JPH0582558A - 電界効果型トランジスタ - Google Patents
電界効果型トランジスタInfo
- Publication number
- JPH0582558A JPH0582558A JP23924191A JP23924191A JPH0582558A JP H0582558 A JPH0582558 A JP H0582558A JP 23924191 A JP23924191 A JP 23924191A JP 23924191 A JP23924191 A JP 23924191A JP H0582558 A JPH0582558 A JP H0582558A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- layer
- crystal layer
- channel
- sige
- 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
Links
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】n型電界効果型トランジスタは、Si(110)
基板1上に形成された歪み緩和したSi1-yGeyバッフ
ァ層2,バッファ層に格子整合して引っ張り歪みを受け
たSiチャネル層3及びSi1-xGex層4,n−Si
1-xGex層5,Si1-zGez層6,Si層7,ソース,
ドレイン領域8,9及びゲート電極11,ソース,ドレ
イン電極10,12からなる。 【効果】Si1-yGey(110)面上に形成したSi1-x
Gex/Si界面の<001>方向をチャネルとするこ
とによって、量子準位間の散乱を減少させ移動度を高め
ることができ、高利得のn型電界効果型トランジスタを
得ることができる。
基板1上に形成された歪み緩和したSi1-yGeyバッフ
ァ層2,バッファ層に格子整合して引っ張り歪みを受け
たSiチャネル層3及びSi1-xGex層4,n−Si
1-xGex層5,Si1-zGez層6,Si層7,ソース,
ドレイン領域8,9及びゲート電極11,ソース,ドレ
イン電極10,12からなる。 【効果】Si1-yGey(110)面上に形成したSi1-x
Gex/Si界面の<001>方向をチャネルとするこ
とによって、量子準位間の散乱を減少させ移動度を高め
ることができ、高利得のn型電界効果型トランジスタを
得ることができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Si系の電界効果型ト
ランジスタ、特に、Si−Geヘテロ接合をした高利得
のn型電界効果型トランジスタに関する。
ランジスタ、特に、Si−Geヘテロ接合をした高利得
のn型電界効果型トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】Si系のn型電界効果型トランジスタ
(FET)を高利得化するための構造として、SiGe/
Siヘテロ構造の変調ドープ電界効果型トランジスタ
(MODFET)が知られている〔アイイーイーイー トラン
ザクションズ オン エレクトロンデバイシズ(IEEE T
rans.Electron Devices)ED−33 633(198
6)〕。このトランジスタについて、図3,図4を用い
て説明する。
(FET)を高利得化するための構造として、SiGe/
Siヘテロ構造の変調ドープ電界効果型トランジスタ
(MODFET)が知られている〔アイイーイーイー トラン
ザクションズ オン エレクトロンデバイシズ(IEEE T
rans.Electron Devices)ED−33 633(198
6)〕。このトランジスタについて、図3,図4を用い
て説明する。
【0003】図3に模式的に示した従来のMODFET
は、Si(001)基板13上に形成された歪みを緩和し
たSi0.75Ge0.25バッファ層14、バッファ層に格子
整合して引っ張り歪みを受けたSiチャネル15及びア
ンド−プSi0.5Ge0.5層16,n型Si0.5Ge0.5層
17,Si1-zGez層18,Si層19、及びソース,
ドレイン電極20,22、ゲート電極21から構成され
る。本構造において、電子はドーピング層17からノン
ドープのSi層15へと供給され、SiGe/Si界面
のSi側が電子の走行するチャネルとなるため、電子は
不純物散乱を受けず、二次元的に高移動度で走行するこ
とができる。
は、Si(001)基板13上に形成された歪みを緩和し
たSi0.75Ge0.25バッファ層14、バッファ層に格子
整合して引っ張り歪みを受けたSiチャネル15及びア
ンド−プSi0.5Ge0.5層16,n型Si0.5Ge0.5層
17,Si1-zGez層18,Si層19、及びソース,
ドレイン電極20,22、ゲート電極21から構成され
る。本構造において、電子はドーピング層17からノン
ドープのSi層15へと供給され、SiGe/Si界面
のSi側が電子の走行するチャネルとなるため、電子は
不純物散乱を受けず、二次元的に高移動度で走行するこ
とができる。
【0004】さらに、図4に示したように、Siチャネ
ル層内の引っ張り歪みによって伝導帯の底の六重縮退が
解け、電子は<001>及び<00−1>方向の二つの
バレイに局在する。これらの電子は、チャネル方向で
は、バルクの有効質量me(≒0.26m0:m0は真空中
の電子質量)よりも軽い有効質量mt(≒0.19m0)をも
っている。不純物散乱がなく、フォノン散乱のみによっ
て電子の移動度が決まる場合、移動度は電子の有効質量
の(−5/2)乗に比例する。従って、歪みSi(001)
をチャネルとする電界効果型トランジスタでは、電子移
動度をバルクよりも高い約3300cm2/Vs まで増加
させることができると期待されていた。
ル層内の引っ張り歪みによって伝導帯の底の六重縮退が
解け、電子は<001>及び<00−1>方向の二つの
バレイに局在する。これらの電子は、チャネル方向で
は、バルクの有効質量me(≒0.26m0:m0は真空中
の電子質量)よりも軽い有効質量mt(≒0.19m0)をも
っている。不純物散乱がなく、フォノン散乱のみによっ
て電子の移動度が決まる場合、移動度は電子の有効質量
の(−5/2)乗に比例する。従って、歪みSi(001)
をチャネルとする電界効果型トランジスタでは、電子移
動度をバルクよりも高い約3300cm2/Vs まで増加
させることができると期待されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図3に示した
電界効果トランジスタでは、電子濃度(ns)が高くなっ
た場合に、電子はSiGe/Si界面のチャネル内で第
一量子準位だけでなく第二量子準位も占めるようになる
ために、量子準位間の散乱が大きくなり、移動度は15
50cm2/VsとノンドープのバルクSiと同程度であ
った。
電界効果トランジスタでは、電子濃度(ns)が高くなっ
た場合に、電子はSiGe/Si界面のチャネル内で第
一量子準位だけでなく第二量子準位も占めるようになる
ために、量子準位間の散乱が大きくなり、移動度は15
50cm2/VsとノンドープのバルクSiと同程度であ
った。
【0006】本発明の目的は、高電子濃度でもチャネル
内の量子準位間の散乱を小さくすることによって高移動
度を得ることができ、ひいては相互コンダクタンス
(gm) の大きな高利得の電界効果型トランジスタを得る
ことにある。
内の量子準位間の散乱を小さくすることによって高移動
度を得ることができ、ひいては相互コンダクタンス
(gm) の大きな高利得の電界効果型トランジスタを得る
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、Si1-yG
ey(110)層上にチャネルとなるSi層、及び不純物
供給層となるSi1-xGexを歪み成長させ、Si1-xG
ex/Si界面のSi側の<001>方向をチャネルと
することによって達成される。
ey(110)層上にチャネルとなるSi層、及び不純物
供給層となるSi1-xGexを歪み成長させ、Si1-xG
ex/Si界面のSi側の<001>方向をチャネルと
することによって達成される。
【0008】
【作用】図1に示したように、歪み緩和したSi1-yG
ey(110)バッファ層2上に、バッファ層に格子整合
させてSiチャネル3及びSi1-xGex層4,5を形成
すると、図5に示したように、電子はドーピング層5か
らノンドープのSi層4へと供給され、Si1-xGex/
Si界面のSi側がチャネルとなる。
ey(110)バッファ層2上に、バッファ層に格子整合
させてSiチャネル3及びSi1-xGex層4,5を形成
すると、図5に示したように、電子はドーピング層5か
らノンドープのSi層4へと供給され、Si1-xGex/
Si界面のSi側がチャネルとなる。
【0009】Si1-yGey(110)層上に形成されたS
i層は、図2に示したように、引っ張り歪みのため伝導
帯の底の六重縮退が解け、電子は<100>,<−10
0>,<010>及び<0−10>方向の四つのバレイ
に局在する。これらの電子は、<001>チャネル方向
では有効質量mt をもつため、(001)面上のSi層と
同様に高い移動度が期待できる。ここで、Si1-xGex
/Si界面付近のフェルミレベル(EF)は、第一量子準
位のエネルギE1を基準にすると、プランク定数h′(=
h/2π),2次元電子濃度(ns),バレイ縮退度(gv)
及びチャネル方向の有効質量を用いて次式で表すことが
できる。
i層は、図2に示したように、引っ張り歪みのため伝導
帯の底の六重縮退が解け、電子は<100>,<−10
0>,<010>及び<0−10>方向の四つのバレイ
に局在する。これらの電子は、<001>チャネル方向
では有効質量mt をもつため、(001)面上のSi層と
同様に高い移動度が期待できる。ここで、Si1-xGex
/Si界面付近のフェルミレベル(EF)は、第一量子準
位のエネルギE1を基準にすると、プランク定数h′(=
h/2π),2次元電子濃度(ns),バレイ縮退度(gv)
及びチャネル方向の有効質量を用いて次式で表すことが
できる。
【0010】
【数1】 EF−E1=πh′2ns/gvmt …(1) 図2に示したように、(110)面上に歪み成長したSi
層ではgv=4 であり、図4に示したように、(001)
面上に歪み成長したSi層ではgv=2 である。数1に
基づいてフェルミレベル(EF−E1)とns との関係を計
算した結果を図6に示す。同図に示したように、(11
0)面の方がEFとE1の差が小さくなるので、高濃度で
も電子は第一量子準位のみに局在することが可能とな
り、量子準位間の散乱は減少する。
層ではgv=4 であり、図4に示したように、(001)
面上に歪み成長したSi層ではgv=2 である。数1に
基づいてフェルミレベル(EF−E1)とns との関係を計
算した結果を図6に示す。同図に示したように、(11
0)面の方がEFとE1の差が小さくなるので、高濃度で
も電子は第一量子準位のみに局在することが可能とな
り、量子準位間の散乱は減少する。
【0011】さらに、Si1-xGex/Si界面の量子井
戸を三角ポテンシャルで近似すると、第二量子準位と第
一量子準位のエネルギ差は膜厚方向の有効質量mnの(−
1/3)乗に比例する。これらの有効質量は、(001)
面ではmn≒0.92m0、(110)面ではmn≒0.3
2m0であり、第二量子準位と第一量子準位のエネルギ
差は(110)面の方が約1.4 倍大きくなる。従って、
(110)面の方が第一量子準位から第二量子準位への遷
移確率が小さくなり、量子準位間の散乱も小さくなる。
戸を三角ポテンシャルで近似すると、第二量子準位と第
一量子準位のエネルギ差は膜厚方向の有効質量mnの(−
1/3)乗に比例する。これらの有効質量は、(001)
面ではmn≒0.92m0、(110)面ではmn≒0.3
2m0であり、第二量子準位と第一量子準位のエネルギ
差は(110)面の方が約1.4 倍大きくなる。従って、
(110)面の方が第一量子準位から第二量子準位への遷
移確率が小さくなり、量子準位間の散乱も小さくなる。
【0012】このような作用によって、(110)面上に
形成したSi1-xGex/Siチャネルにおいて、量子準
位間の散乱を減少させて高移動度、即ち、高利得の電界
効果型トランジスタを実現することが可能となる。
形成したSi1-xGex/Siチャネルにおいて、量子準
位間の散乱を減少させて高移動度、即ち、高利得の電界
効果型トランジスタを実現することが可能となる。
【0013】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【0014】〈実施例1〉本実施例では、図1を用いて
MES型のFETを作製した例について述べる。まず、
1000Ω・cmのp−Si(110)基板1を化学処理し
た後、分子線成長(MBE)装置内に導入し、基板表面を
清浄化する。基板温度を520℃に設定した後、基板に
Si及びGeの分子線を照射し、y=0.25 なる膜厚
1μmのSi1-yGeyバッファ層2を歪み緩和して成長
させる。さらにその上に、膜厚20nmのSiチャネル
層3、1×1012(1/cm2)のSbを原子層ドープした
x=0.5なるn−Si1-xGex層5を含む膜厚10n
mのSi1-xGex 層4を成長温度400℃で歪み成長
の条件下で、順次、形成した。さらに、表面方向にzが
xから0へと変化するような10nmのSi1-zGez層
6を形成した後、10nmのSi層7を形成した。この
様にして作製したヘテロ構造をMBE装置から取り出
し、既知の手法を用いて、<001>方向をチャネル方
向として、ソース,ドレイン領域8,9及びショットキ
ーバリア接合特性をもつゲート電極11、ソース,ドレ
イン電極10,11を形成し、電界効果型トランジスタ
を作製した。
MES型のFETを作製した例について述べる。まず、
1000Ω・cmのp−Si(110)基板1を化学処理し
た後、分子線成長(MBE)装置内に導入し、基板表面を
清浄化する。基板温度を520℃に設定した後、基板に
Si及びGeの分子線を照射し、y=0.25 なる膜厚
1μmのSi1-yGeyバッファ層2を歪み緩和して成長
させる。さらにその上に、膜厚20nmのSiチャネル
層3、1×1012(1/cm2)のSbを原子層ドープした
x=0.5なるn−Si1-xGex層5を含む膜厚10n
mのSi1-xGex 層4を成長温度400℃で歪み成長
の条件下で、順次、形成した。さらに、表面方向にzが
xから0へと変化するような10nmのSi1-zGez層
6を形成した後、10nmのSi層7を形成した。この
様にして作製したヘテロ構造をMBE装置から取り出
し、既知の手法を用いて、<001>方向をチャネル方
向として、ソース,ドレイン領域8,9及びショットキ
ーバリア接合特性をもつゲート電極11、ソース,ドレ
イン電極10,11を形成し、電界効果型トランジスタ
を作製した。
【0015】このようにして作製したMODFETにお
いて、移動度は2500cm2/Vsであり、相互コンダ
クタンスは実行チャネル長0.5μm の素子で200m
S/mmと良好な値を示した。
いて、移動度は2500cm2/Vsであり、相互コンダ
クタンスは実行チャネル長0.5μm の素子で200m
S/mmと良好な値を示した。
【0016】本実施例によれば、Si1-yGey(11
0)層上に歪み成長したSiGe/Si界面の<001
>方向をチャネルとすることによって、高利得のMES
型の電界効果型を得ることができる。
0)層上に歪み成長したSiGe/Si界面の<001
>方向をチャネルとすることによって、高利得のMES
型の電界効果型を得ることができる。
【0017】〈実施例2〉本実施例では、図7を用いて
MOS型のFETを作製した例について述べる。まず、
実施例1と同様の方法でp−Si(110)基板1上にy
=0.25なる膜厚1μmのSi1-yGeyバッファ層
2,膜厚20nmのSiチャネル層3,1×1012(1/
cm2)のSbを原子層ドープしたx=0.5なるn−Si
1-xGex層5を含む膜厚10nmのSi1-xGex層4,
10nmのSi1-zGez層6、及び10nmのSi層7
を形成した。この様にして作製したヘテロ構造をMBE
装置から取り出した後、化学気相成長法によって膜厚1
2nmのSi酸化膜23を形成し、さらに既知の手法を
用いて、<001>方向をチャネル方向として、ソー
ス,ドレイン領域8,9及びゲート電極24,ソース,
ドレイン電極10,12を形成し、電界効果型トランジ
スタを作製した。
MOS型のFETを作製した例について述べる。まず、
実施例1と同様の方法でp−Si(110)基板1上にy
=0.25なる膜厚1μmのSi1-yGeyバッファ層
2,膜厚20nmのSiチャネル層3,1×1012(1/
cm2)のSbを原子層ドープしたx=0.5なるn−Si
1-xGex層5を含む膜厚10nmのSi1-xGex層4,
10nmのSi1-zGez層6、及び10nmのSi層7
を形成した。この様にして作製したヘテロ構造をMBE
装置から取り出した後、化学気相成長法によって膜厚1
2nmのSi酸化膜23を形成し、さらに既知の手法を
用いて、<001>方向をチャネル方向として、ソー
ス,ドレイン領域8,9及びゲート電極24,ソース,
ドレイン電極10,12を形成し、電界効果型トランジ
スタを作製した。
【0018】このようにして作製したMODFETにお
いて、移動度は2400cm2/Vsであり、相互コンダ
クタンスは実行チャネル長0.5μmの素子で150m
S/mmと良好な値を示した。
いて、移動度は2400cm2/Vsであり、相互コンダ
クタンスは実行チャネル長0.5μmの素子で150m
S/mmと良好な値を示した。
【0019】本実施例によれば、Si1-yGey(110)
層上に歪み成長したSiGe/Si界面の<001>方
向をチャネルとすることによって、高利得のMOS型の
電界効果型トランジスタを得ることができる。
層上に歪み成長したSiGe/Si界面の<001>方
向をチャネルとすることによって、高利得のMOS型の
電界効果型トランジスタを得ることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、Si1-yGey(110)
面上に形成したSi1-xGex/Si界面の<001>方
向をチャネルとすることによって、量子準位間の散乱を
減少させ移動度を高めることができ、高利得のn型電界
効果型トランジスタを得ることができる。
面上に形成したSi1-xGex/Si界面の<001>方
向をチャネルとすることによって、量子準位間の散乱を
減少させ移動度を高めることができ、高利得のn型電界
効果型トランジスタを得ることができる。
【図1】本発明の一実施例の断面図。
【図2】歪みSi(110)層の伝導帯の底付近のエネル
ギ説明図。
ギ説明図。
【図3】従来の技術を説明する断面図。
【図4】歪みSi(001)層の伝導帯の底付近のエネル
ギ説明図。
ギ説明図。
【図5】Si1-xGex/Si界面付近のエネルギバンド
の説明図。
の説明図。
【図6】Si1-xGex/Si界面付近のフェルミレベル
(EF−E1)と電子濃度の関係を示す説明図。
(EF−E1)と電子濃度の関係を示す説明図。
【図7】本発明の他の実施例の断面図。
1…Si(110)基板、2…Si1-yGeyバッファ層、
3…歪みSiチャネル層、4…Si1-xGex層、5…n
−Si1-xGex層、6…Si1-zGez層、7…Si層、
8,9…ソース,ドレイン領域、10,12…ソース,
ドレイン電極、11…ゲート電極。
3…歪みSiチャネル層、4…Si1-xGex層、5…n
−Si1-xGex層、6…Si1-zGez層、7…Si層、
8,9…ソース,ドレイン領域、10,12…ソース,
ドレイン電極、11…ゲート電極。
Claims (4)
- 【請求項1】第一のSiGe(110)単結晶上に、面内
方向に伸長的に歪んだ第一のSi単結晶層を形成し、前
記第一のSi単結晶層の上に第二のSiGe単結晶層を
形成し、前記第一のSi単結晶層と第二のSiGe単結
晶層との界面の<001>方向をチャネルとすることを
特徴とする電界効果型トランジスタ。 - 【請求項2】請求項1において、Si(110)基板上に
歪みを緩和した第一のSiGe単結晶を形成した電界効
果型トランジスタ。 - 【請求項3】請求項1または2において、前記第二のS
iGe単結晶層は、前記第一のSi単結晶層と接合して
いる部分がアンドープであり、前記第一のSi単結晶層
と離れた部分がn型にドーピングされている電界効果型
トランジスタ。 - 【請求項4】請求項1,2または3において、前記第二
のSiGe単結晶層上に、表面に向かってGe含有率が
徐々に0に変化するような第三のSiGe単結晶層を形
成し、前記第三のSiGe単結晶層の上に前記第二のS
i単結晶層を形成し、前記第二のSi単結晶層に接合し
てゲート酸化膜、もしくは前記第二のSi単結晶層に対
してショットキー接合特性をもつゲート電極を形成した
電界効果型トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23924191A JPH0582558A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 電界効果型トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23924191A JPH0582558A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 電界効果型トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582558A true JPH0582558A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17041843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23924191A Pending JPH0582558A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 電界効果型トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0582558A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5354700A (en) * | 1993-07-26 | 1994-10-11 | United Microelectronics Corporation | Method of manufacturing super channel TFT structure |
| US6583437B2 (en) | 2000-03-17 | 2003-06-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| KR100611783B1 (ko) * | 2000-05-23 | 2006-08-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 제조 방법 |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP23924191A patent/JPH0582558A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5354700A (en) * | 1993-07-26 | 1994-10-11 | United Microelectronics Corporation | Method of manufacturing super channel TFT structure |
| US6583437B2 (en) | 2000-03-17 | 2003-06-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US6709909B2 (en) | 2000-03-17 | 2004-03-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| KR100611783B1 (ko) * | 2000-05-23 | 2006-08-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3443343B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US5241197A (en) | Transistor provided with strained germanium layer | |
| JP2994227B2 (ja) | ひずみSi/SiGeヘテロ構造層を使用するCMOSトランジスタ用の層構造 | |
| JPH07101739B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH0421336B2 (ja) | ||
| JPS6127681A (ja) | 超格子構造のチヤネル部をもつ電界効果トランジスタ | |
| US4796068A (en) | Semiconductor device having ultrahigh-mobility | |
| JPH07120790B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US8933488B2 (en) | Heterostructure field effect transistor with same channel and barrier configuration for PMOS and NMOS | |
| JPH0812916B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPH06236898A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPH0582558A (ja) | 電界効果型トランジスタ | |
| JP2679396B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPH088353B2 (ja) | 二次元ヘテロ接合素子 | |
| JPH05129635A (ja) | 電界効果型トランジスタとその製造方法 | |
| EP0136108B1 (en) | Heterojunction semiconductor device | |
| JPH098285A (ja) | ヘテロ接合半導体デバイス | |
| JP2855775B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| Bucamp et al. | Gate length dependent transport properties of in-plane core-shell nanowires with raised contacts | |
| JPH0337735B2 (ja) | ||
| JPH0684959A (ja) | 高電子移動度電界効果半導体装置 | |
| JP3484005B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH0311767A (ja) | 速度変調型電界効果トランジスタ | |
| Tomioka et al. | Vertical III-V Nanowire-Channel on Si | |
| JPH0620142B2 (ja) | 半導体装置 |