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JP4096416B2 - Field effect semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に電界効果型半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年相補型電界効果トランジスタの高性能化を目的とし、高いキャリア移動度、電流駆動能力が期待できるSiGe/Siヘテロ構造を用いた電界効果トランジスタの研究が行われている。これは、2次元キャリアガスをチャネルとして用いるものであり、キャリアの不純物散乱による移動度の低下という現象が生じる。これは、不純物が多くなった場合に、キャリアが流れにくくなり、その結果移動度が低下するということである。
【0003】
一方、この問題点を解決する手法として、チャネルの上層または下層にキャリア供給層として原子レベルから数10nmの領域にドーピングをする、いわゆるδドーピングや変調ドーピングを用いる手法を挙げることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エピタキシャル成長法で形成した、キャリア供給層のドーピングプロファイルの急峻性は、後のゲート酸化膜形成での熱処理の際に不純物が上下に拡散することにより崩れてしまい、求められるトランジスタ特性が得られないという問題点があった。すなわち、熱処理によってキャリア供給層のドーパントが拡散してしまうと、スペーサ層の実効的な膜厚が減少し、キャリアの不純物散乱の影響が大きくなり、移動度が低下してしまうわけである。例えば、PeopleらはJ.Vac.Sci.Technol.A,Vol.3,1985において、キャリア供給層とチャネルに挟まれるスペーサ層の膜厚が0nm〜40nmの間で、室温でのホール移動度は、それぞれ約360cm2/V・sec〜約850cm2/V・secとスペーサ層の膜厚の減少とともにホール移動度も低下することを報告している。
【0005】
この課題を解決する技術としては、エピタキシャル成長やゲート酸化膜形成での熱処理を低温化することにより、キャリア供給層中に含有されているドーパントの上下の層への拡散を抑制する方法がとられている。低温で絶縁膜を形成する代表的な技術として、プラズマCVD法が挙げられるが、プラズマCVD法によって形成された絶縁膜は、熱酸化法で形成されたものに比べて半導体/絶縁体界面の界面準位密度が大きく、耐圧も低いという欠点がある。また、エピタキシャル成長の低温化により、良好な結晶性が得られないという問題もでてくる可能性がある。
【0006】
一方、熱処理によるドーパントの拡散は、主に格子間に存在するSiとドーパントが格子位置と格子間位置を互いに移動しながら拡散していく機構によるものである。特に、この機構で拡散するドーパントとしては、B,P,Asなどが挙げられる。
【0007】
そこで本発明は、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を避けるために施された、急峻なドーピングプロファイルを有するキャリア供給層に含有されるドーパントの拡散を、結晶成長温度を低温にすることなく抑制することが可能であり、従来に比べて結晶性を低下させずにさらにすぐれた電気特性を有する電界効果型半導体装置およびその製造方法を提供することを主たる目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を避けるために施された、急峻なドーピングプロファイルを有するキャリア供給層に、電気的に中性な不純物を導入することによってドーパントの拡散を抑制しようとするものである。
【0009】
具体的には、本発明のうちの第1の発明の電界効果型半導体装置は、基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有し、前記キャリア供給層中にドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素が含有されている電界効果型半導体装置において、前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする構成となっている。
【0010】
また本発明のうちの第2の発明の電界効果型半導体装置は、基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有し、少なくとも前記キャリア供給層に対して前記チャネル層側にドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素が含有されている層を設けた電界効果型半導体装置において、前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする構成となっている。
【0011】
この構成によれば、キャリア供給層中に含有されているドーパントが少なくともチャネル層側に拡散するのを、各層の成長温度を低温にする必要なく防止することができる。
【0012】
さらに本発明の電界効果型半導体装置の製造方法は、基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有し、前記キャリア供給層をエピタキシャル成長により、p型またはn型のドーパント及び拡散を抑制する電気的に中性な元素を同時にドーピングすることによって形成する工程を有し、前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする構成となっている。または、基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有し、少なくとも前記キャリア供給層に対して前記チャネル層側にエピタキシャル成長により、電気的に中性な元素を同時にドーピングすることによってドーパントの拡散を抑制する層を形成する工程を有し、前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする構成となっている。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下本発明の実施の形態1における電界効果型半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1は、本実施の形態における電解効果型半導体装置の構成を示す断面図であり、ここでは、電界効果型半導体装置の一例として、キャリア供給層を有し、2次元ホールガスをチャネルとして用いたpチャネル電界効果トランジスタの構造断面図を示す。図1において、101は半導体基板、102はバッファ層、103はキャリア供給層、104はスペーサ層、105はチャネル層、106はキャップ層、107はゲート酸化膜、108はゲート、109はソース・ドレインを示している。本発明の特徴は、キャリア供給層103の部分であり、本発明によればキャリア供給層103中にドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素が含有された構成となっている。
【0015】
この構造によれば、詳細については後述するが、ゲート酸化膜形成などの熱処理において、キャリア供給層におけるドーパントの拡散を抑制することができ、不純物のドーピングプロファイルを崩さずに、電気特性の優れた電界効果型半導体装置を提供することができる。
【0016】
そこで次に、図1に示した本実施の形態の電界効果型半導体装置の製造方法について、図2に示す製造工程断面図を参照しながら説明する。なお、図2(a)〜(d)はキャリア供給層を有し、2次元ホールガスをチャネルとして用いたpチャネル電界効果トランジスタの製造工程のうち、ゲート酸化膜形成よりも前の製造工程を示しており、後の製造工程に関しては従来の工程通りであるため、ここでは説明を省略することとする。
【0017】
まず、例えばSiなどからなる半導体基板101上に例えばSiなどからなるバッファ層102を例えばジシランを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約1000nmだけエピタキシャル成長により形成する。次に、ドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素(ここではC)を含んだキャリア供給層103として例えば、B及びCドープSi層を、例えばジシラン、ジボラン、メチルシランを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約10nmだけエピタキシャル成長により形成する(図2(a))。なお、この時ガス分圧を調節することにより、Bのドーズ量を約5×1018cm-3〜1×1020cm-3、Cのドーズ量を約1×1019cm-3〜1×1020cm-3とするのが望ましい。
【0018】
次に、Siなどからなるスペーサ層104を例えばジシランを用いたUHV−CVD法によって、基板温度550℃で約3nmエピタキシャル成長により形成する(図2(b))。続いてSi0.7Ge0.3などからなるチャネル層105を例えばジシランとモノゲルマンを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約5nmエピタキシャル成長により形成する(図2(c))。
【0019】
その後、Siなどからなるキャップ層106を例えばジシランを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約10nmエピタキシャル成長により形成する(図2(d))。その後、従来公知の工程により電界効果トランジスタを形成する。
【0020】
以上のように、本実施の形態によれば、キャリア供給層にドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素であるCを導入することによって、後のゲート酸化膜形成などの熱処理におけるキャリア供給層のドーパント拡散を抑制することができる。これにより実効的なスペーサ層の膜厚減少がなくなり、ホール移動度を従来の約2倍にすることができ、電気特性の優れた電界効果型半導体装置を提供することができる。
【0021】
なお、キャリア供給層中のドーパントの拡散に基づく実効的なスペーサ層の膜厚減少をなくすためには、本発明とは異なる手法も考えられる。1つ目は、キャリア供給層中のドーパントの濃度が拡散しても十分な量となるように予めかなりの量のドーパントをキャリア供給層に導入する方法、2つ目は、キャリア供給層からのドーパントの拡散が生じても十分な厚みを確保できる膜厚のスペーサ層を形成する方法である。しかしながら、1つ目の方法では、多量のドーパントをキャリア供給層に導入することになるため、キャリア供給層そのものの結晶性が悪化してしまい、また2つ目の方法では、スペーサ層として機能する厚みが大きく成り過ぎる場合があり、キャリア供給層から十分なキャリアを供給できなくなってしまう。従って上記の本発明の方法が最も効果的であると言える。
【0022】
(実施の形態2)
以下本発明実施の形態2における電界効果型半導体装置について図3に示す製造工程断面図を参照しながら説明する。本実施の形態が上記の実施の形態1と異なるのは、実施の形態1ではキャリア供給層中のドーパントの拡散を抑制するための電気的に中性な元素をキャリア供給層に導入したのに対して、本実施の形態では、キャリア供給層ではなくキャリア供給層に接して電気的に中性な元素を含有する層を設けた点である。
【0023】
そして本実施の形態における電界効果型半導体装置は、下記のようにして形成することができる。
【0024】
まず、上記の実施の形態1と同様にして半導体基板101上に形成した約1000nmのバッファ層102上に、拡散を抑制する電気的に中性な元素(ここではC)を含んだ層301aとして、例えばCドープSi層を、例えばジシラン、メチルシランを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約3nmだけエピタキシャル成長により形成する(図3(a))。なお、この時ガス分圧を調節することにより、Cのドーズ量を約1×1019cm-3〜1×1020cm-3とするのが望ましい。
【0025】
次に、キャリア供給層302として、例えばBドープSi層を、例えばジシランを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約10nmエピタキシャル成長により形成する(図3(b))。なお、この時ガス分圧を調節することにより、Bのドーズ量を約5×1018cm-3〜1×1020cm-3とするのが望ましい。
【0026】
さらに、拡散を抑制する電気的に中性な元素を含んだ層301bとして、例えばCドープSi層を、例えばジシラン、メチルシランを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約3nmだけエピタキシャル成長により形成する(図3(c))。なお、この時ガス分圧を調節することにより、Cのドーズ量を約1×1019cm-3〜1×1020cm-3とするのが望ましい。
【0027】
次に、Siなどからなるスペーサ層104を例えばジシランを用いたUHV−CVD法によって、基板温度550℃で約3nmエピタキシャル成長により形成する(図3(d))。続いて、上記の実施の形態1と同様にして、Si0.7Ge0.3などからなるチャネル層105を例えばジシランとモノゲルマンを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約5nmエピタキシャル成長により形成する(図3(e))。さらに、Siなどからなるキャップ層106を例えばジシランを用いたUHV−CVD法によって基板温度550℃で約10nmエピタキシャル成長により形成する(図3(f))。その後、従来公知の工程により電界効果トランジスタを形成する。
【0028】
以上の構成により、本発明の第2の実施の形態では、キャリア供給層の上下の層に、ドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素を導入することによって、後のゲート酸化膜形成などの熱処理における、キャリア供給層のドーパント拡散を抑制することができる。これにより実効的なスペーサ層の膜厚減少がなくなり、ホール移動度を従来の約2倍にすることができ、電気特性の優れた電界効果型半導体装置を提供することができる。
【0029】
以上本発明の電界効果型半導体装置について、実施の形態とともに説明を行ったが、上記の実施の形態1及び2において、これらのキャリア供給層を有する電界効果トランジスタの形成方法は、pチャネルだけでなく、nチャネルの場合にもP、Asなどのn型のドーパントを適用できることは言うまでもなく、また、拡散を抑制する電気的に中性な元素としては、C以外にもF、Nなどを用いることができる。
【0030】
また、実施の形態2において、ドーパント層の上下の層に、拡散を抑制する電気的に中性な元素を含む層を形成したが、少なくともキャリア供給層に対してチャネル層側に形成してやれば効果を得ることができる。
【0031】
さらに、上記の実施の形態1に示したように、キャリア供給層中に電気的に中性な元素を添加しつつ、実施の形態2に示したように電気的に中性な元素を添加した層を形成してやれば、よりいっそう効果を得ることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上、本発明の電界効果型半導体装置によれば、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を避けるために施されたキャリア供給層、またはキャリア層の上下に接する層のうちの少なくともキャリア供給層に対してチャネル層側に接する層がドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素を含んでいることにより、後のゲート酸化膜形成などの熱処理において、キャリア供給層におけるドーパントの拡散を抑制することができ、不純物のドーピングプロファイルを崩さずに、電気特性の優れた電界効果型半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における電界効果型半導体装置の断面図
【図2】本発明の実施の形態1における電界効果型半導体装置のゲート酸化膜より前の製造工程断面図
【図3】本発明の実施の形態2における電界効果型半導体装置のゲート酸化膜より前の製造工程断面図
【符号の説明】
101 半導体基板
102 バッファ層
103 ドーパント拡散抑制元素を含むキャリア供給層
104 スペーサ層
105 チャネル層
106 キャップ層
107 ゲート酸化膜
108 ゲート
109 ソース・ドレイン
301a ドーパント拡散抑制層
301b ドーパント拡散抑制層
302 キャリア供給層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a field effect semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for the purpose of improving the performance of complementary field effect transistors, field effect transistors using SiGe / Si heterostructures that can be expected to have high carrier mobility and current driving capability have been studied. This is because a two-dimensional carrier gas is used as a channel, and a phenomenon of a decrease in mobility due to carrier impurity scattering occurs. This means that when the amount of impurities increases, carriers are difficult to flow, and as a result, the mobility is lowered.
[0003]
On the other hand, as a technique for solving this problem, there can be mentioned a technique using so-called δ doping or modulation doping, in which a region of several tens of nanometers from the atomic level is doped as a carrier supply layer in the upper layer or lower layer of the channel.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the steepness of the doping profile of the carrier supply layer formed by the epitaxial growth method is destroyed by the diffusion of impurities up and down during the heat treatment in the subsequent gate oxide film formation, and the required transistor characteristics are obtained. There was no problem. That is, if the dopant in the carrier supply layer is diffused by the heat treatment, the effective film thickness of the spacer layer is reduced, the influence of carrier impurity scattering is increased, and the mobility is lowered. For example, People et al. Vac. Sci. Technol. A, Vol. In 3,1985, between the film thickness of the spacer layer sandwiched carrier supplying layer and the channel is 0Nm~40nm, hole mobility at room temperature, each about 360cm 2 / V · sec~ about 850cm 2 / V · sec It has been reported that the hole mobility decreases as the thickness of the spacer layer decreases.
[0005]
As a technique for solving this problem, a method of suppressing the diffusion of dopant contained in the carrier supply layer into the upper and lower layers by lowering the temperature of the heat treatment in epitaxial growth and gate oxide film formation has been adopted. Yes. A typical technique for forming an insulating film at a low temperature is a plasma CVD method, but an insulating film formed by a plasma CVD method has an interface at a semiconductor / insulator interface as compared with that formed by a thermal oxidation method. There are drawbacks in that the level density is large and the breakdown voltage is low. Moreover, there is a possibility that good crystallinity cannot be obtained due to the low temperature of epitaxial growth.
[0006]
On the other hand, the diffusion of the dopant by the heat treatment is mainly due to a mechanism in which Si and the dopant existing between the lattices diffuse while moving each other between the lattice positions and the interlattice positions. In particular, dopants that diffuse by this mechanism include B, P, As, and the like.
[0007]
Therefore, the present invention suppresses the diffusion of the dopant contained in the carrier supply layer having a steep doping profile, which has been performed in order to avoid a decrease in mobility due to carrier impurity scattering, without lowering the crystal growth temperature. The main object of the present invention is to provide a field-effect semiconductor device and a method for manufacturing the same, which have superior electrical characteristics without deteriorating crystallinity compared to the prior art.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention introduces an electrically neutral impurity into a carrier supply layer having a steep doping profile, which is applied to avoid a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers. This is intended to suppress the diffusion of the dopant.
[0009]
Specifically, a field effect semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a channel layer formed on a substrate and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers. and, in electrically not that electric field effect type semiconductor device is contained in neutral element suppressing diffusion of dopant into the carrier supply layer, the dopant used for the carrier supply layer is B, P, from among as The configuration is characterized in that it is at least one selected .
[0010]
A field effect semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a channel layer formed on a substrate and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers, in the electric field effect type semiconductor device in which a layer electrically neutral element to suppress the diffusion of the dopant is contained in the channel layer side of the carrier supply layer, the dopant used for the carrier supply layer B , P, As. At least one selected from the group consisting of P and As .
[0011]
According to this configuration, it is possible to prevent the dopant contained in the carrier supply layer from diffusing at least to the channel layer side without having to lower the growth temperature of each layer.
[0012]
The method for manufacturing a field effect semiconductor device according to the present invention further includes a channel layer formed on a substrate and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers, and the carrier supply layer is epitaxially grown. Accordingly, the dopant which have a step of forming by doping p-type or n-type dopant and an electrically neutral element suppressing diffusion simultaneously used for the carrier supply layer is B, P, from among as The configuration is characterized in that it is at least one selected . Alternatively, it has a channel layer formed on the substrate and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers, and at least the carrier supply layer is electrically grown by epitaxial growth on the channel layer side. at least one of the diffusion to have a step of forming a suppressing layer, the dopant used for the carrier supply layer selected B, P, from the as dopant by simultaneously doping a neutral element It is the structure characterized by this.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
The field effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the field effect semiconductor device in this embodiment. Here, as an example of a field effect semiconductor device, a carrier supply layer is provided and a two-dimensional hole gas is used as a channel. 1 shows a structural cross-sectional view of a conventional p-channel field effect transistor. In FIG. 1, 101 is a semiconductor substrate, 102 is a buffer layer, 103 is a carrier supply layer, 104 is a spacer layer, 105 is a channel layer, 106 is a cap layer, 107 is a gate oxide film, 108 is a gate, 109 is a source / drain. Is shown. A feature of the present invention is a portion of the carrier supply layer 103. According to the present invention, the carrier supply layer 103 includes an electrically neutral element that suppresses diffusion of the dopant.
[0015]
According to this structure, as will be described in detail later, in the heat treatment such as gate oxide film formation, it is possible to suppress the diffusion of the dopant in the carrier supply layer, and the electrical characteristics are excellent without destroying the impurity doping profile. A field effect semiconductor device can be provided.
[0016]
Then, next, the manufacturing method of the field effect type semiconductor device of this Embodiment shown in FIG. 1 is demonstrated, referring manufacturing process sectional drawing shown in FIG. 2A to 2D show a manufacturing process prior to gate oxide film formation in a manufacturing process of a p-channel field effect transistor having a carrier supply layer and using a two-dimensional hole gas as a channel. Since the subsequent manufacturing process is the same as the conventional process, description thereof will be omitted here.
[0017]
First, a buffer layer 102 made of, for example, Si is formed on a semiconductor substrate 101 made of, for example, Si by epitaxial growth at a substrate temperature of 550 ° C. by about 1000 nm by UHV-CVD using, for example, disilane. Next, as the carrier supply layer 103 containing an electrically neutral element (in this case, C) that suppresses the diffusion of the dopant, for example, a B- and C-doped Si layer is replaced with UHV- using, for example, disilane, diborane, or methylsilane. It is formed by epitaxial growth with a substrate temperature of 550 ° C. by about 10 nm by the CVD method (FIG. 2A). At this time, by adjusting the gas partial pressure, the dose of B is about 5 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 , and the dose of C is about 1 × 10 19 cm −3 to 1. × 10 20 cm -3 is desirable.
[0018]
Next, the spacer layer 104 made of Si or the like is formed by epitaxial growth of about 3 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by, for example, UHV-CVD using disilane (FIG. 2B). Subsequently, a channel layer 105 made of Si 0.7 Ge 0.3 or the like is formed by epitaxial growth of about 5 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by, for example, UHV-CVD using disilane and monogermane (FIG. 2C).
[0019]
Thereafter, a cap layer 106 made of Si or the like is formed by epitaxial growth of about 10 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by UHV-CVD using disilane, for example (FIG. 2D). Thereafter, a field effect transistor is formed by a conventionally known process.
[0020]
As described above, according to the present embodiment, by introducing C, which is an electrically neutral element that suppresses dopant diffusion, into the carrier supply layer, carriers in heat treatment such as subsequent gate oxide film formation are performed. The dopant diffusion in the supply layer can be suppressed. As a result, the effective spacer layer thickness reduction is eliminated, the hole mobility can be increased to about twice that of the prior art, and a field effect semiconductor device having excellent electrical characteristics can be provided.
[0021]
In addition, in order to eliminate the effective thickness reduction of the spacer layer based on the diffusion of the dopant in the carrier supply layer, a method different from the present invention can be considered. The first is a method of introducing a considerable amount of dopant into the carrier supply layer in advance so that the dopant concentration in the carrier supply layer is sufficient even if diffused, and the second is from the carrier supply layer. This is a method of forming a spacer layer having a film thickness that can secure a sufficient thickness even when dopant diffusion occurs. However, since the first method introduces a large amount of dopant into the carrier supply layer, the crystallinity of the carrier supply layer itself deteriorates, and the second method functions as a spacer layer. The thickness may become too large, and sufficient carriers cannot be supplied from the carrier supply layer. Therefore, it can be said that the method of the present invention is most effective.
[0022]
(Embodiment 2)
Hereinafter, the field effect semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the manufacturing process sectional view shown in FIG. The present embodiment is different from the above-described first embodiment in that, in the first embodiment, an electrically neutral element for suppressing the diffusion of the dopant in the carrier supply layer is introduced into the carrier supply layer. On the other hand, in this embodiment, not the carrier supply layer but a layer containing an electrically neutral element is provided in contact with the carrier supply layer.
[0023]
The field effect semiconductor device according to the present embodiment can be formed as follows.
[0024]
First, a layer 301a containing an electrically neutral element (here, C) that suppresses diffusion is formed on the buffer layer 102 of about 1000 nm formed on the semiconductor substrate 101 in the same manner as in the first embodiment. For example, a C-doped Si layer is formed by epitaxial growth of about 3 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by UHV-CVD using, for example, disilane or methylsilane (FIG. 3A). At this time, by adjusting the gas partial pressure, the dose of C is preferably about 1 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 .
[0025]
Next, as the carrier supply layer 302, for example, a B-doped Si layer is formed by epitaxial growth of about 10 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by, for example, UHV-CVD using disilane (FIG. 3B). At this time, by adjusting the gas partial pressure, the dose of B is preferably about 5 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 .
[0026]
Further, as a layer 301b containing an electrically neutral element that suppresses diffusion, for example, a C-doped Si layer is formed by epitaxial growth by about 3 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by UHV-CVD using, for example, disilane or methylsilane. (FIG. 3C). At this time, by adjusting the gas partial pressure, the dose of C is preferably about 1 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 .
[0027]
Next, a spacer layer 104 made of Si or the like is formed by epitaxial growth of about 3 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by, for example, UHV-CVD using disilane (FIG. 3D). Subsequently, in the same manner as in the first embodiment, a channel layer 105 made of Si 0.7 Ge 0.3 or the like is formed by epitaxial growth at a substrate temperature of 550 ° C. at a substrate temperature of 550 ° C. by, for example, UHV-CVD using disilane and monogermane ( FIG. 3 (e)). Further, a cap layer 106 made of Si or the like is formed by epitaxial growth of about 10 nm at a substrate temperature of 550 ° C. by, for example, UHV-CVD using disilane (FIG. 3F). Thereafter, a field effect transistor is formed by a conventionally known process.
[0028]
With the above configuration, in the second embodiment of the present invention, an electrically neutral element that suppresses dopant diffusion is introduced into the upper and lower layers of the carrier supply layer, thereby forming a later gate oxide film. In the heat treatment such as the above, the dopant diffusion of the carrier supply layer can be suppressed. As a result, the effective spacer layer thickness reduction is eliminated, the hole mobility can be increased to about twice that of the prior art, and a field effect semiconductor device having excellent electrical characteristics can be provided.
[0029]
Although the field effect semiconductor device of the present invention has been described together with the embodiment, the method for forming the field effect transistor having these carrier supply layers in the above first and second embodiments is only a p-channel. Needless to say, n-type dopants such as P and As can also be applied to the n-channel, and F, N, etc. are used in addition to C as electrically neutral elements that suppress diffusion. be able to.
[0030]
Further, in Embodiment Mode 2, layers containing electrically neutral elements that suppress diffusion are formed on the upper and lower layers of the dopant layer. However, it is effective if they are formed at least on the channel layer side with respect to the carrier supply layer. Can be obtained.
[0031]
Further, as shown in the first embodiment, an electrically neutral element is added as shown in the second embodiment while an electrically neutral element is added to the carrier supply layer. If a layer is formed, a further effect can be obtained.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the field effect semiconductor device of the present invention, at least the carrier supply layer of the carrier supply layer applied in order to avoid a decrease in mobility due to carrier impurity scattering or the layer in contact with the upper and lower sides of the carrier layer. On the other hand, the layer in contact with the channel layer side contains an electrically neutral element that suppresses the diffusion of the dopant, thereby suppressing the diffusion of the dopant in the carrier supply layer in the subsequent heat treatment such as gate oxide film formation. Thus, a field effect semiconductor device having excellent electrical characteristics can be obtained without destroying the impurity doping profile.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a field effect semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a manufacturing process prior to a gate oxide film of the field effect semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of the manufacturing process before the gate oxide film of the field effect semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Semiconductor substrate 102 Buffer layer 103 Carrier supply layer containing dopant diffusion suppressing element 104 Spacer layer 105 Channel layer 106 Cap layer 107 Gate oxide film 108 Gate 109 Source / drain 301a Dopant diffusion suppressing layer 301b Dopant diffusion suppressing layer 302 Carrier supplying layer

Claims (7)

基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有し、前記キャリア供給層中にドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素が含有されている電界効果型半導体装置において、
前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする電界効果型半導体装置。
A channel layer formed on the substrate and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers, and an electrically neutral element that suppresses diffusion of the dopant is contained in the carrier supply layer. in that is contained electric field effect type semiconductor device,
The field effect semiconductor device, wherein a dopant used for the carrier supply layer is at least one selected from B, P, and As.
キャリア供給層が、エピタキシャルシリコンまたはエピタキシャルシリコンゲルマニウムからなることを特徴とする請求項1に記載の電界効果型半導体装置。  The field effect semiconductor device according to claim 1, wherein the carrier supply layer is made of epitaxial silicon or epitaxial silicon germanium. 基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有し、少なくとも前記キャリア供給層に対して前記チャネル層側にドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素が含有されている層を設けた電界効果型半導体装置において、
前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする電界効果型半導体装置。
A channel layer formed on the substrate, and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers, and at least an electricity that suppresses diffusion of dopants toward the channel layer with respect to the carrier supply layer to the electric field effect type semiconductor device in which a layer neutral element is contained,
The field effect semiconductor device, wherein a dopant used for the carrier supply layer is at least one selected from B, P, and As.
電気的に中性な元素が含有されている層が、エピタキシャルシリコンまたはエピタキシャルシリコンゲルマニウムからなることを特徴とする請求項3に記載の電界効果型半導体装置。  4. The field effect semiconductor device according to claim 3, wherein the layer containing an electrically neutral element is made of epitaxial silicon or epitaxial silicon germanium. ドーパントの拡散を抑制する電気的に中性な元素が、C、F、Nの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の電界効果型半導体装置。  5. The field effect semiconductor according to claim 1, wherein the electrically neutral element that suppresses the diffusion of the dopant is at least one selected from C, F, and N. apparatus. 基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有する電界効果型半導体装置の製造方法であって、前記キャリア供給層をエピタキシャル成長により、p型またはn型のドーパント及び拡散を抑制する電気的に中性な元素を同時にドーピングすることによって形成する工程を有し、
前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a field effect semiconductor device having a channel layer formed on a substrate and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers, wherein the carrier supply layer is formed by epitaxial growth to form a p-type. or have a step of forming by electrically simultaneously doping the neutral element to suppress an n-type dopant and diffusion,
A method of manufacturing a field effect semiconductor device, wherein a dopant used for the carrier supply layer is at least one selected from B, P, and As .
基板上に形成されたチャネル層と、キャリアの不純物散乱による移動度の低下を抑制するキャリア供給層とを有する電界効果型半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記キャリア供給層に対して前記チャネル層側にエピタキシャル成長により、電気的に中性な元素を同時にドーピングすることによってドーパントの拡散を抑制する層を形成する工程を有し、前記キャリア供給層に用いるドーパントがB、P、Asの中から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a field effect semiconductor device, comprising: a channel layer formed on a substrate; and a carrier supply layer that suppresses a decrease in mobility due to impurity scattering of carriers, the channel being at least with respect to the carrier supply layer by epitaxial growth layer side, electrically possess the step of forming the suppressing layer dopant diffusion by simultaneously doping a neutral element, the dopant used for the carrier supply layer B, P, from among as A method of manufacturing a field effect semiconductor device, wherein the method is at least one selected .
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