Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2006100387A - Field effect transistor and its manufacturing method - Google Patents

Field effect transistor and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2006100387A
JP2006100387A JP2004282057A JP2004282057A JP2006100387A JP 2006100387 A JP2006100387 A JP 2006100387A JP 2004282057 A JP2004282057 A JP 2004282057A JP 2004282057 A JP2004282057 A JP 2004282057A JP 2006100387 A JP2006100387 A JP 2006100387A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal layer
insulating film
field effect
semiconductor region
effect transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004282057A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsuhiro Kinoshita
敦寛 木下
Junji Koga
淳二 古賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004282057A priority Critical patent/JP2006100387A/en
Publication of JP2006100387A publication Critical patent/JP2006100387A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Schottky transistor that controls the boundary shape of a source-drain and the height of a Schottky barrier as well as electrode specific resistance at the same time. <P>SOLUTION: An MIS field effect transistor is provided with: a semiconductor area 112 constituting a channel area; a gate electrode 114 formed on the semiconductor area 112 with a gate insulating film 113 in between; and a source-drain electrode formed on both sides of the semiconductor area 112 corresponding with the gate electrode 114. The source-drain electrode is formed by stacking in the direction of channel length a tunnel insulating film 116 that is formed with the semiconductor area 112 pinching in-between and of which thickness is made enough to be tunnelled by a carrier, a first metallic layer 117 that is formed in contact with the tunnel insulating film, and a second metallic layer 118 that is formed in contact with the first metallic layer 117 and has smaller specific resistance than the first metallic layer 117. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置に係わり、特にソース・ドレインの改良をはかったMIS型電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a MIS field effect transistor with improved source / drain and a method for manufacturing the same.

半導体集積回路の高性能化には、その構成要素である電界効果トランジスタの高性能化が必須である。これまで、素子性能の向上は素子の微細化によって進められてきたが、今後は微細化の限界が指摘されている。中でも浅い接合形成と寄生抵抗低減は深刻な課題と考えられており、国際半導体ロードマップによると65nm世代の10〜20nm接合(ドレイン・エクステンション部)の解は見えていないのが現状である。   In order to improve the performance of a semiconductor integrated circuit, it is essential to improve the performance of a field effect transistor that is a component thereof. Up to now, improvement of device performance has been promoted by miniaturization of the device, but the limit of miniaturization has been pointed out in the future. In particular, formation of shallow junctions and reduction of parasitic resistance are considered to be serious problems. According to the international semiconductor roadmap, there is no solution for a 65 nm generation 10-20 nm junction (drain extension portion).

このような状況に対して近年、従来のpn接合の代わりに、ソース・ドレインをショットキー接合にしたMOSFET(ショットキートランジスタ)が研究されている(例えば、非特許文献1参照)。ショットキートランジスタは、ソース・ドレイン部に不純物の拡散は利用せず、ソース・ドレインを金属で形成するので、極めて浅い接合が可能となる。また、金属自体の抵抗は極めて低いので電極抵抗の低減が達成できる、イオン注入プロセスを省略できプロセスが簡便となる、など種々の利点があり、次世代の電界効果トランジスタとして期待されている。
この種のショットキートランジスタでは、ソース・ドレイン部分のショットキー接合がその特性を決定しており、良好な特性を実現するためには、ソース・ドレインに用いる金属のショットキー障壁高さをキャリアに対して小さくすること、界面形状を平坦に形成すること、金属自体の比抵抗が低いこと、の3つの条件を満たす必要があることが知られている。しかしながら、これらの条件を全て満たすことは困難であった。
J. R. Tucker et al, Appl. Phys. Lett., vol. 65, no. 5, August 1994, pp. 618-620.
In recent years, MOSFETs (Schottky transistors) having a source / drain as a Schottky junction have been studied instead of the conventional pn junction (for example, see Non-Patent Document 1). In the Schottky transistor, diffusion of impurities is not used in the source / drain portion, and the source / drain is formed of metal, so that an extremely shallow junction is possible. In addition, since the resistance of the metal itself is extremely low, there are various advantages such as a reduction in electrode resistance, an elimination of the ion implantation process, and a simple process, and it is expected as a next-generation field effect transistor.
In this type of Schottky transistor, the Schottky junction of the source / drain portion determines its characteristics, and in order to achieve good characteristics, the metal Schottky barrier height used for the source / drain is used as a carrier. On the other hand, it is known that the following three conditions must be satisfied: reduction in size, formation of a flat interface shape, and low specific resistance of the metal itself. However, it has been difficult to satisfy all of these conditions.
JR Tucker et al, Appl. Phys. Lett., Vol. 65, no. 5, August 1994, pp. 618-620.

このように従来、ソース・ドレインの寄生抵抗の低減及び短チャネル効果の抑制のためにはショットキートランジスタが有効であるが、この種のショットキートランジスタにおいてはソース・ドレインに用いる金属のショットキー障壁高さをキャリアに対して小さくすること、界面形状を平坦に形成すること、金属自体の比抵抗が低いことの3つの条件を満たす必要がある。しかしながら、これら3つの特性は、本来、金属の種類によってほぼ決まってしまい、これらの全ての特性を任意にコントロールする手段はなかった。これまでに、これら3つの特性を全て良好に満たすような材料はnMOS用、pMOS用共に無く、このことがショットキートランジスタの実用化を妨げる大きな要因の一つであった。   As described above, Schottky transistors are conventionally effective for reducing parasitic resistance of the source / drain and suppressing the short channel effect. In this type of Schottky transistor, a metal Schottky barrier used for the source / drain is used. Three conditions must be satisfied: the height is made smaller than the carrier, the interface shape is formed flat, and the specific resistance of the metal itself is low. However, these three characteristics are essentially determined by the type of metal, and there is no means for arbitrarily controlling all these characteristics. To date, there has been no material that satisfactorily satisfies all these three characteristics for both nMOS and pMOS, and this has been one of the major factors hindering the practical application of Schottky transistors.

本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、ソース・ドレインの界面形状とショットキー障壁高さ、電極比抵抗を同時に制御することができ、高性能のショットキートランジスタの実現に寄与し得るMIS型電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object of the present invention is to control the source / drain interface shape, Schottky barrier height, and electrode resistivity at the same time. An object of the present invention is to provide a MIS field effect transistor that can contribute to the realization of a Schottky transistor and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

即ち、本発明の一態様は、チャネル領域を構成する半導体領域と、前記半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に対応して前記半導体領域の両側に形成されたソース・ドレイン電極とを具備してなるMIS型電界効果トランジスタであって、前記ソース・ドレイン電極は、前記半導体領域にソース側及びドレイン側でそれぞれ接して形成され、且つキャリアがトンネル可能な厚さに形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜と接してそれぞれ形成された第1の金属層と、前記第1の金属層と接してそれぞれ形成され、該金属層よりも小さい比抵抗を持つ第2の金属層と、をチャネル長方向に積層してなることを特徴とする。   That is, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor region forming a channel region, a gate electrode formed over the semiconductor region with a gate insulating film interposed therebetween, and formed on both sides of the semiconductor region corresponding to the gate electrode MIS field effect transistor comprising a source / drain electrode formed, wherein the source / drain electrode is formed in contact with the semiconductor region on the source side and the drain side, respectively, and carriers can be tunneled A tunnel insulating film formed to a thickness, a first metal layer formed in contact with the tunnel insulating film, and a specific resistance formed in contact with the first metal layer and smaller than the metal layer. And a second metal layer having a layered structure in the channel length direction.

また、本発明の別の一態様は、MIS型電界効果トランジスタの製造方法であって、チャネル領域を構成する半導体領域を形成する工程と、前記半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記半導体領域をチャネル長方向から挟んで、キャリアがトンネル可能な厚さにトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜及び半導体領域をチャネル長方向から挟んで第1の金属層を形成する工程と、前記第1の金属層,トンネル絶縁膜,及び半導体領域をチャネル長方向から挟んで該金属層よりも小さい比抵抗を持つ第2の金属層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。   Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a MIS field effect transistor, comprising: forming a semiconductor region constituting a channel region; and forming a gate electrode on the semiconductor region via a gate insulating film. Forming a tunnel insulating film with a thickness capable of tunneling carriers, sandwiching the semiconductor region from the channel length direction, and sandwiching the tunnel insulating film and the semiconductor region from the channel length direction. Forming a metal layer; forming a first metal layer, a tunnel insulating film, and a second metal layer having a specific resistance smaller than that of the metal layer by sandwiching the semiconductor region from the channel length direction; It is characterized by including.

本発明によれば、ソース・ドレイン電極の一部としてトンネル絶縁膜を用いることにより、ソース・ドレイン電極とチャネル領域との界面形状を平坦に形成することができる。また、トンネル絶縁膜に接する部分を第1の金属層とし、それ以外の大部分を第2の金属層としているため、第1の金属層の選択によりショットキー障壁高さを設定することができ、ソース・ドレイン部分のショットキー障壁高さをキャリアに対して小さくすることができる。即ち、ソース・ドレインの界面形状とショットキー障壁高さ、電極比抵抗を同時に制御することができ、高性能のショットキートランジスタの実現に寄与することが可能となる。   According to the present invention, by using the tunnel insulating film as a part of the source / drain electrode, the interface shape between the source / drain electrode and the channel region can be formed flat. In addition, since the portion in contact with the tunnel insulating film is the first metal layer and most of the other portions are the second metal layer, the Schottky barrier height can be set by selecting the first metal layer. The Schottky barrier height of the source / drain portion can be reduced with respect to the carrier. That is, the source / drain interface shape, the Schottky barrier height, and the electrode specific resistance can be controlled simultaneously, which contributes to the realization of a high-performance Schottky transistor.

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。   The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるMIS型電界効果トランジスタの素子構造を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an element structure of a MIS field effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

シリコン基板110上に、シリコン酸化膜等からなる埋め込み絶縁膜111及びチャネル領域112が形成されている。そして、チャネル領域112上に、ゲート絶縁膜113を介してゲート電極114が形成され、ゲート電極114の側面にはゲート側壁絶縁膜115が形成されている。そして、チャネル領域112をチャネル長方向から挟んでトンネル絶縁膜116が形成され、その外側にはトンネル絶縁膜116と接して第1の金属層117が形成されている。さらに、第1の金属層117の外側には、該金属層117と接して第2の金属層118が形成されている。ここで、トンネル絶縁膜116,第1の金属層117,及び第2の金属層118がソース・ドレイン電極となる。   A buried insulating film 111 and a channel region 112 made of a silicon oxide film or the like are formed on the silicon substrate 110. A gate electrode 114 is formed on the channel region 112 via a gate insulating film 113, and a gate sidewall insulating film 115 is formed on the side surface of the gate electrode 114. A tunnel insulating film 116 is formed sandwiching the channel region 112 from the channel length direction, and a first metal layer 117 is formed on the outer side of the tunnel insulating film 116 in contact with the tunnel insulating film 116. Further, a second metal layer 118 is formed on the outside of the first metal layer 117 in contact with the metal layer 117. Here, the tunnel insulating film 116, the first metal layer 117, and the second metal layer 118 serve as source / drain electrodes.

本実施形態の特徴は、ソース・ドレイン電極を単層の金属で形成するのではなく、トンネル絶縁膜116と第1及び第2の金属層117,118で構成したことにある。これらの構造に望ましい要件は次の通りである。   The feature of this embodiment is that the source / drain electrodes are not formed of a single layer of metal, but are formed of a tunnel insulating film 116 and first and second metal layers 117 and 118. Desirable requirements for these structures are as follows.

トンネル絶縁膜116はキャリアが充分トンネルできるような2nm以下の絶縁膜である。材質は何でも良いが従来プロセスとの整合性を考慮すると窒化シリコン,酸化シリコン,酸窒化シリコン,Hf(Si)O(N)などが望ましい。トンネル絶縁膜116は、熱酸化法やCVD法などによって形成できるが、その界面形状は、通常のシリサイドプロセスで得られるショットキー界面と比べて極めて平坦にすることができる。また、膜厚を薄くすることで、キャリアは容易にこの膜をトンネルできることになる。   The tunnel insulating film 116 is an insulating film of 2 nm or less so that carriers can sufficiently tunnel. Any material may be used, but silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, Hf (Si) O (N), etc. are desirable in consideration of consistency with the conventional process. The tunnel insulating film 116 can be formed by a thermal oxidation method, a CVD method, or the like, but its interface shape can be made extremely flat compared to a Schottky interface obtained by a normal silicide process. Also, by reducing the film thickness, carriers can easily tunnel through this film.

第1の金属層117の厚みはトーマス・フェルミの遮蔽長(1〜2nm程度)以上あればよく、また、その材質はキャリアに対する所望のショットキー障壁(0.6eV以下)を持った金属であればよい。従って、単体金属以外にも、化合物金属は勿論のこと、不純物ドーピングによって仕事関数が変調された金属であっても良い。ソース・ドレインのショットキー障壁はこの第1の金属層117によって形成される。   The thickness of the first metal layer 117 may be equal to or greater than the Thomas Fermi shielding length (about 1 to 2 nm), and the material thereof may be a metal having a desired Schottky barrier (0.6 eV or less) against carriers. That's fine. Therefore, in addition to a single metal, not only a compound metal but also a metal whose work function is modulated by impurity doping may be used. A source / drain Schottky barrier is formed by the first metal layer 117.

第2の金属層118は比抵抗の低い金属が望ましく、従来プロセスとの整合性を考慮すると、Coシリサイド,Niシリサイド,Paシリサイドなどがよい。この第2の金属層118が存在することによって第1の金属層117の比抵抗が高くても、素子全体としては比抵抗を低くすることが可能となる。   The second metal layer 118 is preferably a metal having a low specific resistance, and Co silicide, Ni silicide, Pa silicide, or the like is preferable in consideration of consistency with the conventional process. Due to the presence of the second metal layer 118, even if the specific resistance of the first metal layer 117 is high, the specific resistance of the entire device can be reduced.

このように本実施形態は、ソース・ドレインのショットキー障壁高さを第1の金属層117によって、界面形状をトンネル絶縁膜116によって、さらに比抵抗を第2の金属層118によって制御可能なショットキートランジスタである。これによって、通常は困難な、ショットキートランジスタのソース・ドレインのショットキー障壁高さ・界面形状・比抵抗のそれぞれを所望の状態にコントロールすることが可能となり、高性能のショットキートランジスタを実現することができる。   As described above, in this embodiment, the source / drain Schottky barrier height is controlled by the first metal layer 117, the interface shape is controlled by the tunnel insulating film 116, and the specific resistance is controlled by the second metal layer 118. It is a key transistor. This makes it possible to control each of the Schottky barrier height, interface shape, and resistivity of the Schottky transistor, which is usually difficult, to the desired state, thereby realizing a high-performance Schottky transistor. be able to.

図2及び図3は、本実施形態のMIS型電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図である。   2 and 3 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the MIS field effect transistor of this embodiment.

まず、図2(a)に示すように、面方位(100),比抵抗2〜6Ωcmのシリコン基板110上にシリコン酸化膜などの埋め込み絶縁膜111を形成し、その上にシリコン層112を形成したSOI基板100を用意する。そして、このSOI基板100上に、公知の技術により素子分離領域(図示せず)、ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)113、ゲート電極となる多結晶シリコン膜を積層し、多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート電極114を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, a buried insulating film 111 such as a silicon oxide film is formed on a silicon substrate 110 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 2 to 6 Ωcm, and a silicon layer 112 is formed thereon. The prepared SOI substrate 100 is prepared. Then, on the SOI substrate 100, a polycrystalline silicon film to be an element isolation region (not shown), a gate oxide film (gate insulating film) 113, and a gate electrode is laminated by a known technique, and the polycrystalline silicon film is patterned. Thus, the gate electrode 114 is formed.

次いで、図2(b)に示すように、窒化シリコン膜などを減圧化学的気相堆積(LP−CVD)法などによって堆積した後、RIE法などによってエッチバックすることによりゲート側壁窒化シリコン膜115を形成する。続いて、ゲート電極114及び側壁窒化シリコン膜115をマスクにシリコン層112を選択エッチングする。   Next, as shown in FIG. 2B, after depositing a silicon nitride film or the like by a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method or the like, the gate sidewall silicon nitride film 115 is etched back by an RIE method or the like. Form. Subsequently, the silicon layer 112 is selectively etched using the gate electrode 114 and the sidewall silicon nitride film 115 as a mask.

次いで、図2(c)に示すように、シリコン層112を更にエッチングすることによってシリコン層112をスリミングする。このスリミングされた領域がチャネル領域となる。続いて、公知の熱酸化法及び酸化膜窒化法などによって、チャネル領域112の側面にトンネル絶縁膜116(SiN)を形成する。即ち、チャネル領域112をチャネル長方向から挟むようにトンネル絶縁膜116を形成する。このとき同時に、ゲート電極114上にも窒化シリコン膜121が形成される。   Next, as shown in FIG. 2C, the silicon layer 112 is further slimmed by further etching. This slimmed region becomes a channel region. Subsequently, a tunnel insulating film 116 (SiN) is formed on the side surface of the channel region 112 by a known thermal oxidation method and oxide film nitridation method. That is, the tunnel insulating film 116 is formed so as to sandwich the channel region 112 from the channel length direction. At the same time, a silicon nitride film 121 is also formed on the gate electrode 114.

次いで、図2(d)に示すように、LP−CVD法などによって全面にポリシリコン膜122を堆積する。   Next, as shown in FIG. 2D, a polysilicon film 122 is deposited on the entire surface by LP-CVD or the like.

次いで、図3(e)に示すように、RIE法などによってポリシリコン膜122をエッチバックすることにより、チャネル領域112の側部のみにポリシリコン膜122を残す。即ち、トンネル絶縁膜116及びチャネル領域112をチャネル長方向から挟むように、トンネル絶縁膜116に接してポリシリコン膜122を形成する。   Next, as shown in FIG. 3E, the polysilicon film 122 is etched back by the RIE method or the like to leave the polysilicon film 122 only on the side portion of the channel region 112. That is, the polysilicon film 122 is formed in contact with the tunnel insulating film 116 so as to sandwich the tunnel insulating film 116 and the channel region 112 from the channel length direction.

次いで、図3(f)に示すように、スパッタ法などによって、全面にアルミニウム膜123を厚さ50nm堆積し、更にその上にNi膜124を厚さ150nm堆積する。   Next, as shown in FIG. 3F, an aluminum film 123 is deposited to a thickness of 50 nm on the entire surface by sputtering or the like, and a Ni film 124 is deposited to a thickness of 150 nm thereon.

次いで、図3(g)に示すように、CMP法などによってゲート電極114が露出するまで上部をポリッシュする。   Next, as shown in FIG. 3G, the upper portion is polished by CMP or the like until the gate electrode 114 is exposed.

次いで、例えば530℃,30分の熱処理を施すことにより、図3(h)に示すように、第1及び第2の金属層117,118を形成する。具体的には、熱反応を起こすと、ポリシリコン膜122とアルミニウム膜123の間で原子の交換反応が起こり、ポリシリコン膜122の存在した個所に第1の金属層(Al)117が形成される。さらに、置換したシリコン原子と金属膜124が反応することにより、第1の金属117をチャネル長方向から挟むように第1の金属層117と接して第2の金属層(Niシリサイド)118が形成される。   Next, for example, by performing heat treatment at 530 ° C. for 30 minutes, the first and second metal layers 117 and 118 are formed as shown in FIG. Specifically, when a thermal reaction occurs, an atomic exchange reaction occurs between the polysilicon film 122 and the aluminum film 123, and a first metal layer (Al) 117 is formed at the location where the polysilicon film 122 exists. The Further, the substituted silicon atom and the metal film 124 react to form a second metal layer (Ni silicide) 118 in contact with the first metal layer 117 so as to sandwich the first metal 117 from the channel length direction. Is done.

最後に未反応のNi膜124を除去することにより、前記図1に示したような構造を作製することができる。   Finally, by removing the unreacted Ni film 124, the structure as shown in FIG. 1 can be produced.

(第2の実施形態)
第1の実施形態においては、第1の金属層と第2の金属層を異なる金属で構成したが、第1の金属層としては上述の通り、ショットキー障壁が所望の値に調整されてさえいればよいため、不純物を界面に導入することで第1の金属層と第2の金属層を同じ金属材料を用いて形成することが可能である。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the first metal layer and the second metal layer are made of different metals. However, as described above, even if the Schottky barrier is adjusted to a desired value as the first metal layer. Therefore, the first metal layer and the second metal layer can be formed using the same metal material by introducing impurities into the interface.

図4及び図5は、このような観点による、本発明の第2の実施形態に係わるMIS型電界効果トランジスタの構造及び製造工程を示す断面図である。   4 and 5 are sectional views showing the structure and manufacturing process of the MIS field effect transistor according to the second embodiment of the present invention based on such a viewpoint.

まず、図4(a)に示すように、シリコン基板210,埋め込み絶縁膜211,シリコン層212からなるSOI基板200上に公知の技術により素子分離領域(図示せず)、ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)213、ゲート電極214を形成する。   First, as shown in FIG. 4A, an element isolation region (not shown) and a gate oxide film (gate insulation) are formed on an SOI substrate 200 including a silicon substrate 210, a buried insulating film 211, and a silicon layer 212 by a known technique. Film) 213 and gate electrode 214 are formed.

次いで、図4(b)に示すように、窒化シリコン膜などを減圧化学的気相堆積(LP−CVD)法などによって堆積した後、RIE法などによってエッチバックすることによりゲート側壁窒化シリコン膜215を形成する。続いて、ゲート電極214及び側壁窒化シリコン膜215をマスクにシリコン層212を選択エッチングする。ここまでの基本的なプロセスは第1の実施形態と同様である。   Next, as shown in FIG. 4B, a silicon nitride film or the like is deposited by a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method or the like, and then etched back by an RIE method or the like to thereby form a gate sidewall silicon nitride film 215. Form. Subsequently, the silicon layer 212 is selectively etched using the gate electrode 214 and the sidewall silicon nitride film 215 as a mask. The basic process so far is the same as in the first embodiment.

次いで、図4(c)に示すように、シリコン層212を更にエッチングすることによってシリコン層212をスリミングする。このスリミングされた領域がチャネル領域となる。続いて、公知の熱酸化法及び酸化膜窒化法などによって、チャネル領域212の側面にトンネル絶縁膜216(SiN)を形成する。即ち、チャネル領域212をチャネル長方向から挟むようにトンネル絶縁膜216を形成する。このとき同時に、ゲート電極214上に窒化シリコン層221が形成される。   Next, as shown in FIG. 4C, the silicon layer 212 is further slimmed by further etching. This slimmed region becomes a channel region. Subsequently, a tunnel insulating film 216 (SiN) is formed on the side surface of the channel region 212 by a known thermal oxidation method and oxide film nitridation method. That is, the tunnel insulating film 216 is formed so as to sandwich the channel region 212 from the channel length direction. At the same time, a silicon nitride layer 221 is formed on the gate electrode 214.

次いで、図4(d)に示すように、LP−CVD法などによって全面にポリシリコン膜222を堆積する。このポリシリコン膜222は第1の実施形態とは異なり十分に厚く、例えば200nmの厚さに形成する。   Next, as shown in FIG. 4D, a polysilicon film 222 is deposited on the entire surface by the LP-CVD method or the like. Unlike the first embodiment, this polysilicon film 222 is sufficiently thick, for example, formed to a thickness of 200 nm.

次いで、図5(e)に示すように、CMP法などによってゲート電極214が露出するまで上部をポリッシュする。   Next, as shown in FIG. 5E, the upper portion is polished by CMP or the like until the gate electrode 214 is exposed.

次いで、図5(f)に示すように、ポリシリコン膜222に不純物をイオン注入し、活性化アニールを行って、ドーピング層223を形成する。より具体的には、pMOS領域には例えばボロン(B)を、nMOS領域には例えばリン(P)をイオン注入し、1050℃程度のスパイクアニールを行う。   Next, as shown in FIG. 5F, impurities are ion-implanted into the polysilicon film 222 and activation annealing is performed to form a doping layer 223. More specifically, boron (B), for example, is implanted into the pMOS region, and phosphorus (P), for example, is implanted into the nMOS region, and spike annealing at about 1050 ° C. is performed.

次いで、図5(g)に示すように、Ni膜224をスパッタ法などによって厚さ25nm程度堆積する。   Next, as shown in FIG. 5G, a Ni film 224 is deposited to a thickness of about 25 nm by sputtering or the like.

次いで、例えば450℃,30秒の熱処理を施すことにより、図5(h)に示すように、第1及び第2の金属層217,218を形成する。具体的には、加熱処理によりNi膜224とポリシリコン膜222のSiとがシリサイデーションを起こし、NiSi膜が形成される。このとき、ドーピング層223中の不純物は偏析により反応界面に集まるため、シリサイデーション終了後にはトンネル絶縁膜216の近傍に不純物を高濃度に含む第1の金属層217が形成され、それ以外の領域が第2の金属層218となることにより、前記図1に示したような構造を作製することができる。   Next, for example, by performing heat treatment at 450 ° C. for 30 seconds, first and second metal layers 217 and 218 are formed as shown in FIG. Specifically, the Ni film 224 and Si of the polysilicon film 222 cause silicidation by heat treatment, and a NiSi film is formed. At this time, since impurities in the doping layer 223 gather at the reaction interface due to segregation, a first metal layer 217 containing impurities at a high concentration is formed in the vicinity of the tunnel insulating film 216 after the completion of silicidation. When the region becomes the second metal layer 218, the structure shown in FIG. 1 can be manufactured.

本実施形態においても、トンネル絶縁膜216により界面形状を平坦にでき、第1の金属層217によりショットキー障壁高さを制御することができ、第2の金属層218によりソース・ドレインの低抵抗化をはかることができ、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, the interface shape can be flattened by the tunnel insulating film 216, the Schottky barrier height can be controlled by the first metal layer 217, and the low resistance of the source / drain can be achieved by the second metal layer 218. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、SOI基板を用いたが、バルク基板を用いることも可能である。また、基板材料としては必ずしもSiに限るものではなく、シリコンゲルマニウム(SiGe)、ゲルマニウム(Ge)、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウム砒素(GaAs)、窒化アルミニウム(AlN)を用いることが可能である。さらに、基板材料の面方位は必ずしも(100)面に限るものではなく、(110)面或いは(111)面等を適宜選択することができる。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments. In the embodiment, an SOI substrate is used, but a bulk substrate can also be used. The substrate material is not necessarily limited to Si, and silicon germanium (SiGe), germanium (Ge), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), and aluminum nitride (AlN) can be used. Furthermore, the plane orientation of the substrate material is not necessarily limited to the (100) plane, and the (110) plane or the (111) plane can be selected as appropriate.

また、本発明の本質は、ソース・ドレイン電極を構成するトンネル絶縁膜と第1及び第2の金属層にある。従って、ゲート電極とソース・ドレイン電極のオーバーラップ若しくはオフセット、電極がチャネル長方向となす角度、位置などは自由に設計してよい。さらに、本発明は、Fin型構造やダブルゲート構造などの三次元型も含み、あらゆるMIS型電界効果トランジスタに対して適用が可能である。   The essence of the present invention resides in the tunnel insulating film and the first and second metal layers constituting the source / drain electrodes. Therefore, the overlap or offset between the gate electrode and the source / drain electrode, the angle formed by the electrode with respect to the channel length direction, the position, etc. may be freely designed. Furthermore, the present invention includes three-dimensional types such as a Fin type structure and a double gate structure, and can be applied to all MIS type field effect transistors.

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。   In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

第1の実施形態に係わるMIS型電界効果トランジスタの素子構造を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing an element structure of a MIS field effect transistor according to a first embodiment. 第1の実施形態のMIS型電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the MIS type field effect transistor of 1st Embodiment. 第1の実施形態のMIS型電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the MIS type field effect transistor of 1st Embodiment. 第2の実施形態のMIS型電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the MIS type field effect transistor of 2nd Embodiment. 第2の実施形態のMIS型電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the MIS type field effect transistor of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100,200…SOI基板
110,210…シリコン基板
111,211…埋め込み絶縁膜
112,212…シリコン層(チャネル領域)
113,213…ゲート絶縁膜
114,214…ゲート電極
115,215…ゲート側壁絶縁膜
116,216…トンネル絶縁膜
117,217…第1の金属層
118,218…第2の金属層
121,221…窒化シリコン膜
122,222…ポリシリコン膜
123…アルミニウム膜
124…Ni膜
223…ドーピング層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,200 ... SOI substrate 110,210 ... Silicon substrate 111,211 ... Embedded insulating film 112,212 ... Silicon layer (channel region)
113, 213 ... gate insulating film 114, 214 ... gate electrode 115, 215 ... gate sidewall insulating film 116, 216 ... tunnel insulating film 117, 217 ... first metal layer 118, 218 ... second metal layer 121, 221 ... Silicon nitride film 122, 222 ... Polysilicon film 123 ... Aluminum film 124 ... Ni film 223 ... Doping layer

Claims (8)

チャネル領域を構成する半導体領域と、前記半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に対応して前記半導体領域の両側に形成されたソース・ドレイン電極とを具備してなり、
前記ソース・ドレイン電極は、前記半導体領域にソース側及びドレイン側でそれぞれ接して形成され、且つキャリアがトンネル可能な厚さに形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜と接してそれぞれ形成された第1の金属層と、前記第1の金属層と接してそれぞれ形成され、該金属層よりも小さい比抵抗を持つ第2の金属層と、をチャネル長方向に積層してなることを特徴とするMIS型電界効果トランジスタ。
A semiconductor region constituting a channel region; a gate electrode formed on the semiconductor region via a gate insulating film; and source / drain electrodes formed on both sides of the semiconductor region corresponding to the gate electrode And
The source / drain electrodes are formed in contact with the semiconductor region on the source side and the drain side, respectively, and are formed in contact with the tunnel insulating film and a tunnel insulating film formed to a thickness capable of tunneling carriers. A first metal layer and a second metal layer formed in contact with the first metal layer and having a specific resistance smaller than that of the metal layer in the channel length direction. MIS type field effect transistor.
前記トンネル絶縁膜は前記半導体領域をチャネル長方向から挟んで形成され、前記第1の金属層は前記トンネル絶縁膜及び半導体領域をチャネル長方向から挟んで形成され、前記第2の金属層は前記第1の金属層,トンネル絶縁膜,及び半導体領域をチャネル長方向から挟んで形成されていることを特徴とする請求項1記載のMIS型電界効果トランジスタ。   The tunnel insulating film is formed to sandwich the semiconductor region from the channel length direction, the first metal layer is formed to sandwich the tunnel insulating film and the semiconductor region from the channel length direction, and the second metal layer is 2. The MIS field effect transistor according to claim 1, wherein the MIS field effect transistor is formed by sandwiching the first metal layer, the tunnel insulating film, and the semiconductor region from the channel length direction. 前記第1の金属層はシリコンとは反応しない金属であり、前記第2の金属層はシリコンを含有する金属シリサイドであることを特徴とする請求項1又は2記載のMIS型電界効果トランジスタ。   3. The MIS field effect transistor according to claim 1, wherein the first metal layer is a metal that does not react with silicon, and the second metal layer is a metal silicide containing silicon. 前記第1の金属層は前記第2の金属層と同一材料で形成され、前記第1の金属層はショットキー障壁を変調する不純物を含有することで、前記第2の金属層とは異なるショットキー障壁を有していることを特徴とする請求項1又は2記載のMIS型電界効果トランジスタ。   The first metal layer is formed of the same material as the second metal layer, and the first metal layer contains an impurity that modulates a Schottky barrier, so that the first metal layer is different from the second metal layer. 3. The MIS type field effect transistor according to claim 1, further comprising a key barrier. 前記第1及び第2の金属層はシリコンを含有する金属シリサイドであることを特徴とする請求項1,2又は4記載のMIS型電界効果トランジスタ。   5. The MIS type field effect transistor according to claim 1, wherein the first and second metal layers are metal silicide containing silicon. 前記第1の金属層が含有する不純物は、B(ボロン),P(リン),As(砒素),インジウム,アンチモンのいずれか、若しくはこれらの複数であることを特徴とする請求項4又は5記載のMIS型電界効果トランジスタ。   6. The impurity contained in the first metal layer is any one of B (boron), P (phosphorus), As (arsenic), indium, and antimony, or a plurality thereof. The MIS type field effect transistor as described. 前記第1の金属層は0.6eV以下のショットキー障壁高さを持つ金属から形成されたものであることを特徴とする請求項1記載のMIS型電界効果トランジスタ。   2. The MIS field effect transistor according to claim 1, wherein the first metal layer is made of a metal having a Schottky barrier height of 0.6 eV or less. チャネル領域を構成する半導体領域を形成する工程と、
前記半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記半導体領域をチャネル長方向から挟んで、キャリアがトンネル可能な厚さにトンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記トンネル絶縁膜及び半導体領域をチャネル長方向から挟んで第1の金属層を形成する工程と、
前記第1の金属層,トンネル絶縁膜,及び半導体領域をチャネル長方向から挟んで該金属層よりも小さい比抵抗を持つ第2の金属層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするMIS型電界効果トランジスタの製造方法。
Forming a semiconductor region constituting a channel region;
Forming a gate electrode on the semiconductor region via a gate insulating film;
Sandwiching the semiconductor region from the channel length direction, forming a tunnel insulating film to a thickness that allows carriers to tunnel; and
Forming a first metal layer sandwiching the tunnel insulating film and the semiconductor region from the channel length direction;
Forming a second metal layer having a specific resistance smaller than that of the metal layer by sandwiching the first metal layer, the tunnel insulating film, and the semiconductor region from the channel length direction;
A method of manufacturing a MIS field effect transistor comprising:
JP2004282057A 2004-09-28 2004-09-28 Field effect transistor and its manufacturing method Pending JP2006100387A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004282057A JP2006100387A (en) 2004-09-28 2004-09-28 Field effect transistor and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004282057A JP2006100387A (en) 2004-09-28 2004-09-28 Field effect transistor and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006100387A true JP2006100387A (en) 2006-04-13

Family

ID=36239942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004282057A Pending JP2006100387A (en) 2004-09-28 2004-09-28 Field effect transistor and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006100387A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009239080A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Toshiba Corp Semiconductor device, capacitor, and field effect transistor
JP2010212361A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2012508989A (en) * 2008-12-19 2012-04-12 インテル コーポレイション Metal-insulator-semiconductor tunneling contact
JP2012248896A (en) * 2007-06-08 2012-12-13 Beijing Boe Optoelectronics Technology Co Ltd Thin film transistor and manufacturing method thereof
CN113054033A (en) * 2019-12-27 2021-06-29 乐金显示有限公司 Thin film transistor, method of manufacturing the same, and display device including the same

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012248896A (en) * 2007-06-08 2012-12-13 Beijing Boe Optoelectronics Technology Co Ltd Thin film transistor and manufacturing method thereof
JP2009239080A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Toshiba Corp Semiconductor device, capacitor, and field effect transistor
US7804145B2 (en) 2008-03-27 2010-09-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device, capacitor, and field effect transistor
JP2012508989A (en) * 2008-12-19 2012-04-12 インテル コーポレイション Metal-insulator-semiconductor tunneling contact
US8952541B2 (en) 2008-12-19 2015-02-10 Intel Corporation Method of fabricating metal-insulator-semiconductor tunneling contacts using conformal deposition and thermal growth processes
US9437706B2 (en) 2008-12-19 2016-09-06 Intel Corporation Method of fabricating metal-insulator-semiconductor tunneling contacts using conformal deposition and thermal growth processes
JP2010212361A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Toshiba Corp Semiconductor device
US8299507B2 (en) 2009-03-09 2012-10-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
CN113054033A (en) * 2019-12-27 2021-06-29 乐金显示有限公司 Thin film transistor, method of manufacturing the same, and display device including the same
KR20210083638A (en) * 2019-12-27 2021-07-07 엘지디스플레이 주식회사 Thin film trnasistor, method for manufacturing the same and display apparatus comprising the same
CN113054033B (en) * 2019-12-27 2024-04-02 乐金显示有限公司 Thin film transistor, method of manufacturing the same, and display device including the same
KR102711918B1 (en) * 2019-12-27 2024-09-27 엘지디스플레이 주식회사 Thin film trnasistor, method for manufacturing the same and display apparatus comprising the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4439358B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP5058277B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
TWI396283B (en) Semiconductor device
JP2008004776A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US20070111435A1 (en) Schottky barrier finfet device and fabrication method thereof
WO2011079596A1 (en) Mosfet structure and the manufactring method thereof
US12046661B2 (en) Fin-type field effect transistor
JP2008182147A (en) Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device
JP2009032955A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2008227026A (en) Manufacturing method of semiconductor device
TW201242022A (en) Transistors with high concentration of boron doped germanium
US20110169105A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20060115941A1 (en) Method of fabricating transistor including buried insulating layer and transistor fabricated using the same
JP5367340B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US11594680B2 (en) Method of forming a FinFET device
CN112420516A (en) Method of forming semiconductor device
CN113270370A (en) Dual doped source/drain regions and methods of forming the same
CN103579314B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN103456782A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2006054423A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US8242485B2 (en) Source/drain technology for the carbon nano-tube/graphene CMOS with a single self-aligned metal silicide process
JP2010045394A (en) Field-effect transistor and method of manufacturing the same
JP2007042802A (en) Mosfet and its manufacturing method
US20230369325A1 (en) Transistor source/drain contacts and methods of forming the same
US7416934B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080822

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20090630

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091027