JP5063640B2 - Semiconductor device - Google Patents

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Description

本明細書で開示する発明は、結晶性半導体を利用した半導体装置、特に絶縁ゲイト型トランジスタの構成に関する。また、その様なトランジスタ等で構成された半導体回路、電気光学装置及びそれらを複合化した電子機器の構成に関する。   The invention disclosed in this specification relates to a semiconductor device using a crystalline semiconductor, particularly to a structure of an insulated gate transistor. In addition, the present invention relates to the configuration of a semiconductor circuit, an electro-optical device, and an electronic device that is a combination of such a semiconductor circuit including such transistors.

なお、本明細書中では上記トランジスタ、半導体回路、電気光学装置および電子機器を全て「半導体装置」の範疇に含めて扱う。即ち、半導体特性を利用して機能しうる装置を全て半導体装置と呼ぶ。従って、上記特許請求の範囲に記載された半導体装置は、トランジスタ等の単体素子だけでなく、それを集積化した半導体回路、電気光学装置及び電子機器をも包含する。   Note that in this specification, the above transistors, semiconductor circuits, electro-optical devices, and electronic devices are all included in the category of “semiconductor devices”. That is, all devices that can function using semiconductor characteristics are called semiconductor devices. Accordingly, the semiconductor device described in the claims includes not only a single element such as a transistor but also a semiconductor circuit, an electro-optical device, and an electronic apparatus in which the semiconductor device is integrated.

現状のVLSI、ULSIではさらなる集積度向上を求めて素子サイズが微細化の一途を辿る傾向にある。この流れはバルク単結晶を用いたMOSFETでも薄膜を用いたTFTでも同様に見られる。現在では、チャネル長が1μm以下、さらには 0.2μm以下といった素子が求められる様になっている。   In the current VLSI and ULSI, the element size tends to be miniaturized in order to further improve the degree of integration. This flow can be seen in both MOSFETs using bulk single crystals and TFTs using thin films. At present, devices having a channel length of 1 μm or less and further 0.2 μm or less are required.

ところが、微細化を妨げる要因として短チャネル効果という現象が知られている。短チャネル効果とは、チャネル長が短くなるにつれて引き起こされるソース/ドレイン間耐圧の低下、しきい値電圧の低下などの諸問題である(サブミクロンデバイスI;小柳光正他,pp88〜138 ,丸善株式会社,1987参照)。   However, a phenomenon called the short channel effect is known as a factor that prevents miniaturization. The short channel effect is various problems such as lowering of the source-drain breakdown voltage and lowering of the threshold voltage which are caused as the channel length is shortened (submicron device I; Mitsumasa Koyanagi et al., Pp88-138, Maruzen) Company, 1987).

同参考書によれば、耐圧低下の原因の一つとしてパンチスルー現象が最もよく知られている。この現象は、チャネル長が短くなることでドレイン側空乏層の電位的な影響がソース側に及び、ソース側の拡散電位が下げられる(ドレイン誘起障壁低下現象)ことでゲイト電圧による多数キャリアの制御が困難な状況になる現象である。   According to the reference book, the punch-through phenomenon is best known as one of the causes of the pressure drop. This phenomenon is due to the fact that the drain side depletion layer has a potential effect on the source side due to the shortening of the channel length, and the diffusion potential on the source side is lowered (drain induced barrier lowering phenomenon), so that majority carriers are controlled by the gate voltage. Is a difficult situation.

この様な短チャネル効果は微細化を行う上で乗り越えなくてはならない課題となっている。また、短チャネル効果の代表例としてしきい値電圧の低下が挙げられる。これも空乏層の広がりによって引き起こされると考えられる。   Such a short channel effect is a problem that must be overcome when miniaturization is performed. A typical example of the short channel effect is a decrease in threshold voltage. This is also thought to be caused by the spread of the depletion layer.

以上の様な短チャネル効果に対して様々な対策がなされているが、最も一般的に行なわれている対策はチャネルドープである。チャネルドープとは、チャネル形成領域全体に浅くP(リン)、B(ボロン)といった不純物元素を微量に添加し、短チャネル効果を抑制する技術である(特開平4-206971号公報、特開平4-286339号公報等)。   Various measures have been taken against the short channel effect as described above, but the most commonly taken measure is channel doping. Channel doping is a technique for suppressing a short channel effect by adding a small amount of an impurity element such as P (phosphorus) or B (boron) to the entire channel formation region (Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-206971 and 4). -286339).

チャネルドープはしきい値電圧の制御とパンチスルーの抑制とを目的として行われる。しかしながら、チャネルドープ技術はTFTの電界効果移動度(以下、モビリティと呼ぶ)に重大な制約を与えるという欠点を持っている。即ち、意図的に添加された不純物元素によってキャリアの移動が阻害され、キャリア移動度が大幅に低下してしまうのである。   Channel doping is performed for the purpose of controlling the threshold voltage and suppressing punch-through. However, the channel doping technique has a drawback in that it seriously restricts the field effect mobility (hereinafter referred to as mobility) of the TFT. That is, the intentionally added impurity element inhibits the movement of carriers, and the carrier mobility is greatly reduced.

本願発明は上記問題点を鑑みて成されたものであり、高い動作性能(高いモビリティ)と高い信頼性(高い耐圧特性)とを同時に実現しうる全く新しい構造の半導体装置およびその作製方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor device having a completely new structure capable of simultaneously realizing high operating performance (high mobility) and high reliability (high withstand voltage characteristics), and a method for manufacturing the same. The task is to do.

本明細書で開示する発明の構成は、
結晶性半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域および活性領域を構成に含むトランジスタでなる回路を有する半導体装置であって、
前記活性領域は局所的にゲルマニウムを添加して形成されたSix Ge1-x (0<X<1) 領域と前記ゲルマニウムが添加されなかったSi領域とで構成され、
前記Si領域によって前記ドレイン領域から前記ソース領域に向かって広がる空乏層が抑止されることを特徴とする。
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A semiconductor device having a circuit formed of a transistor including a source region, a drain region, and an active region formed using a crystalline semiconductor.
The active region is composed of a Si x Ge 1-x (0 <X <1) region formed by locally adding germanium and a Si region to which germanium is not added,
A depletion layer extending from the drain region toward the source region is suppressed by the Si region.

また、他の発明の構成は、
結晶性半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域および活性領域を構成に含むトランジスタでなる回路を有する半導体装置であって、
前記活性領域は局部的にゲルマニウムを添加して形成されたSix Ge1-x (0<X<1) 領域と13族又は15族から選ばれた元素が添加されたSi領域とで構成され、 前記Si領域によって前記ドレイン領域から前記ソース領域に向かって広がる空乏層が抑止され、且つしきい値電圧が制御されることを特徴とする。
Further, the configuration of the other invention is as follows:
A semiconductor device having a circuit formed of a transistor including a source region, a drain region, and an active region formed using a crystalline semiconductor.
The active region is composed of a Si x Ge 1-x (0 <X <1) region formed by locally adding germanium and a Si region to which an element selected from group 13 or group 15 is added. The depletion layer extending from the drain region toward the source region is suppressed by the Si region, and the threshold voltage is controlled.

なお、上記構成において前記活性領域は前記Six Ge1-x (0<X<1) 領域及び前記Si領域が互いに概略平行に、且つ、交互に並んで構成され、
前記Six Ge1-x (0<X<1) 領域は前記ソース領域から前記ドレイン領域にかけて形成されている構造とすることが好ましい。
In the above configuration, the active region is configured such that the Si x Ge 1-x (0 <X <1) region and the Si region are substantially parallel to each other and alternately arranged.
The Si x Ge 1-x (0 <X <1) region is preferably formed from the source region to the drain region.

また、他の発明の構成は、
結晶性半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域および活性領域を構成に含むトランジスタでなる回路を有する半導体装置であって、
前記活性領域にはゲルマニウムを添加して形成されたSix Ge1-x (0<X<1) 領域とゲルマニウムが添加されなかったSi領域とが互いに概略平行に、且つ、交互に並んで配置され、前記Six Ge1-x (0<X<1) 領域が前記ソース領域から前記ドレイン領域に渡って形成されていることを特徴とする。
Further, the configuration of the other invention is as follows:
A semiconductor device having a circuit formed of a transistor including a source region, a drain region, and an active region formed using a crystalline semiconductor.
In the active region, Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions formed by adding germanium and Si regions not added by germanium are arranged substantially parallel to each other and alternately arranged. The Si x Ge 1-x (0 <X <1) region is formed from the source region to the drain region.

また、他の発明の構成は、
結晶性半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域および活性領域を構成に含むトランジスタでなる回路を有する半導体装置であって、
前記活性領域と前記ソース領域との接合部にはゲルマニウムを添加して形成されたSix Ge1-x (0<X<1) 領域が間隔を空けて局所的に設けられていることを特徴とする。
Further, the configuration of the other invention is as follows:
A semiconductor device having a circuit formed of a transistor including a source region, a drain region, and an active region formed using a crystalline semiconductor.
A Si x Ge 1-x (0 <X <1) region formed by adding germanium is locally provided at an interval in a junction between the active region and the source region. And

また、他の発明の構成は、
結晶性半導体を利用して形成されたソース領域、ドレイン領域および活性領域を構成に含むトランジスタでなる回路を有する半導体装置であって、
前記活性領域と前記ドレイン領域との接合部にはゲルマニウムを添加して形成されたSix Ge1-x (0<X<1) 領域が間隔を空けて局所的に形成されていることを特徴とする。
Further, the configuration of the other invention is as follows:
A semiconductor device having a circuit formed of a transistor including a source region, a drain region, and an active region formed using a crystalline semiconductor.
A Si x Ge 1-x (0 <X <1) region formed by adding germanium is locally formed at an interval in a junction between the active region and the drain region. And

本願発明の主旨は、活性領域に対して局所的にゲルマニウムを添加することで意図的にバンド構造の異なる2種類の領域を形成し、そのバンド構造の差を利用してドレイン側からソース側に向かって広がる空乏層を抑止することにある。なお、活性領域とはソース/ドレイン領域間(またはLDD領域間)に挟まれた領域のことを指す。   The gist of the present invention is that two regions having different band structures are intentionally formed by locally adding germanium to the active region, and the difference between the band structures is used to change from the drain side to the source side. The purpose is to suppress the depletion layer that spreads toward you. Note that the active region refers to a region sandwiched between source / drain regions (or between LDD regions).

また、本発明者らは空乏層を抑止する効果があたかも空乏層をピン止めする様に捉えられることから、「抑止」という意味で「ピニング」という言葉を定義している。そして、本願発明を利用した半導体装置をピニングFET(またはピニングTFT)と呼び、従来の半導体装置とは明確に区別している。   In addition, the present inventors define the term “pinning” in the sense of “suppression” because the effect of suppressing the depletion layer can be understood as if the depletion layer is pinned. A semiconductor device using the present invention is called a pinning FET (or pinning TFT) and is clearly distinguished from a conventional semiconductor device.

上述の構成からなる本願発明の半導体装置は、高い動作性能と高い信頼性とを同時に実現する。本願発明の半導体装置に関する詳細について以下に示す実施例でもって説明する。   The semiconductor device of the present invention having the above-described configuration simultaneously achieves high operating performance and high reliability. Details regarding the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the following embodiments.

本願発明によりチャネル長およびチャネル幅が極めて小さい微細な半導体装置においても短チャネル効果による悪影響を抑制または防止することができる。即ち、パンチスルーによるソース−ドレイン間耐圧の低下としきい値電圧の低下とを解決することができる。   According to the present invention, adverse effects due to the short channel effect can be suppressed or prevented even in a fine semiconductor device having a very small channel length and channel width. That is, it is possible to solve the decrease in the breakdown voltage between the source and the drain and the decrease in the threshold voltage due to punch-through.

さらに、上記効果はチャネル形成領域(キャリアが移動する領域)に余計な不純物を含ませることなく得られるので、キャリア移動度を損なうことがない。その結果、非常に高いモビリティが実現され、高速動作特性(高周波特性)に優れるという利点がある。   Furthermore, since the above effect can be obtained without adding extra impurities to the channel formation region (region where carriers move), carrier mobility is not impaired. As a result, extremely high mobility is realized, and there is an advantage that high speed operation characteristics (high frequency characteristics) are excellent.

また、Six Ge1-x 領域を少数キャリアの引き出し配線として活用することで、衝突電離によるソース−ドレイン間耐圧の低下を防ぐことが可能である。 In addition, by utilizing the Si x Ge 1-x region as a minority carrier lead-out wiring, it is possible to prevent a decrease in source-drain breakdown voltage due to impact ionization.

以上の相乗効果によって、高い動作性能と高い信頼性とを同時に実現する半導体装置を実現することができる。また、本願発明の半導体装置を採用した電気光学装置および半導体回路並びにそれらを搭載した電子機器は、非常に高い性能と高い信頼性を得ることができる。   With the above synergistic effect, it is possible to realize a semiconductor device that simultaneously achieves high operating performance and high reliability. In addition, an electro-optical device and a semiconductor circuit that employ the semiconductor device of the present invention, and an electronic apparatus equipped with them can obtain very high performance and high reliability.

本願発明の半導体装置(FET)の構成を示す図。The figure which shows the structure of the semiconductor device (FET) of this invention. 活性領域のバンド構造を示す図。The figure which shows the band structure of an active region. チャネル長及びチャネル幅の定義を示す図。The figure which shows the definition of channel length and channel width. 活性領域のエネルギー状態を示す図。The figure which shows the energy state of an active region. 活性領域のエネルギー状態を模式的に示す図。The figure which shows the energy state of an active region typically. 本願発明の半導体装置(TFT)の構成を示す図。The figure which shows the structure of the semiconductor device (TFT) of this invention. 活性領域の構成を示す図。The figure which shows the structure of an active region. 活性領域の構成を示す図。The figure which shows the structure of an active region. 活性領域の構成を示す図。The figure which shows the structure of an active region. 活性領域の構成を示す図。The figure which shows the structure of an active region. CMOS回路の構成を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration of a CMOS circuit. 電気光学装置の概略の構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an electro-optical device. 半導体回路の構成を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a semiconductor circuit. 電子機器の一例を説明するための図。FIG. 10 illustrates an example of an electronic device.

本願発明のピニングFETの構造について図1を用いて説明する。図1(A)は上面図、図1(B)は上面図をA−A’で切断した断面図、図1(C)は上面図をB−B’で切断した断面図である。   The structure of the pinning FET of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a cross-sectional view of the top view cut along A-A ′, and FIG. 1C is a cross-sectional view of the top view cut along B-B ′.

図1(A)において、101はソース領域、102は活性領域、103はドレイン領域、104はフィールド酸化膜である。また、活性領域102を横切る様にして複数設けられた領域105は、局部的にゲルマニウム(Ge)を添加した領域(以下、Six Ge1-x (0<X<1) 領域と略記する)である。 In FIG. 1A, 101 is a source region, 102 is an active region, 103 is a drain region, and 104 is a field oxide film. A plurality of regions 105 provided so as to cross the active region 102 are regions where germanium (Ge) is locally added (hereinafter abbreviated as Si x Ge 1-x (0 <X <1) region). It is.

なお、Six Ge1-x で示される組成では0<X<1の関係が成り立つ。即ち、Six Ge1-x 領域はSiのみ又はGeのみといった組成にはならない。具体的にはx=0.05〜0.95の範囲に収まる様な濃度でゲルマニウムが添加されている。 In the composition represented by Si x Ge 1-x , a relationship of 0 <X <1 is established. That is, the Si x Ge 1-x region is not composed of only Si or Ge. Specifically, germanium is added at a concentration such that x falls within the range of 0.05 to 0.95.

また、活性領域102内において、ゲルマニウムが添加されなかった領域106は、真性または実質的に真性なシリコンからなる領域(以下、Si領域と略記する)である。   In the active region 102, the region 106 to which germanium is not added is a region made of intrinsic or substantially intrinsic silicon (hereinafter abbreviated as Si region).

また、活性領域102の両端にはLDD領域107が設けられ、活性領域102の上にはゲイト絶縁膜を介してゲイト電極108が設けられている。このゲイト電極108は導電性を付与したシリコンを用いる。他にもアルミニウムを主成分とする材料、タンタル、タングステン、モリブデン等を用いることもできる。さらに、層間絶縁膜を介してソース電極109、ドレイン電極110が設けられ、それぞれソース領域101、ドレイン領域103と接している。   In addition, LDD regions 107 are provided at both ends of the active region 102, and a gate electrode 108 is provided on the active region 102 through a gate insulating film. The gate electrode 108 is made of silicon having conductivity. In addition, a material containing aluminum as a main component, tantalum, tungsten, molybdenum, or the like can be used. Further, a source electrode 109 and a drain electrode 110 are provided through an interlayer insulating film, and are in contact with the source region 101 and the drain region 103, respectively.

ここで、本願発明の特徴であるSix Ge1-x 領域とSi領域とについて説明を行う。上述の様に、本願発明では活性領域102がSix Ge1-x 領域105とSi領域106とで構成されている。最も典型的な構成は、図1(A)に示す様にSix Ge1-x 領域105とSi領域106とが互いに概略平行に、且つ、交互に並んだ構成である。なお、この様な構成では活性領域102がSix Ge1-x 領域105によって複数のSi領域106に分断されているとも見なせる。 Here, the Si x Ge 1-x region and the Si region, which are features of the present invention, will be described. As described above, in the present invention, the active region 102 is composed of the Si x Ge 1-x region 105 and the Si region 106. As shown in FIG. 1A, the most typical configuration is a configuration in which Si x Ge 1-x regions 105 and Si regions 106 are arranged substantially parallel to each other and alternately. In such a configuration, it can be considered that the active region 102 is divided into a plurality of Si regions 106 by the Si x Ge 1-x regions 105.

このSix Ge1-x 領域105は質量分離したイオンインプランテーション法を用いてゲルマニウムを添加することで形成することができる。ここでゲルマニウムを添加した場合のバンドギャップの変化について図2を用いて説明する。 The Si x Ge 1-x region 105 can be formed by adding germanium using a mass-separated ion implantation method. Here, changes in the band gap when germanium is added will be described with reference to FIG.

図2に示すエネルギーバンド図は、隣接するSix Ge1-x 領域とSi領域とのバンド構造の変化を模式的に示したものである。Si/Si x Ge1-x 界面におけるバンド構造に関しては未だ研究過程にあるが、Six Ge1-x 層とSi層との界面付近では図2に示す様なバンド構造が形成されると報告されている。 The energy band diagram shown in FIG. 2 schematically shows changes in the band structure between adjacent Si x Ge 1-x regions and Si regions. Although the band structure at the Si / Si x Ge 1-x interface is still under study, it is reported that the band structure shown in Fig. 2 is formed near the interface between the Si x Ge 1-x layer and the Si layer. Has been.

即ち、Six Ge1-x 領域では価電子帯(Ev )が伝導帯(Ec )に較べて大幅に持ち上がるためその部分が極端にナローギャップになる。そのため、図2に示した模式図の様にSix Ge1-x 領域のバンドギャップ(Eg2 )は、Si領域のバンドギャップ(Eg1 )に比べて小さい。 That is, in the Si x Ge 1-x region, the valence band (Ev) rises significantly compared to the conduction band (Ec), and this portion becomes an extremely narrow gap. Therefore, the band gap (Eg 2 ) of the Si x Ge 1-x region is smaller than the band gap (Eg 1 ) of the Si region as shown in the schematic diagram shown in FIG.

この時、Six Ge1-x 領域のバンドギャップは組成中に含まれるゲルマニウム量で変化する。本願発明ではSix Ge1-x で示される組成において0<X<1、好ましくは 0.05 <x<0.95(代表的には 0.5<x<0.95 )となる様にxを変化させる。また、この制御によりSix Ge1-x 領域のバンドギャップ(Eg2 )は0.66<Eg2 <1.6 (代表的には0.66<Eg2 <1.1 )の間で変化する。 At this time, the band gap of the Si x Ge 1-x region varies depending on the amount of germanium contained in the composition. In the present invention, x is changed so that 0 <X <1, preferably 0.05 <x <0.95 (typically 0.5 <x <0.95) in the composition represented by Si x Ge 1-x . Further, by this control, the band gap (Eg 2 ) of the Si x Ge 1-x region changes between 0.66 <Eg 2 <1.6 (typically 0.66 <Eg 2 <1.1).

この様なバンド構造となる場合、FET動作時のキャリア(電子または正孔)はエネルギーギャップの狭いSix Ge1-x 領域を優先的に移動する様な傾向にある。従って、Six Ge1-x 領域がキャリアの移動経路として機能する。この様な傾向はNチャネル型でもPチャネル型でも同様である。 In the case of such a band structure, carriers (electrons or holes) during FET operation tend to move preferentially in the Si x Ge 1-x region with a narrow energy gap. Accordingly, the Si x Ge 1-x region functions as a carrier movement path. Such a tendency is the same in both the N channel type and the P channel type.

ここでチャネル長およびチャネル幅の定義を図3を用いて行う。図3においてソース領域301とドレイン領域302との間の距離(活性領域303の長さに相当する)をチャネル長(L)と定義する。本願発明はこの長さが2μm以下、典型的には30〜500 nm(さらに好ましくは50〜200 nm)である場合に特に有効である。また、このチャネル長に沿った方向をチャネル長方向と呼ぶ。   Here, the channel length and the channel width are defined with reference to FIG. In FIG. 3, a distance between the source region 301 and the drain region 302 (corresponding to the length of the active region 303) is defined as a channel length (L). The present invention is particularly effective when the length is 2 μm or less, typically 30 to 500 nm (more preferably 50 to 200 nm). A direction along the channel length is referred to as a channel length direction.

また、チャネル長方向と直交する方向における活性領域303の長さを総合チャネル幅(W)と呼ぶ。この総合チャネル幅に沿った方向をチャネル幅方向と呼ぶことにする。   The length of the active region 303 in the direction orthogonal to the channel length direction is referred to as the total channel width (W). A direction along the total channel width is referred to as a channel width direction.

次に、任意のSix Ge1-x 領域304の幅(チャネル幅と呼ぶ)をwi とする。幅vi の最小幅は量子効果が起こらない程度(約3nm)とし、最大幅はドレイン側空乏層の最大空乏層幅と同程度とすることが望ましい。 Next, the width of an arbitrary Si x Ge 1-x region 304 (referred to as channel width) is denoted by w i . Desirably, the minimum width of the width v i is set to such an extent that the quantum effect does not occur (about 3 nm), and the maximum width is set to be about the same as the maximum depletion layer width of the drain side depletion layer.

最大空乏層幅は基板濃度(又はウェル濃度)とドレイン領域の不純物濃度が決まれば必然的に決まる。例えば、基板またはウェル濃度が 1×1016atoms/cm3 程度ならば約 300nmである。 The maximum depletion layer width is inevitably determined if the substrate concentration (or well concentration) and the impurity concentration of the drain region are determined. For example, if the substrate or well concentration is about 1 × 10 16 atoms / cm 3, it is about 300 nm.

以上の様な理由からSix Ge1-x 領域304の幅(wi )は2μm未満、好ましくは50〜300nm (さらに好ましくは1〜50nm)とすれば良い。そして、活性領域303内に存在する全てのSix Ge1-x 領域の幅の総和をWとすると、次式の様に定義される。 For the above reasons, the width (w i ) of the Si x Ge 1-x region 304 is less than 2 μm, preferably 50 to 300 nm (more preferably 1 to 50 nm). When the total width of all Si x Ge 1-x regions existing in the active region 303 is W, the following equation is defined.

Figure 0005063640
Figure 0005063640

なお、Six Ge1-x 領域304はキャリアが移動する領域(以下、チャネル形成領域と呼ぶ)として機能する。そのため、活性領域303に対して少なくとも一つのSix Ge1-x 領域を設ける必要がある。即ち、i =1〜mとなり、1本乃至m本のSix Ge1-x 領域を形成する。また、上述のチャネル幅vi の総和(W)を有効チャネル幅と呼ぶ。 Note that the Si x Ge 1-x region 304 functions as a region where carriers move (hereinafter referred to as a channel formation region). Therefore, it is necessary to provide at least one Si x Ge 1-x region for the active region 303. That is, i = 1 to m, and 1 to m Si x Ge 1-x regions are formed. The total sum (W) of the channel widths v i described above is referred to as an effective channel width.

また、Six Ge1-x 領域304は 1×1017〜 5×1019atoms/cm3 (好ましくは 1×1018〜 1×1019atoms/cm3 )の範囲でゲルマニウムを添加することで形成することができる。この添加濃度によってSix Ge1-x 領域304のバンドギャップが変化する。ただし、過剰にゲルマニウムを添加すると却ってキャリアの移動を妨げる恐れもあるので 1×1019atoms/cm3 程度を上限とすると良い。 The Si x Ge 1-x region 304 is doped with germanium in the range of 1 × 10 17 to 5 × 10 19 atoms / cm 3 (preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 ). Can be formed. The band gap of the Si x Ge 1-x region 304 changes depending on the addition concentration. However, since excessive addition of germanium may hinder the movement of carriers, the upper limit is preferably about 1 × 10 19 atoms / cm 3 .

次に、Si領域305の幅(ピニング幅と呼ぶ)をvj とする。ピニング幅vj もSix Ge1-x 領域304と同様に1μm以下、好ましくは50〜300nm (さらに好ましくは1〜50nm)とすればピニング効果を得ることができる。また、上記Si領域305の幅vj の総和をVとすると次式の様に定義される。 Next, the width of the Si region 305 (referred to as pinning width) is set to v j . As with the Si x Ge 1-x region 304, the pinning width v j is 1 μm or less, preferably 50 to 300 nm (more preferably 1 to 50 nm), so that a pinning effect can be obtained. Further, when the total sum of the widths v j of the Si region 305 is V, the following equation is defined.

Figure 0005063640
Figure 0005063640

なお、Si領域305は、空乏層の広がりを抑止するための領域として機能するため、活性領域303に対して少なくとも一つのSi領域を設ける必要がある。即ち、j =1〜nとなり、1本乃至n本のSi領域を形成する。また、上述のピニング幅vi の総和(V)を有効ピニング幅と呼ぶ。 Note that since the Si region 305 functions as a region for suppressing the spread of the depletion layer, it is necessary to provide at least one Si region with respect to the active region 303. That is, j = 1 to n, and 1 to n Si regions are formed. The total sum (V) of the above-described pinning widths v i is referred to as an effective pinning width.

そして、上記有効チャネル幅(W)と有効ピニング幅(V)とを加えた総和を総合チャネル幅(Wtotal )とし、次式で定義する。 The total sum of the effective channel width (W) and the effective pinning width (V) is defined as the total channel width (W total ), which is defined by the following equation.

Figure 0005063640
Figure 0005063640

以上の様に定義される本願発明の半導体装置は、特にチャネル長が極めて小さい半導体装置に適用することを念頭に置いているので、Six Ge1-x 領域の形成は極めて微細な寸法で行わなくてはならない。 Since the semiconductor device of the present invention defined as described above is applied in particular to a semiconductor device having an extremely small channel length, the formation of the Si x Ge 1-x region is performed with extremely fine dimensions. Must-have.

そのため、図1(A)におけるSix Ge1-x 領域105の形成には極めて微細な露光技術及びイオン注入技術が必要となる。即ち、エキシマレーザー、電子ビームまたはX線等による露光技術とイオンインプランテーション、プラズマドーピング、レーザードーピング等によるイオン注入技術とを組み合わせて行うことが好ましい。また、集束イオンビーム(FIB)等を用いてマスクレスで不純物添加を行うことも可能である。 Therefore, the formation of the Si x Ge 1-x region 105 in FIG. 1A requires extremely fine exposure technology and ion implantation technology. That is, it is preferable to combine an exposure technique using excimer laser, electron beam, X-ray or the like and an ion implantation technique using ion implantation, plasma doping, laser doping or the like. It is also possible to add impurities without using a focused ion beam (FIB) or the like.

特に、ゲルマニウムの導入量を精密に制御するためにもイオン注入技術は精密な濃度制御の可能な技術を利用することが好ましい。   In particular, in order to precisely control the amount of germanium introduced, it is preferable to use a technique capable of precise concentration control as the ion implantation technique.

次に、図1(B)についての説明を行う。なお、図1(B)において、図1(A)で説明した部分については同一の符号を用いて説明することにする。   Next, FIG. 1B will be described. Note that in FIG. 1B, portions described in FIG. 1A are described using the same reference numerals.

図1(B)において、111は単結晶シリコン基板であり、N型またはP型シリコン基板を用いる。なお、シリコン基板111としては、通常のCZ法、FZ法またはその他の方法で形成された全てのシリコン基板を用いることができる。ただし、キャリアの移動度を高めるためには、ドーパント量(不純物元素の添加濃度)の少ない高抵抗シリコン基板を用いることが好ましい。   In FIG. 1B, reference numeral 111 denotes a single crystal silicon substrate, which uses an N-type or P-type silicon substrate. As the silicon substrate 111, any silicon substrate formed by a normal CZ method, FZ method, or other methods can be used. However, in order to increase carrier mobility, it is preferable to use a high-resistance silicon substrate with a small amount of dopant (impurity element addition concentration).

なお、本実施例ではシリコン基板をそのまま利用してピニングFETを形成する例を示しているが、N型またはP型の不純物ウェルを形成して、その中にピニングFETを形成する構成としても良い。   In this embodiment, an example in which the pinning FET is formed using the silicon substrate as it is is shown, but an N-type or P-type impurity well may be formed and the pinning FET may be formed therein. .

また、112はフィールド酸化膜104の下に形成されたチャネルストッパー、113はゲイト絶縁膜、114は層間絶縁膜である。また、活性領域102内においてSix Ge1-x 領域105以外の領域がSi領域106となる。 112 is a channel stopper formed under the field oxide film 104, 113 is a gate insulating film, and 114 is an interlayer insulating film. Further, a region other than the Si x Ge 1-x region 105 in the active region 102 becomes the Si region 106.

そして、活性領域102に対してストライプ状にSix Ge1-x 領域105が形成されることで、やはりストライプ状にSi領域106が形成される。このSi領域106はドレイン側からソース側に向かって広がる空乏層を効果的にピニングする様に深く形成することが好ましい。基本的には、ソース/ドレイン領域の接合深さよりも深くすると良い。 Then, by forming the Si x Ge 1-x region 105 in a stripe shape with respect to the active region 102, the Si region 106 is also formed in a stripe shape. The Si region 106 is preferably formed deep so that a depletion layer extending from the drain side to the source side is effectively pinned. Basically, it should be deeper than the junction depth of the source / drain regions.

次に、図1(C)について説明を行う。図1(C)において、ソース領域101及びドレイン領域103の内側に設けられた領域107がLDD領域である。このLDD領域107はサイドウォール115を利用して形成される。   Next, FIG. 1C will be described. In FIG. 1C, a region 107 provided inside the source region 101 and the drain region 103 is an LDD region. The LDD region 107 is formed using the sidewall 115.

なお、図1(C)に示す様にSix Ge1-x 領域105をLDD領域107の内部にまで食い込む様に形成すると、LDD領域に到達するまでキャリアの移動がスムーズに行われるので有効である。勿論、ドレイン領域103の内部にまで食い込む様に形成することもできるし、LDD領域内に食い込まない様に形成しておくことも可能である。 As shown in FIG. 1C, forming the Si x Ge 1-x region 105 so as to penetrate into the LDD region 107 is effective because carriers move smoothly until reaching the LDD region. is there. Of course, it can be formed so as to penetrate into the drain region 103, or can be formed so as not to penetrate into the LDD region.

本願発明のピニングFETは、以上に示した様な構成を基本とする。ただし、最も重要なのは活性領域の構成であり、活性領域とは直接関係しない素子構造に関しては図1の構造に限定されるものではない。   The pinning FET of the present invention is based on the configuration as described above. However, the most important is the configuration of the active region, and the element structure not directly related to the active region is not limited to the structure of FIG.

次に、Six Ge1-x 領域105及びSi領域106の果たす役割と、それによって得られる効果についてNチャネル型FETを例にとって説明する。 Next, the role played by the Si x Ge 1-x region 105 and the Si region 106 and the effects obtained thereby will be described by taking an N-channel FET as an example.

まず、第1の効果について説明する。本願発明の最も大きな目的は、ドレイン側からソース側に向かって広がる空乏層を抑止(ピニング)し、ドレイン電圧によるソース側の電位障壁の低下を防止することにある。そして、空乏層の広がりを抑止することでしきい値電圧の低下やパンチスルーによる耐圧の低下を十分に防ぐことが可能となる。   First, the first effect will be described. The most important object of the present invention is to suppress (pinning) a depletion layer spreading from the drain side to the source side, and to prevent a potential barrier on the source side from being lowered due to the drain voltage. In addition, by suppressing the spread of the depletion layer, it is possible to sufficiently prevent a decrease in threshold voltage and a breakdown voltage due to punch-through.

図1において、活性領域102に局部的に残存したSi領域106は、ドレイン側から広がる空乏層に対して電位的なストッパー(障壁)として働き、空乏層の広がりを効果的に抑止する。従って、空乏層の広がりによってソース側の拡散電位が引き下げられることもなくなり、パンチスルー現象が防止される。また、空乏層の広がりによる空乏層電荷の増加が抑制されるので、しきい値電圧の低下も避けられる。   In FIG. 1, the Si region 106 remaining locally in the active region 102 acts as a potential stopper (barrier) against the depletion layer spreading from the drain side, and effectively suppresses the spread of the depletion layer. Therefore, the diffusion potential on the source side is not lowered due to the spread of the depletion layer, and the punch-through phenomenon is prevented. In addition, since the increase in depletion layer charge due to the spread of the depletion layer is suppressed, a decrease in threshold voltage can be avoided.

以上の様に、活性領域に対してSix Ge1-x 領域105を形成することでストライプ状のチャネル形成領域とピニング領域とに区別されるため、微細化に際して非常に重大な問題であった短チャネル効果を抑止または防止することが可能となる。この効果は本願発明の半導体装置の最も重要な効果である。 As described above, the formation of the Si x Ge 1-x region 105 in the active region distinguishes between the striped channel formation region and the pinning region, which is a very serious problem in miniaturization. It is possible to suppress or prevent the short channel effect. This effect is the most important effect of the semiconductor device of the present invention.

次に第2の効果について説明する。本願発明のNチャネル型FETではストライプ状に設けられたSix Ge1-x 領域がチャネル形成領域として機能するのでキャリアの移動経路が規定され、余計なキャリア散乱を防ぐことができる。 Next, the second effect will be described. In the N-channel FET of the present invention, the Si x Ge 1-x region provided in a stripe shape functions as a channel formation region, so that a carrier movement path is defined and unnecessary carrier scattering can be prevented.

図4は本実施例のピニングTFTが動作した際の活性領域102のエネルギー状態(電位状態)を示している。図4において、401、402で示される領域がSi領域106のエネルギー状態に相当し、403で示される領域がSix Ge1-x 領域105のエネルギー状態に相当する。 FIG. 4 shows the energy state (potential state) of the active region 102 when the pinning TFT of this embodiment operates. In FIG. 4, regions indicated by 401 and 402 correspond to the energy state of the Si region 106, and a region indicated by 403 corresponds to the energy state of the Si x Ge 1-x region 105.

図4からも明らかな様に、Six Ge1-x 領域105はSix Ge1-x 領域に較べてバンドギャップの大きいSi領域106に挟まれるため、結果的に電子はエネルギー状態の低いSix Ge1-x 領域105を優先的に移動する。 As apparent from FIG. 4, the Si x Ge 1-x region 105 is sandwiched between Si regions 106 having a larger band gap than the Si x Ge 1-x region. The x Ge 1-x region 105 is moved preferentially.

このSix Ge1-x 領域およびSi領域はどちらも真性または実質的に真性な領域である。即ち、Nチャネル型ピニングFETでは、チャネル形成領域となるSix Ge1-x 領域105が真性または実質的に真性な領域で構成され、その領域を電子が移動するという構成になる。 Both the Si x Ge 1-x region and the Si region are intrinsic or substantially intrinsic regions. That is, in the N-channel pinning FET, the Si x Ge 1-x region 105 serving as a channel formation region is configured as an intrinsic or substantially intrinsic region, and electrons move through the region.

ここで真性な領域とは、N型やP型を付与する不純物元素および炭素、窒素、酸素といった不純物元素を意図的に添加しない領域を呼ぶ。また、実質的に真性な領域とは、逆導電型不純物の添加により意図的に導電型を相殺させた領域又はしきい値電圧の制御が可能な範囲において一導電型を示す領域を指す。   Here, the intrinsic region refers to a region to which an impurity element imparting N-type or P-type and an impurity element such as carbon, nitrogen, or oxygen is not intentionally added. The substantially intrinsic region refers to a region in which the conductivity type is intentionally offset by the addition of a reverse conductivity type impurity or a region having one conductivity type in a range in which the threshold voltage can be controlled.

例えば、ドーパント濃度(リン、砒素、ボロン、インジウム、アンチモン等の濃度)が 1×1018atoms/cm3 以下(好ましくは 1×1017atoms/cm3 以下)であり、含有する炭素、窒素、酸素の濃度が 2×1018atoms/cm3 以下である様なシリコン基板は実質的に真性であるといって差し支えない。 For example, the dopant concentration (concentration of phosphorus, arsenic, boron, indium, antimony, etc.) is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less), and carbon, nitrogen, A silicon substrate having an oxygen concentration of 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less can be said to be substantially intrinsic.

そういった意味で、一般的に半導体用に用いられる単結晶シリコン基板はプロセス過程で意図的に一導電型を付与する不純物元素を添加しない限り全て実質的に真性であると言える。   In that sense, it can be said that all single crystal silicon substrates generally used for semiconductors are substantially intrinsic unless an impurity element imparting one conductivity type is intentionally added in the process.

また、一般的なVLSIプロセスで用いられる様に 1×1017〜 1×1018atoms/cm3 の濃度で形成されたN型またはP型のウェルも、しきい値電圧の制御が可能といった点で実質的に真性と見なすことができる。 In addition, the threshold voltage of an N-type or P-type well formed at a concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 as used in a general VLSI process can be controlled. It can be regarded as intrinsic.

キャリアの移動する領域が真性または実質的に真性である場合、不純物散乱による移動度の低下は極めて小さくなり高いモビリティが得られる。この点が本願発明とチャネルドープ法との大きな相違点である。   When the region where carriers move is intrinsic or substantially intrinsic, the decrease in mobility due to impurity scattering is extremely small, and high mobility can be obtained. This is a major difference between the present invention and the channel doping method.

また、図1(A)に示す様に、ソース領域からドレイン領域にかけて線状のSix Ge1-x 領域を設けた場合、Si領域によって電子の移動経路が規定されるという効果が得られる。 In addition, as shown in FIG. 1A, when a linear Si x Ge 1-x region is provided from the source region to the drain region, an effect that an electron movement path is defined by the Si region can be obtained.

前述の様に、Si領域に挟まれたSix Ge1-x 領域のエネルギー状態は図4に示す様な状態となっている。図1(A)に示す構成では、図4の様なエネルギー状態のスリットが複数並んでいると考えられる。 As described above, the energy state of the Si x Ge 1-x region sandwiched between the Si regions is as shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 1A, it is considered that a plurality of slits in an energy state as shown in FIG. 4 are arranged.

この様子を模式的に表したのが図5である。図5において、501がSi領域(ピニング領域)、502がSix Ge1-x 領域(チャネル形成領域)を表している。また、503が多数キャリア(ここでは電子)である。図5に示す様に、電子503はエネルギー的に低いSix Ge1-x 領域502を優先的に移動する。 FIG. 5 schematically shows this state. In FIG. 5, reference numeral 501 denotes a Si region (pinning region), and 502 denotes a Si x Ge 1-x region (channel formation region). Reference numeral 503 denotes majority carriers (electrons here). As shown in FIG. 5, the electrons 503 move preferentially in the Si x Ge 1-x region 502 that is low in energy.

この様に多数キャリアの移動経路を規定することでキャリア同士の自己衝突による散乱(キャリア散乱)が低減する。この事はFETのモビリティの向上に大きく寄与する。   By defining the movement path of majority carriers in this way, scattering due to self collision between carriers (carrier scattering) is reduced. This greatly contributes to improving the mobility of the FET.

さらに、Six Ge1-x 層をチャネル形成領域とした場合の方がSi層をチャネル形成領域とした場合よりもキャリア移動度が高いことが知られている。即ち、本願発明はSix Ge1-x 領域をキャリアの移動経路として活用するので、従来のMOSFETよりも高いモビリティが実現できるという利点を有する。 Furthermore, it is known that the carrier mobility is higher when the Si x Ge 1-x layer is used as a channel formation region than when the Si layer is used as a channel formation region. That is, the present invention uses the Si x Ge 1-x region as a carrier movement path, and thus has an advantage that higher mobility can be realized than the conventional MOSFET.

次に、第3の効果について説明する。本願発明のピニング領域は衝突電離によるソース/ドレイン間耐圧の低下を防止する上で非常に重要な役割を果たしている。   Next, the third effect will be described. The pinning region of the present invention plays a very important role in preventing a decrease in source / drain breakdown voltage due to impact ionization.

衝突電離(インパクトイオン化現象)によって生成した少数キャリア(ここでは正孔)は寄生バイポーラトランジスタを導通させたり、ソース近傍に蓄積してソース側の拡散電位を下げたりするなど、キャリア注入誘起型の降伏現象の原因となる。   Minority carriers (holes in this case) generated by impact ionization (impact ionization phenomenon) cause conduction of parasitic bipolar transistors, or accumulation near the source to lower the diffusion potential on the source side, etc. Causes the phenomenon.

しかしながら、図1に示した様な構造のNチャネル型ピニングFETの場合、Six Ge1-x 領域105は正孔にとって電位的な溝となる(図2参照)ため、衝突電離によって発生した正孔はSix Ge1-x 領域105に移動する。 However, in the case of an N-channel pinning FET having a structure as shown in FIG. 1, the Si x Ge 1-x region 105 becomes a potential groove for holes (see FIG. 2). The hole moves to the Si x Ge 1-x region 105.

ただし、Six Ge1-x 領域の上部(特にゲイト絶縁膜との界面近傍)はゲイト電圧によって電子が誘起されてチャネルを形成している。インパクトイオン化によって発生した正孔はゲイト電圧によってチャネルよりも下方に払われるので、Six Ge1-x 領域の下部に集まることになる。 However, in the upper part of the Si x Ge 1-x region (particularly near the interface with the gate insulating film), electrons are induced by the gate voltage to form a channel. Holes generated by impact ionization are swept below the channel by the gate voltage, and therefore gather at the bottom of the Si x Ge 1-x region.

そして、正孔はソース−ドレイン間の電位差によってソース領域側に引かれ、Six Ge1-x 領域の下部を流れてソース領域101に到達する。その様にしてソース領域に引かれた正孔は外部端子を通って引き出されるので、基板端子への正孔の流出または蓄積を防ぐことができる。 Then, the holes are drawn to the source region side by the potential difference between the source and the drain, flow under the Si x Ge 1-x region, and reach the source region 101. In this way, the holes drawn to the source region are drawn through the external terminal, so that the outflow or accumulation of holes to the substrate terminal can be prevented.

この様に、本願発明のピニング領域は衝突電離によって発生した少数キャリア(ここでは正孔)を多数キャリア(ここでは電子)とは逆の方向に流し、そのまま外部へ引き出すためのパスとしても機能する。   In this way, the pinning region of the present invention functions as a path for allowing minority carriers (here, holes) generated by impact ionization to flow in the opposite direction to the majority carriers (here, electrons) and pulling them out as they are. .

この第3の効果によって衝突電離によるキャリア注入誘起型の降伏現象を防ぐことが可能であるため、第1の効果(パンチスルーによる耐圧の低下防止)との相乗効果で、非常に高い耐圧を有する信頼性の高い半導体装置を実現できる。   This third effect can prevent a carrier injection-induced breakdown phenomenon due to impact ionization, and thus has a very high breakdown voltage due to a synergistic effect with the first effect (preventing a decrease in breakdown voltage due to punch-through). A highly reliable semiconductor device can be realized.

以上の効果によって、本願発明のピニングTFTは高い信頼性と高いモビリティとを同時に実現することが可能である。なお、以上の説明はNチャネル型FETを例にとった説明であるが、Pチャネル型FETでも正孔と電子の取り扱いが異なるだけで基本的に同様の効果を得ることができる。   Due to the above effects, the pinning TFT of the present invention can simultaneously realize high reliability and high mobility. Although the above description is based on an N-channel FET as an example, a P-channel FET can basically obtain the same effect only by different handling of holes and electrons.

実施例1ではバルク単結晶を利用したMOSFETに対して本願発明を適用した場合の例について説明した。これ以外にも本願発明は結晶性半導体薄膜を利用した薄膜トランジスタ(TFT)に対して適用することもできる。   In the first embodiment, an example in which the present invention is applied to a MOSFET using a bulk single crystal has been described. In addition to this, the present invention can be applied to a thin film transistor (TFT) using a crystalline semiconductor thin film.

結晶性半導体薄膜としては、単結晶半導体薄膜、多結晶半導体薄膜などを用いることができる。単結晶半導体薄膜は、酸素イオン注入による方法(SIMOX)、貼り合わせによる方法、ELTRAN法、スマートカット法などの公知技術を利用して得ることができる。   As the crystalline semiconductor thin film, a single crystal semiconductor thin film, a polycrystalline semiconductor thin film, or the like can be used. The single crystal semiconductor thin film can be obtained by using a known technique such as a method using oxygen ion implantation (SIMOX), a method using bonding, an ELTRAN method, or a smart cut method.

また、多結晶半導体薄膜は特開平7-130652号公報、特開平9-312260号公報記載の技術、レーザーアニールを利用した技術などを利用して非晶質半導体薄膜を結晶化させる方法、減圧熱CVD法で直接成膜する方法などを利用して得ることができる。   In addition, the polycrystalline semiconductor thin film is a method for crystallizing an amorphous semiconductor thin film using a technique described in JP-A-7-30652, JP-A-9-312260, a technique using laser annealing, etc. It can be obtained using a method of directly forming a film by a CVD method.

特に特開平9-312260号公報記載の技術を利用することで極めて結晶性に優れた連続粒界結晶シリコン膜(Continuous Grain Silicon:CGS)と呼ばれるシリコン薄膜が得られる。このシリコン膜を用いたTFTは従来のMOSFETをも凌駕する電気特性を有するので、この先のLSI技術においてMOSFETの代替素子として利用することができる。従って、この様なシリコン膜を用いたTFTに本願発明を適用することは非常に有効であると言える。   In particular, by utilizing the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-312260, a silicon thin film called a continuous grain boundary crystalline silicon film (Continuous Grain Silicon: CGS) having excellent crystallinity can be obtained. Since the TFT using this silicon film has electrical characteristics that surpass those of the conventional MOSFET, it can be used as an alternative element of the MOSFET in the LSI technology ahead. Therefore, it can be said that it is very effective to apply the present invention to a TFT using such a silicon film.

また、この他にもあらゆる手段で形成された結晶性半導体薄膜を利用することが可能である。ここで、本願発明をTFTに適用した場合の構成を図6を用いて説明する。   In addition, a crystalline semiconductor thin film formed by any means can be used. Here, a configuration when the present invention is applied to a TFT will be described with reference to FIG.

図6において、601はソース領域、602はドレイン領域、603は活性領域、604はSix Ge1-x 領域、605はSi領域、606はLDD領域である。これらは結晶性半導体薄膜を利用して形成される。 In FIG. 6, 601 is a source region, 602 is a drain region, 603 is an active region, 604 is a Si x Ge 1-x region, 605 is a Si region, and 606 is an LDD region. These are formed using a crystalline semiconductor thin film.

また、607はアルミニウムを主成分とするゲイト電極、608はゲイト電極を陽極酸化して得られる陽極酸化膜、609はソース電極、610はドレイン電極である。なお、ゲイト電極607はタンタル、タングステン、モリブデンまたは導電性を付与したシリコンを用いることもできる。   Reference numeral 607 denotes a gate electrode mainly composed of aluminum, 608 denotes an anodic oxide film obtained by anodizing the gate electrode, 609 denotes a source electrode, and 610 denotes a drain electrode. Note that the gate electrode 607 can be formed using tantalum, tungsten, molybdenum, or silicon with conductivity.

次に、図6(A)をA−A’で切断した断面図を図6(B)に示す。図6(B)において、611は絶縁表面を有する基板、612は下地膜であり、その上に結晶性半導体薄膜が形成される。基板611はプロセスの最高温度に耐えうる耐熱性を備えた基板を用いる。また、613はゲイト絶縁膜であり、その上のゲイト電極607、陽極酸化膜608上には層間絶縁膜614が設けられている。   Next, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along A-A ′ of FIG. In FIG. 6B, 611 is a substrate having an insulating surface, 612 is a base film, and a crystalline semiconductor thin film is formed thereon. As the substrate 611, a substrate having heat resistance that can withstand the maximum temperature of the process is used. Reference numeral 613 denotes a gate insulating film, and an interlayer insulating film 614 is provided on the gate electrode 607 and the anodic oxide film 608 thereon.

次に、図6(A)をB−B’で切断した断面図を図6(C)に示す。図6(C)に示す様に本願発明のTFTは、基本構造は特開平7-135318号公報に記載された技術を利用したTFTに似ているが、活性領域603にSix Ge1-x 領域604が設けられている点で異なる。 Next, FIG. 6C shows a cross-sectional view of FIG. 6A cut along BB ′. As shown in FIG. 6C, the basic structure of the TFT of the present invention is similar to that of the TFT using the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-13518, but Si x Ge 1-x is formed in the active region 603. The difference is that a region 604 is provided.

この様に、本願発明は活性領域(ゲイト電極の直下)に対するエンジニアリングであり、それ以外のTFT構造に影響される技術ではない。即ち、本願発明は図6に示したTFT構造に限定されず、あらゆる構造のTFTに適用することが可能である。   As described above, the present invention is engineering for the active region (directly under the gate electrode) and is not a technology influenced by other TFT structures. That is, the present invention is not limited to the TFT structure shown in FIG. 6, and can be applied to TFTs having any structure.

実施例1に示したピニングFETまたは実施例2に示したピニングTFTは、Nチャネル型とPチャネル型とを相補的に組み合わせることで容易にCMOS回路(インバータ回路)を構成することができる。   The pinning FET shown in the first embodiment or the pinning TFT shown in the second embodiment can easily constitute a CMOS circuit (inverter circuit) by complementary combination of an N-channel type and a P-channel type.

その場合、Nチャネル型とPチャネル型とで全く同じ構造のピニングFETを組み合わせることもできるが、本実施例で示す様にピニング領域の構成を両者間で異なるものとすることもできる。   In that case, pinning FETs having exactly the same structure can be combined in the N-channel type and the P-channel type, but the configuration of the pinning region can be different between the two as shown in this embodiment.

ここで図7に示したのは、Nチャネル型ピニングFETとPチャネル型ピニングFETとを相補的に組み合わせたCMOS回路の、活性領域とソース/ドレイン領域のみを示した上面図である。なお、701はNチャネル型ピニングFETのソース領域、702は同ドレイン領域であり、704はPチャネル型ピニングFETのソース領域、705は同ドレイン領域である。   Here, FIG. 7 is a top view showing only an active region and a source / drain region of a CMOS circuit in which an N-channel pinning FET and a P-channel pinning FET are complementarily combined. Reference numeral 701 denotes a source region of the N-channel pinning FET, 702 denotes the drain region, 704 denotes a source region of the P-channel pinning FET, and 705 denotes the drain region.

図7ではPチャネル型ピニングFETに形成するSix Ge1-x 領域705の幅をNチャネル型ピニングFETに形成するSix Ge1-x 領域706の幅よりも太くしてある点に特徴がある。換言すれば、Pチャネル型ピニングFETのSi領域707はNチャネル型ピニングFETに形成するSi領域708よりも細くなる。 FIG. 7 is characterized in that the width of the Si x Ge 1-x region 705 formed in the P-channel pinning FET is thicker than the width of the Si x Ge 1-x region 706 formed in the N-channel pinning FET. is there. In other words, the Si region 707 of the P-channel pinning FET is thinner than the Si region 708 formed in the N-channel pinning FET.

この様な構成とすると、Nチャネル型ピニングFETの方はピニング領域(Si領域)708の占める面積が大きいので、よりドレイン側からの空乏層の広がりを抑止するのに適した構造となる。即ち、信頼性を重視した構造となる。   With such a configuration, the N-channel pinning FET has a larger area occupied by the pinning region (Si region) 708, so that the structure is more suitable for suppressing the spread of the depletion layer from the drain side. In other words, the structure emphasizes reliability.

一方、Pチャネル型FETの方はチャネル形成領域(Six Ge1-x 領域)705の占める面積が大きくなるので、よりキャリアの移動量を多くするまたは移動度を高めるのに適した構造となる。即ち、大電流を流したり、高速動作を行わせることを重視した構造となる。 On the other hand, since the area occupied by the channel formation region (Si x Ge 1-x region) 705 is larger in the P-channel FET, the structure is suitable for increasing the amount of carrier movement or increasing the mobility. . That is, the structure emphasizes the flow of a large current and the high-speed operation.

従来、CMOS回路ではNチャネル型の方はモビリティは高いが信頼性が悪いことが多く、逆にPチャネル型の方は信頼性は高いがモビリティが低いことが多いという問題があった。   Conventionally, in the CMOS circuit, the N-channel type has high mobility but poor reliability in many cases, and conversely the P-channel type has high reliability but often low mobility.

しかしながら、本実施例の構造を採用した場合、ピニングFETでCMOS回路を構成することによってNチャネル型とPチャネル型の両者の欠点を補う様な組み合わせが可能となる。その結果、両者の特性差を是正し、特性バランスが高く、且つ、信頼性も高いCMOS回路を実現することができる。   However, when the structure of the present embodiment is employed, a combination that compensates for the disadvantages of both the N-channel type and the P-channel type is possible by configuring a CMOS circuit with pinning FETs. As a result, it is possible to correct the characteristic difference between the two, and to realize a CMOS circuit with a high characteristic balance and high reliability.

本実施例では、実施例1乃至実施例3に示した半導体装置において、ピニング領域として機能する領域に対してエネルギー障壁を高めるための不純物元素を添加する場合の例を示す。   In this embodiment, an example in which an impurity element for increasing an energy barrier is added to a region functioning as a pinning region in the semiconductor devices described in Embodiments 1 to 3 will be described.

具体的には、Nチャネル型ピニングFETの場合にはピニング領域として振る舞うSi領域に対して13族から選ばれた元素(代表的にはボロン、ガリウムまたはインジウム)を添加する。また、Pチャネル型ピニングFETの場合にはSi領域に対して15族から選ばれた元素(代表的にはリン、砒素またはアンチモン)を添加する。   Specifically, in the case of an N-channel pinning FET, an element selected from group 13 (typically boron, gallium, or indium) is added to a Si region that behaves as a pinning region. In the case of a P-channel pinning FET, an element selected from group 15 (typically phosphorus, arsenic or antimony) is added to the Si region.

Nチャネル型半導体装置では、多数キャリアが電子であるので電子の移動を妨げる方向にバンド構造をシフトさせる13族元素を用いる。この場合、13族元素はしきい値電圧を正の方向にシフトさせるため、これを利用してしきい値電圧の制御を行うことも可能である。   In an N-channel semiconductor device, since majority carriers are electrons, a group 13 element that shifts the band structure in a direction that hinders the movement of electrons is used. In this case, since the group 13 element shifts the threshold voltage in the positive direction, the threshold voltage can be controlled using this.

逆に、Pチャネル型半導体装置では、多数キャリアが正孔であるので正孔の移動を妨げる方向にバンド構造をシフトさせる15族元素を用いる。この時、15族元素はしきい値電圧を負の方向にシフトさせるため、これを利用してしきい値電圧を制御しても良い。   On the contrary, in the P-channel type semiconductor device, since the majority carriers are holes, a group 15 element that shifts the band structure in a direction that prevents the movement of holes is used. At this time, since the group 15 element shifts the threshold voltage in the negative direction, the threshold voltage may be controlled using this.

この様な構造とすることで、キャリアの移動する領域(チャネル形成領域)と空乏層の広がりを抑止する領域(ピニング領域)とがより明確に区別される。この様な不純物の添加はイオンプランテーション、プラズマドーピング、レーザードーピングのいずれかの手段で行えば良い。   With such a structure, a region in which carriers move (channel formation region) and a region in which the depletion layer is prevented from spreading (pinning region) are more clearly distinguished. Such addition of impurities may be performed by any one of ion plantation, plasma doping, and laser doping.

また、この時、13族または15族の元素を添加した領域に対して酸素を同時に添加しておくことはさらに効果的である。酸素が添加されることで、ドレイン領域との接合部における耐圧が高くなる。また、酸素の添加は13族または15族の元素を添加するのに利用したマスクをそのまま活用して上述の添加手段のいずれかを用いて行えば良い。   At this time, it is more effective to simultaneously add oxygen to the region to which the group 13 or group 15 element is added. The addition of oxygen increases the breakdown voltage at the junction with the drain region. Further, the addition of oxygen may be performed using any of the above-described addition means by directly using the mask used for adding the group 13 or group 15 element.

本実施例では、実施例1で説明した第4の効果を有効に活用するための構成について説明する。なお、説明には図8を用い、Nチャネル型半導体装置を例にとって説明を行う。   In the present embodiment, a configuration for effectively utilizing the fourth effect described in the first embodiment will be described. The description will be made with reference to FIG. 8 using an N-channel semiconductor device as an example.

図8において、801はソース領域、802はドレイン領域、803はSix Ge1-x 領域(チャネル形成領域)である。また、804はソース電極(図示せず)とソース領域801との接続箇所(コンタクトホールの位置)を表している。 In FIG. 8, reference numeral 801 denotes a source region, 802 denotes a drain region, and 803 denotes a Si x Ge 1-x region (channel formation region). Reference numeral 804 denotes a connection portion (contact hole position) between a source electrode (not shown) and the source region 801.

第4の効果、即ち衝突電離によって発生した少数キャリア(正孔)の蓄積を防ぐ効果は、発生した正孔がSix Ge1-x 領域803の下部を伝ってソース領域に逃げることによって達成される。 The fourth effect, that is, the effect of preventing the accumulation of minority carriers (holes) generated by impact ionization is achieved by the generated holes escaping under the Si x Ge 1-x region 803 to the source region. The

そのため、図8に示す様にSix Ge1-x 領域803を接続箇所804の内部に到達する程度に長く形成しておけば、Six Ge1-x 領域803に直接的にソース電極(図示せず)が接触する構成となる。こうすることで、Six Ge1-x 領域803を伝ってソース領域801へと移動した正孔がソース電極によって外部へと引き出されるのである。 Therefore, direct source electrode (figure Si x Ge if the 1-x region 803 Oke long formed enough to reach the inside of the connection portion 804, Si x Ge 1-x region 803 as shown in FIG. 8 (Not shown) is in contact. By doing so, holes that have moved to the source region 801 through the Si x Ge 1-x region 803 are extracted to the outside by the source electrode.

本実施例の効果は、Pチャネル型半導体装置でも同様に得ることができる。また、FETやTFT等の単体素子だけでなく、CMOS回路などに適用することも有効である。   The effect of the present embodiment can be obtained in the same manner even in a P-channel type semiconductor device. It is also effective to apply not only to single elements such as FETs and TFTs but also to CMOS circuits.

ただし、もともとPチャネル型半導体装置は衝突電離による劣化現象が問題となりにくいので、Nチャネル型半導体装置のみに本実施例の構成を適用するのであっても良い。   However, since the deterioration phenomenon due to impact ionization is unlikely to be a problem in the P-channel type semiconductor device, the configuration of this embodiment may be applied only to the N-channel type semiconductor device.

本実施例では、実施例1とは異なる構成とした活性領域の例について説明する。なお、説明はNチャネル型を例にとって行う。   In the present embodiment, an example of an active region having a configuration different from that of the first embodiment will be described. The description will be made by taking the N channel type as an example.

本願発明の最も重要な効果は、ドレイン側からソース側に向かって広がる空乏層を抑止することである。その効果を得るためには、空乏層を抑止するためのピニング領域が活性領域のどこかに設けられていれば良い。   The most important effect of the present invention is to suppress a depletion layer spreading from the drain side toward the source side. In order to obtain the effect, a pinning region for suppressing the depletion layer may be provided somewhere in the active region.

その様な例として図9の様な構成が考えられる。図9の構成では、活性領域のほぼ全面にゲルマニウムを添加され、Si領域901がソース領域902、ドレイン領域903と接触しない様な構成となっている。   As such an example, a configuration as shown in FIG. 9 can be considered. In the configuration of FIG. 9, germanium is added to almost the entire surface of the active region, and the Si region 901 is not in contact with the source region 902 and the drain region 903.

この場合、ドレイン側から広がった空乏層はSi領域901の所でカットされる。また、活性領域とドレイン領域との接合部904にSi領域901が接していないので、Si領域とドレイン領域との接合部に電界集中が生じる様なこともなく、耐圧の向上に有効である。   In this case, the depletion layer spreading from the drain side is cut at the Si region 901. Further, since the Si region 901 is not in contact with the junction 904 between the active region and the drain region, electric field concentration does not occur at the junction between the Si region and the drain region, which is effective in improving the breakdown voltage.

本実施例では、Six Ge1-x 領域の配置に関して実施例1〜6とは異なる構造とした場合の例について図10を用いて説明する。 In this embodiment, an example in which the structure of the Si x Ge 1-x region is different from those in the first to sixth embodiments will be described with reference to FIG.

図10において、11はソース領域、12はドレイン領域、13はSix Ge1-x 領域である。図10の構成では、Six Ge1-x 領域13がソース領域11の内部には入り込み、ドレイン領域12には接しない構成となっている。 In FIG. 10, 11 is a source region, 12 is a drain region, and 13 is a Si x Ge 1-x region. In the configuration of FIG. 10, the Si x Ge 1-x region 13 enters the source region 11 and does not contact the drain region 12.

この様な構成とした場合、ソース領域から引き出された電子はSix Ge1-x 領域11を通ってドレイン領域12へと向かうが、途中でSix Ge1-x 領域13が途切れてしまうので、そこから先はSi領域14を通ってドレイン領域12へと到達する構成となる。 In such a configuration, electrons drawn from the source region go to the drain region 12 through the Si x Ge 1 -x region 11, but the Si x Ge 1 -x region 13 is interrupted in the middle. From there, the structure reaches the drain region 12 through the Si region 14.

この場合、衝突電離によって発生した少数キャリア(ここでは正孔)はSix Ge1-x 領域13の価電子帯に落ち、そのままソース領域11へと引き抜かれる。実施例6の構成と組み合わせればさらに顕著な効果を得ることができる。 In this case, minority carriers (here, holes) generated by impact ionization fall into the valence band of the Si x Ge 1-x region 13 and are extracted as they are to the source region 11. When combined with the configuration of the sixth embodiment, a more remarkable effect can be obtained.

なお、本実施例の構成は、Pチャネル型半導体装置においても同様の効果を得ることができる。また、他の実施例の構成と組み合わせて用いることで他の実施例の効果を付加し、本実施例の効果をさらに効果的に利用できる。   The configuration of this embodiment can achieve the same effect even in a P-channel type semiconductor device. Moreover, the effect of another Example can be added by using in combination with the structure of another Example, and the effect of a present Example can be utilized still more effectively.

実施例3に示したCMOS回路を構成する際、どちらか片方のみに本願発明を適用することもできる。例えば、図11(A)の構成ではNチャネル型FETは従来のチャネルドープを用いたFET(チャネルドープFET)を用い、Pチャネル型FETは本願発明のピニングFETを用いる。   When the CMOS circuit shown in Embodiment 3 is configured, the present invention can be applied to only one of them. For example, in the configuration of FIG. 11A, an N-channel FET uses a conventional FET using channel doping (channel-doped FET), and a P-channel FET uses the pinning FET of the present invention.

図11(A)の様な構成では、Nチャネル型FETに従来のチャネルドープを用いているのでモビリティにある程度の制限が与えられる。逆にPチャネル型FETはピニングにより高いモビリティを実現する。従って、Nチャネル型とPチャネル型の特性の出力差が緩和され、安定な動作のCMOS回路を構成しやすくなる。   In the configuration shown in FIG. 11A, since a conventional channel dope is used for the N-channel FET, a certain degree of restriction is imposed on mobility. Conversely, P-channel FETs achieve high mobility by pinning. Therefore, the output difference between the characteristics of the N channel type and the P channel type is alleviated, and it becomes easy to construct a CMOS circuit with stable operation.

勿論、図11(B)の様な構成をとることも可能である。図11(B)の構成ではNチャネル型FETとしてピニングFETを用い、Pチャネル型FETとして従来のチャネルドープを利用したFETを用いている。   Of course, it is possible to adopt a configuration as shown in FIG. In the configuration of FIG. 11B, a pinning FET is used as the N-channel FET, and a conventional FET using channel doping is used as the P-channel FET.

なお、本実施例ではFETを例にとって説明しているがTFTに本願発明を適用する場合においても同様であることは言うまでもない。   In this embodiment, the FET is described as an example, but it goes without saying that the same applies to the case where the present invention is applied to a TFT.

本実施例の様に、より好適な回路を形成するためには本願発明のピニング半導体装置と従来のチャネルドープを利用した半導体装置とを適所に混在させる様な工夫も必要である。   In order to form a more suitable circuit as in the present embodiment, it is necessary to devise a method for mixing the pinning semiconductor device of the present invention and a conventional semiconductor device using channel dope in place.

本願発明はトップゲイト型半導体装置(代表的にはプレーナ型半導体装置)に適用されるだけでなく、ボトムゲイト型半導体装置(代表的には逆スタガ型半導体装置)にも適用することができる。   The present invention can be applied not only to a top gate type semiconductor device (typically a planar type semiconductor device) but also to a bottom gate type semiconductor device (typically an inverted stagger type semiconductor device).

なお、ボトムゲイト型半導体装置に本願発明を適用した場合においても、他の実施例の構成と組み合わせることが可能である。   Even when the present invention is applied to a bottom gate type semiconductor device, it can be combined with the structure of another embodiment.

本実施例では、本願発明のピニングTFTを用いて電気光学装置を構成する場合の例について説明する。なお、電気光学装置とは電気的信号を光学的信号に変換する装置またはその逆を行う装置と定義する。   In this example, an example in which an electro-optical device is configured using the pinning TFT of the present invention will be described. An electro-optical device is defined as a device that converts an electrical signal into an optical signal and vice versa.

電気光学装置としてはアクティブマトリクス型の液晶表示装置、EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置、EC(エレクトロクロミクス)表示装置などが挙げられる。また、イメージセンサやCCDを作製することも可能である。   Examples of the electro-optical device include an active matrix type liquid crystal display device, an EL (electroluminescence) display device, and an EC (electrochromics) display device. It is also possible to produce an image sensor or CCD.

図12に示すのは液晶モジュールの一部(素子形成側基板)の配置例を示している。21は絶縁表面を有する基板、22は画素マトリクス回路、23はソース側駆動回路、24はゲイト側駆動回路、25はロジック回路である。   FIG. 12 shows an arrangement example of a part of the liquid crystal module (element formation side substrate). 21 is a substrate having an insulating surface, 22 is a pixel matrix circuit, 23 is a source side driving circuit, 24 is a gate side driving circuit, and 25 is a logic circuit.

ソース側駆動回路23は主にシフトレジスタ回路、サンプリング回路、バッファ回路等から構成される。また、ゲイト側駆動回路24は主にシフトレジスタ回路、バッファ回路等から構成される。ロジック回路25はクロック発生回路、メモリ回路、演算回路、信号変換回路など各種信号処理回路から構成される。   The source side drive circuit 23 is mainly composed of a shift register circuit, a sampling circuit, a buffer circuit, and the like. The gate side drive circuit 24 is mainly composed of a shift register circuit, a buffer circuit, and the like. The logic circuit 25 includes various signal processing circuits such as a clock generation circuit, a memory circuit, an arithmetic circuit, and a signal conversion circuit.

本願発明のピニングTFTは上記全ての回路に対して適用することができる。また、必要とする性能に応じて部分的に採用する様なこともできる。例えば、高速動作特性を必要とする回路(ロジック回路やシフトレジスタ回路等)にピニングTFTを適用することは有効である。また、高耐圧特性を必要とする画素マトリクス回路にピニングTFTを適用することも有効である。   The pinning TFT of the present invention can be applied to all the above circuits. Further, it may be partially adopted depending on the required performance. For example, it is effective to apply a pinning TFT to a circuit (such as a logic circuit or a shift register circuit) that requires high-speed operation characteristics. It is also effective to apply a pinning TFT to a pixel matrix circuit that requires high breakdown voltage characteristics.

一方、バッファ回路やサンプリング回路などの様に大電流を必要とする様な回路に対してはピニングTFTを使うメリットが生かされない。本願発明のピニングTFTはピニング領域を形成する分だけ有効チャネル幅が狭まるので、同一サイズの従来型TFTに比べてオン電流を稼ぎにくい。   On the other hand, the advantage of using a pinning TFT is not utilized for a circuit that requires a large current, such as a buffer circuit or a sampling circuit. Since the effective channel width of the pinning TFT of the present invention is narrowed by the amount of forming the pinning region, it is difficult to increase the on-current compared to the conventional TFT of the same size.

従って、大電流を必要とする回路には従来のチャネルドープを用いたTFTを用い、大電流を取り扱うことなく高速動作性と高耐圧性を重視する回路には本願発明のピニングTFTを用いる様なシステムが好ましい。   Therefore, a conventional TFT using channel dope is used for a circuit that requires a large current, and the pinning TFT of the present invention is used for a circuit that emphasizes high speed operation and high voltage resistance without handling a large current. A system is preferred.

なお、本実施例では実施例2に示したピニングTFTを用いて電気光学装置を構成する例を示したが、駆動回路やロジック回路は実施例3に示したCMOS回路を基本回路として組まれる。また、実施例1に示したピニングFETを用いて本実施例の液晶モジュールを構成することもできる。   In this embodiment, an example in which the electro-optical device is configured using the pinning TFT shown in the second embodiment is shown. However, the driving circuit and the logic circuit are assembled using the CMOS circuit shown in the third embodiment as a basic circuit. In addition, the liquid crystal module of this embodiment can be configured by using the pinning FET shown in Embodiment 1.

本願発明のピニングFETまたはピニングTFTは実施例10に示した様な電気光学装置だけでなく、VLSI、ULSIといった半導体回路を構築することも可能である。なお、半導体回路とは半導体特性を利用して電気信号の制御、変換を行う電気回路と定義する。   The pinning FET or the pinning TFT according to the present invention can construct not only an electro-optical device as shown in the tenth embodiment but also a semiconductor circuit such as VLSI and ULSI. Note that a semiconductor circuit is defined as an electric circuit that controls and converts an electric signal using semiconductor characteristics.

例えば、ワンチップ上に集積化されたRISCプロセッサ、ASICプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しうる。また、D/Aコンバータ等の信号処理回路から携帯機器(携帯電話、PHS、モバイルコンピュータ)用の高周波回路に至るまで、半導体を利用する全ての集積化回路に適用しうる。   For example, the present invention can be applied to a microprocessor such as a RISC processor or an ASIC processor integrated on one chip. Further, the present invention can be applied to all integrated circuits using semiconductors from signal processing circuits such as D / A converters to high-frequency circuits for portable devices (mobile phones, PHS, mobile computers).

図13に示すのは、マイクロプロセッサの一例である。マイクロプロセッサは典型的にはCPUコア31、RAM32、クロックコントローラ33、キャッシュメモリー34、キャッシュコントローラ35、シリアルインターフェース36、I/Oポート37等から構成される。   FIG. 13 shows an example of a microprocessor. The microprocessor typically includes a CPU core 31, a RAM 32, a clock controller 33, a cache memory 34, a cache controller 35, a serial interface 36, an I / O port 37, and the like.

勿論、図13に示すマイクロプロセッサは簡略化した一例であり、実際のマイクロプロセッサはその用途によって多種多様な回路設計が行われる。   Needless to say, the microprocessor illustrated in FIG. 13 is a simplified example, and various circuit designs are performed on an actual microprocessor depending on the application.

しかし、どの様な機能を有するマイクロプロセッサであっても中枢として機能するのはIC(Integrated Circuit)38である。IC38は半導体チップ39上に形成された集積化回路をセラミック等で保護した機能回路である。   However, it is an IC (Integrated Circuit) 38 that functions as the center of a microprocessor having any function. The IC 38 is a functional circuit in which an integrated circuit formed on the semiconductor chip 39 is protected with ceramic or the like.

そして、その半導体チップ39上に形成された集積化回路を構成するのが本願発明の構造を有するMOSFET40(Nチャネル型)、41(Pチャネル型)である。なお、基本的な回路はCMOS回路を最小単位として構成することで消費電力を抑えることができる。   The MOSFETs 40 (N channel type) and 41 (P channel type) having the structure of the present invention constitute the integrated circuit formed on the semiconductor chip 39. Note that power consumption can be suppressed by configuring a basic circuit with a CMOS circuit as a minimum unit.

また、本実施例に示したマイクロプロセッサは様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能する。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コンピュータなども挙げられる。   The microprocessor shown in this embodiment is mounted on various electronic devices and functions as a central circuit. Typical electronic devices include personal computers, portable information terminal devices, and all other home appliances. Further, a computer for controlling a vehicle (such as an automobile or a train) may be used.

また、これ以外にもピニングFETは携帯電話の入出力信号制御回路などの様に、高周波を利用する回路、具体的にはMMIC(マイクロウェイブモジュールIC)などに適用することも有効である。   In addition to this, it is also effective to apply the pinning FET to a circuit using a high frequency, such as an input / output signal control circuit of a cellular phone, specifically an MMIC (microwave module IC).

勿論、実施例10と同様に大電流を取り扱う必要のある部分には従来のチャネルドープを用いた半導体装置を用い、高速動作性能と高耐圧性能とを必要とする部分には本願発明のピニング半導体装置を用いる様な構成が望ましい。   Of course, a semiconductor device using a conventional channel dope is used for a portion that needs to handle a large current as in the tenth embodiment, and a pinning semiconductor of the present invention is used for a portion that requires high speed operation performance and high breakdown voltage performance. A configuration using an apparatus is desirable.

また、高耐圧と高速動作を同時に実現するという特徴を生かして静電対策用の回路を構成する場合にも本願発明のピニング半導体装置は有効である。   The pinning semiconductor device of the present invention is also effective when a circuit for countermeasures against static electricity is configured by taking advantage of the feature of simultaneously realizing high breakdown voltage and high speed operation.

以上の様に、本願発明のピニング半導体装置は高い動作性能と高い耐圧特性(高い信頼性)とを同時に満足する半導体装置であるので、あらゆる半導体回路に対して適用することが可能である。   As described above, the pinning semiconductor device of the present invention is a semiconductor device that simultaneously satisfies high operating performance and high withstand voltage characteristics (high reliability), and therefore can be applied to any semiconductor circuit.

本願発明のピニング半導体装置を用いて構成した電気光学装置や半導体回路は、様々な電子機器の構成部品として利用される。なお、本実施例に挙げる電子機器とは、半導体回路または電気光学装置を搭載した製品と定義する。   Electro-optical devices and semiconductor circuits configured using the pinning semiconductor device of the present invention are used as components of various electronic devices. Note that the electronic device described in this embodiment is defined as a product on which a semiconductor circuit or an electro-optical device is mounted.

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話等)などが挙げられる。それらの一例を図14に示す。   Examples of such electronic devices include a video camera, a still camera, a projector, a head mounted display, a car navigation system, a personal computer, a portable information terminal (mobile computer, mobile phone, etc.), and the like. An example of them is shown in FIG.

図14(A)は携帯電話であり、本体2001、音声出力部2002、音声入力部2003、表示装置2004、操作スイッチ2005、アンテナ2006で構成される。本願発明は音声出力部2002、音声出力部2003、表示装置2004等に適用することができる。   FIG. 14A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2001, an audio output unit 2002, an audio input unit 2003, a display device 2004, operation switches 2005, and an antenna 2006. The present invention can be applied to the audio output unit 2002, the audio output unit 2003, the display device 2004, and the like.

図14(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示装置2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願発明は表示装置2102、音声入力部2103、受像部2106等に適用することができる。   FIG. 14B illustrates a video camera, which includes a main body 2101, a display device 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, and an image receiving portion 2106. The present invention can be applied to the display device 2102, the audio input unit 2103, the image receiving unit 2106, and the like.

図14(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示装置2205で構成される。本願発明はカメラ部2202、受像部2203、表示装置2205等に適用できる。   FIG. 14C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, and a display device 2205. The present invention can be applied to the camera unit 2202, the image receiving unit 2203, the display device 2205, and the like.

図14(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体2301、表示装置2302、バンド部2303で構成される。本発明は表示装置2302に適用することができる。   FIG. 14D illustrates a head mounted display which includes a main body 2301, a display device 2302, and a band portion 2303. The present invention can be applied to the display device 2302.

図14(E)はリア型プロジェクターであり、本体2401、光源2402、表示装置2403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター2405、2406、スクリーン2407で構成される。本発明は表示装置2403に適用することができる。   FIG. 14E illustrates a rear projector, which includes a main body 2401, a light source 2402, a display device 2403, a polarizing beam splitter 2404, reflectors 2405 and 2406, and a screen 2407. The present invention can be applied to the display device 2403.

図14(F)はフロント型プロジェクターであり、本体2501、光源2502、表示装置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は表示装置2503に適用することができる。   FIG. 14F illustrates a front projector, which includes a main body 2501, a light source 2502, a display device 2503, an optical system 2504, and a screen 2505. The present invention can be applied to the display device 2503.

以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、実施例10の電気光学装置や実施例11の半導体回路を必要とする製品であれば全てに適用できる。   As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the present invention can be applied to all products that require the electro-optical device according to the tenth embodiment and the semiconductor circuit according to the eleventh embodiment.

101 ソース領域
102 活性領域
103 ドレイン領域
104 フィールド酸化膜
105 Six Ge1-x 領域
106 Si領域
107 LDD領域
108 ゲイト電極
109 ソース電極
110 ドレイン電極
111 単結晶シリコン基板
112 チャネルストッパー
113 ゲイト絶縁膜
114 層間絶縁膜
115 サイドウォール
101 source region 102 active region 103 drain region 104 field oxide film 105 Si x Ge 1-x region 106 Si region 107 LDD region 108 gate electrode 109 source electrode 110 drain electrode 111 single crystal silicon substrate 112 channel stopper 113 gate insulating film 114 interlayer Insulating film 115 sidewall

Claims (12)

ソース領域、ドレイン領域、及び活性領域が設けられた単結晶シリコン基板を有し、
前記活性領域は、複数のSiGe1−x(0<X<1)領域と複数のSi領域とを有し、
前記複数のSiGe1−x(0<X<1)領域は、チャネル形成領域として機能し、
前記複数のSiGe1−x(0<X<1)領域と前記複数のSi領域とは、互いに概略平行に、且つ、チャネル幅方向に交互に並んで設けられ、
前記複数のSiGe1−x(0<X<1)領域はそれぞれ、前記ドレイン領域と接しないことを特徴とする半導体装置。
A single crystal silicon substrate provided with a source region, a drain region, and an active region;
The active region includes a plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions and a plurality of Si regions,
The plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions function as channel forming regions,
The plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions and the plurality of Si regions are provided approximately parallel to each other and alternately arranged in the channel width direction,
The plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions are not in contact with the drain region, respectively.
請求項1において、
前記単結晶シリコン基板は、N型シリコン基板又はP型シリコン基板であることを特徴とする半導体装置。
Oite to claim 1,
The semiconductor device, wherein the single crystal silicon substrate is an N-type silicon substrate or a P-type silicon substrate.
絶縁表面上に、ソース領域、ドレイン領域、及び活性領域が設けられた結晶性半導体膜を有するトランジスタを有し、
前記活性領域は、複数のSiGe1−x(0<X<1)領域と複数のSi領域とを有し、
前記複数のSiGe1−x(0<X<1)領域は、チャネル形成領域として機能し、
前記複数のSiGe1−x(0<X<1)領域と前記複数のSi領域とは、互いに概略平行に、且つ、チャネル幅方向に交互に並んで設けられ、
前記複数のSiGe1−x(0<X<1)領域はそれぞれ、前記ドレイン領域と接しないことを特徴とする半導体装置。
A transistor having a crystalline semiconductor film provided with a source region, a drain region, and an active region over an insulating surface;
The active region includes a plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions and a plurality of Si regions,
The plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions function as channel forming regions,
The plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions and the plurality of Si regions are provided approximately parallel to each other and alternately arranged in the channel width direction,
The plurality of Si x Ge 1-x (0 <X <1) regions are not in contact with the drain region, respectively.
請求項において、
前記トランジスタは、ゲイト電極と、前記結晶性半導体膜と前記ゲイト電極との間に設けられたゲイト絶縁膜と、を有することを特徴とする半導体装置。
In claim 3 ,
The transistor includes a gate electrode, and a gate insulating film provided between the crystalline semiconductor film and the gate electrode.
請求項3または請求項4において、
前記結晶性半導体膜は、単結晶半導体膜であることを特徴とする半導体装置。
In claim 3 or claim 4 ,
The semiconductor device, wherein the crystalline semiconductor film is a single crystal semiconductor film.
請求項乃至請求項のいずれか一項において、
前記結晶性半導体膜は、多結晶半導体膜であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claim 3 thru | or 5 ,
The semiconductor device, wherein the crystalline semiconductor film is a polycrystalline semiconductor film.
請求項乃至請求項のいずれか一項において、
前記トランジスタは、Nチャネル型トランジスタ又はPチャネル型トランジスタであることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 3 thru | or 6 ,
The semiconductor device is an N-channel transistor or a P-channel transistor.
請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
前記Si領域は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の接合深さよりも深くなるように設けられていることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7 ,
The semiconductor device, wherein the Si region is provided so as to be deeper than a junction depth of the source region and the drain region.
請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
前記SiGe1−x(0<X<1)領域は、前記Si領域よりもバンドギャップが小さいことを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8 ,
The Si x Ge 1-x (0 <X <1) region has a smaller band gap than the Si region.
請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
前記SiGe1−x(0<X<1)領域には、Xが0.05<X<0.95の範囲の濃度でゲルマニウムが添加されていることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9 ,
Germanium is added to the Si x Ge 1-x (0 <X <1) region at a concentration of X in a range of 0.05 <X <0.95.
請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の半導体装置を用いることを特徴とする電子機器。 An electronic device characterized by using the semiconductor device according to any one of claims 1 to 10. 請求項11に記載された電子機器は、携帯電話、カメラ、コンピュータ、ディスプレイ、又はプロジェクターであることを特徴とする電子機器。
The electronic device according to claim 11 is a mobile phone, a camera, a computer, a display, or a projector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03280437A (en) * 1990-03-29 1991-12-11 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JP3483581B2 (en) * 1991-08-26 2004-01-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JPH08293598A (en) * 1995-04-21 1996-11-05 Seiko Instr Inc Semiconductor device and manufacture thereof
JP3470133B2 (en) * 1994-06-03 2003-11-25 セイコーインスツルメンツ株式会社 Method for manufacturing semiconductor device
JP4027449B2 (en) * 1996-02-23 2007-12-26 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor thin film and semiconductor device
JP3351691B2 (en) * 1996-09-02 2002-12-03 株式会社東芝 Semiconductor device

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