬 延伸區域 重疊區域 延伸表面 完全空乏半導體層 感應電荷層 通道 低操作功能金屬 半導體層 低操作功能金屬 通道 低操作功能金屬 源極/汲極 金屬層 埋入氧化物 完全空泛半導體層 通道 底板金屬之部分 底板金屬之部分 延伸區域 -55- 1293472 220 通道區域 222 底板金屬 224 延伸區域 226 通道 228 半導體區域 230 金屬源極/汲極 232 摻雜源極/汲極 234 延伸區域 98321.doc

Claims (1)

  1. Ί q修(:更)正 12934亂828號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(96年9月;) 十、申請專利範圍·· u 包:在介"導通通道與-通道分接 與該氟庳雷荇择民细 。亥傳導路徑接近 電晶2電何層局部絕緣之—導體，該導體進—步與該 之閘極絕緣並在引起該電荷之該t s _ 域内擁有一半導體之一能帶隙外部的一操作功能。 2.如睛未们之電晶體，其中該半導體通道與該通道 t之導電率可相料-參考情形增強至少約跡該參考 W中該導體具有該感應電荷區域内之該半導體的該能 ▼隙内或該能帶隙之一邊界處的一操作功能。 3·如明求項！之電晶體，其中該通道分接頭包含一換雜源極 /汲極接觸。 4·如明求項丨之電晶體，其中該通道分接頭包含一金屬源極 /汲極接觸。 5·如明求項1之電晶體，其中該通道分接頭包含一 Schottky 源極/汲極接觸。 6·如請求項3之電晶體，其中該半導體通道係由選自一清單 的一半導體所製成，該清單包含：Si、Ge、C或Si、Ge及 /或C之合金。 如請求項3之電晶體，其中該半導體通道係由選自一清單 的一半導體所製成，該清單包含：：IIIA族及VA族元素 之一化合物、III A族及VA族元素之一合金、IIA-B族及VIA 族元素之一化合物、ΠΑ-Β族及VIA族元素之一合金、 IIA-B族、IIIA族、IVA族、VA族及/或VIA族元素之一化 98321-960907.doc 1293472 合物、或IIA-B族、ΙΙΙΑ族、IVA族、VA族及/或VIA族元 素之一合金。 8. 如請求項3之電晶體，其中該半導體通道係由一半導體聚 合物、硖（fulleride)或其他以分子碳為主之材料所製成。 9. 如請求項5之電晶體，其中該半導體通道係由選自一清單 的一半導體所製成，該.清單包含：Si、Ge、C或Si、Ge及 /或C之合金。 10. 如請求項5之電晶體，其中該半導體通道係由選自一清單 的一半導體所製成，該清單包含：：ΠΙΑ族及VA族元素 之一化合物、ΙΙΙΑ族及VA族元素之一合金、ΙΙΑ-Β族及VIA 族元素之一化合物、IIA-B族及VIA族元素之一合金、 IIA-B族、IIIA族、IVA族、VA族及/或VIA族元素之一化 合物、或IIA-B族、IIIA族、IVA族、VA族及/或VIA族元 素之一合金。 11. 如請求項5之電晶體，其中該半導體通道由一半導體聚合 物、硖或其他以分子碳為主之材料製成。 12. 如請求項1之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 接。 13. 如請求項3之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 接。 14. 如請求項5之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 接。 15. 如請求項6之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 接0 98321-960907.doc 1293472 16·如明求項7之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 17·如請求項8之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 18·如請求項9之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 接。 19·如請求項10之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 接。 20·如請求項丨丨之電晶體，其中該導體與該通道分接頭電連 接。 21·如清求項3至2〇中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不大於0.2伏特之操作功能，其低於引起該電荷之該電 晶體之該區域内的該半導體之一電子親和性。 22·如請求項1或3至2〇中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不大於0.4伏特之操作功能，其低於引起該電荷之該電 晶體之該區域内的該半導體之一電子親和性。 23.如凊求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不大於0.8伏特之操作功能，其低於引起該電荷之該電 曰曰體之该區域内的該半導體之一電子親和性。 24·如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不大於1.6伏特之操作功能，其低於引起該電荷之該電 晶體之該區域内的該半導體之一電子親和性。 25.如請求項至20中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不小於0·2伏特但大於一能帶隙之操作功能，其大於引 98321-960907.doc 1293472 起該電荷之該電晶體之該區域内的該半導體之一電子親 和性。 26·如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不小於0.4伏特但大於一能帶隙之操作功能，其大於引 起該電荷之該電晶體之該區域内的該半導體之一電子親 和性。 27. 如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不小於0.8伏特但大於一能帶隙之操作功能，其大於引 起該電荷之該電晶體之該區域内的該半導體之一電子親 和性。 28. 如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體具有 一不小於1 ·6伏特但大於一能帶隙之操作功能，其大於引 起該電荷之該電晶體之該區域内的該半導體之一電子親 和0 29. 如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中分離該導體 與該感應電荷層之一第一絕緣體具有一第一厚度，其小 於或約等於分離該閘極與該半導體通道的一第二絕緣體 之一第二厚度的二倍。 3 0.如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中分離該導體 與該感應電荷層之一第一絕緣體具有一第一單位面積電 容’其大於或約等於分離該閘極與該半導體通道的一第 二絕緣體之一第二單位面積電容的一半。 3 1 ·如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體應為 主要由一或多個稀土元素組成的一金屬，由原子分率來 98321-960907.doc -4 - 1293472 決定。 3 2 ·如印求項1或3至2 0中任一項之電晶體，其中該導體應為 Er或主要為Er之一合金，由原子分率來決定。 33·如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體為Yb 或主要為Yb之一合金，由原子分率來決定。 34. 如請求項1或3至20中任一項之電晶體，其中該導體為…^ 或主要為Mg之一合金，由原子分率來決定。 35. 如請求項1或3至2〇中任一項之電晶體，其中該導體為^ 或主要為Pt之一合金，由原子分率來決定。 36·如請求項至20中任一項之電晶體，其中該導體應為ir 或主要為Ir之一合金，由原子分率來決定。 3 7.如請求項！或3至2〇中任一項之電晶體，其中該導體為一 退化摻雜η型半導體。 3 8·如請求項3至2〇中任一項之電晶體，其中該導體為一 退化摻雜p型半導體。 39·如請求項1或3至2〇中任一項之電晶體，其中該導體係配 置成在形成該電荷之該電晶體的該區域内引起應力。 4〇·如請求項39之電晶體，其中該感應之應力增強在形成該 電荷之該電晶體的該區域内之有效載子遷移率。 4 1 · 一種製造具有由操作功能感應的電荷層之電晶體之方 法其包含一半導體通道與一通道分接頭間之一電晶體 的一傳導路徑内引起一電荷層，該傳導路徑接近與該感 應電荷層並與該電晶體之一閘極局部絕緣之一導體，該 導體在引起該電荷之該電晶體的一區域内擁有一半導體 之一能帶隙外部的一操作功能。 98321-960907.doc
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