半导体装置制造方法
【专利摘要】在反型晶体管或本征型晶体管、以及半导体层的积累层电流控制型积累型晶体管中，由于杂质原子浓度的统计偏差，阈值电压的偏差在微细化世代变大，难以确保LSI的可靠性。可以得到通过控制半导体层的膜厚和杂质原子浓度而形成的大电流控制积累型晶体管，使得耗尽层的厚度大于半导体层的膜厚。例如，通过使半导体层的膜厚为100nm并且杂质浓度高于2×1017[cm-3]，阈值偏差的标准偏差可以小于电源电压的偏差。
【专利说明】半导体装置
[0001]本申请是是申请日为2009年04月10日、申请号为200980115221.0的发明名称为“半导体装置”的专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及1C、LSI等半导体装置。
【背景技术】
[0003]以往，在1C、LSI等半导体装置中广泛使用的是在沟道区域形成反型层形式的反型晶体管。在该晶体管中，为了抑制随着晶体管的构造微细化而影响变大的短沟道效果，需要提高沟道区域的杂质原子浓度。另一方面，晶体管的阈值的偏差是由沟道区域的杂质原子浓度的偏差引起的。另外，晶体管的阈值的偏差大致与沟道面积的平方根呈反比而增加。由于这些原因，在反型晶体管中存在的问题是:无法抑制伴随着构造微细化的晶体管的阈值的偏差，不能确保LSI的可靠性。
[0004]例如，为了使由I兆(1012)个晶体管构成的LSI以IOGHz的时钟频率动作且10年间没有发生任何错误动作，提出了电源电压与阈值电压需要满足下式(I)的关系(非专利文献I)。
[0005]数学式I
[0006]^od > 23.σ>_in
[0007]此处，VDD是LSI的电源电压，σ vth是阈值的偏差的标准偏差。
[0008]从式⑴可知，为了抑制阈值的偏差导致的LSI的错误动作，提高电源电压是比较有效的。但是，若考虑晶体管的栅极绝缘膜的可靠性，则将可施加在栅极绝缘膜上的电场的绝对值决定为例如8MV / cm等。结果，施加在栅极电极的电源电压必须与构造微细化的同时膜厚度变薄的栅极绝缘膜的微细化一起减小，阈值的偏差随着微细化，必须控制得更小。
[0009]另一方面，在为了使半导体具有作为η型半导体或ρ型半导体的功能所需的掺杂技术或杂质的活化技术中，已知若最终活化的杂质原子数在某一区域为平均η个，则在该区域有多个时，该区域所包含的杂质原子数会产生依照具有平均个数的平方根即个标准偏差的正态分布的统计偏差。
[0010]在使用体型半导体(bulk semiconductor)的反型晶体管的情况下,一般而言晶体管的阈值Vth如下式(2)所示。
[0011]数学式2
I σχ
[0013]此处，ε si[F/cm]是硅的介电常数，q[C]是基本电荷量，NA[cm_3]是沟道区域的受主型杂质原子浓度，C0X[F/cm2]是栅极绝缘膜电容。另外，Vfb[V]是平带电压，ΦΒ[ν]是硅的从带隙的中间的能级到费米级的电位差。[0014]式(2)是表示η沟道反型晶体管的阈值的式子，在ρ沟道反型晶体管的情况下，Na使用施主型杂质原子浓度即ND[cm-3]。
[0015]Vfb及ΦΒ*别如以下的式⑶、式⑷所示。
[0016]数学式3
[0017]
【权利要求】
1.一种积累型晶体管，是包括沟道区域及设在其两端的源极、漏极区域的晶体管，是由η型半导体构成所述沟道区域并且载流子为电子、或者由P型半导体构成所述沟道区域并且载流子为空穴的积累型晶体管，其特征在于，仅在所述沟道区域中的栅极绝缘膜/硅界面以外的区域传导载流子，并且包括可以利用施加在栅极电极的电压对流过漏极电极的电流进行2位以上控制的动作区域。
2.根据权利要求1所述的积累型晶体管，其特征在于，所述SOI层的厚度在IOnm以下，并且所述沟道区域的杂质原子浓度在5X1017[cm_3]以上。
3.一种积累型CMOS半导体装置，其特征在于，包括至少2个权利要求1或2所述的晶体管，其中一部分为η沟道晶体管，另一部分为P沟道晶体管。
4.根据权利要求3所述的积累型CMOS半导体装置，其特征在于，所述η沟道晶体管及ρ沟道晶体管的沟道区域的至少一部分包括(100)面或者从(100)面起在±10°以内的面。
5.根据权利要求3所述的积累型CMOS半导体装置，其特征在于，所述η沟道晶体管及ρ沟道晶体管的沟道区域的至少一部分具有(110)面或者从(110)面起在±10°以内的面。
6.根据权利要求3所述的积累型CMOS半导体装置，其特征在于，所述η沟道晶体管的沟道区域的至少一部分包括(100)面或者从(100)面起在±10°以内的面，且所述ρ沟道晶体管的沟道区域的至少一部分包括(110)面或者从(110)面起在±10°以内的面。
【文档编号】H01L29/04GK103489919SQ201310334981
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2009年4月10日 优先权日:2008年4月28日
【发明者】大见忠弘, 寺本章伸, 黑田理人 申请人:国立大学法人东北大学, 财团法人国际科学振兴财团