細型化されたボディを有する、狭いボディのダマシン・トライゲートFinFET
フィン(205)を形成するステップと、このフィン(205)の一端上にソース領域(210)、このフィン(205)の他端上にドレイン領域(215)を形成するステップとを含む、フィン電界効果トランジスタを形成する方法である。この方法は、フィン(205)上に、第1パターンで、第1半導体材料のダミーゲート(505)を形成するステップと、このダミーゲート(505)の周りに絶縁層(605)を形成するステップをさらに含んでいる。この方法はまた、第1パターンに対応する絶縁層(605)中にトレンチ(705)を残すように、第1半導体材料を除去するステップと、トレンチ(705)内に露出したフィン(205)の部分を細型化するするステップと、トレンチ(705)内に金属ゲート(1005)を形成するステップと、を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トランジスタ、より詳しくは、電界効果トランジスタ(FinFET)に関する。
【背景技術】
【0002】
超々大規模集積回路の半導体デバイスに関する密度の高さ、性能の高さに対する拡大する要求は、100ナノメータ(nm)未満のゲート長のような構造的要素、高い信頼性、および製造処理能力の増加を要求する。構造的要素を100nm未満に減少させることは、従来の方法の限界に挑むこととなる。
【0003】
例えば、従来のプレーナ型のMOS電界効果トランジスタ(MOSFET)のゲート長を100nm未満にスケーリングした場合、ソースおよびドレイン間の過度の漏れ電流のような短チャネル効果に関連する問題を克服することがますます困難になる。さらに、移動度低下および多くのプロセス問題によって、さらに小さなデバイス構造を含めるように従来のMOSFETをスケーリングすることが困難になる。
したがって、FET性能を改善するとともにさらなるデバイス・スケーリングを可能とすべく、新規なデバイス構造が求められている。
【0004】
ダブルゲートMOSFETは、既存のプレーナ型のMOSFETに代わる候補となっている新規なデバイスである。
このダブルゲートMOSFETでは、短チャネル効果をコントロールするのに2つのゲートが使用される。
FinFETは、短チャネル耐性に優れている最近のダブルゲート構造である。FinFETは、バーティカルフィン(vertical fin)中に形成されたチャネルを含んでいる。このFinFET構造は、従来のプレーナ型のMOFETで使用されるのと同様のレイアウトや製造技術を使用して製造することができる。
【発明の開示】
【0005】
本発明の実施形態は、例えばダマシンプロセスを使用して形成される、狭いボディのトライゲートFinFETを提供する。トライゲートFinFETは、ダブルゲートおよびシングルゲートのデバイスよりも短チャネルを制御することができ、ダブルゲートFinFETよりも、同じ領域における駆動電流が高い。
フィンチャネルを局所的に細型化すること(thinning)は、短チャネル効果を制御したままで、ソース/ドレイン間の直列抵抗を最小にする。
本発明によるダマシンプロセスで形成される金属トライゲートは、ゲート抵抗を低下させ、かつ、ポリシリコン空乏効果(poly depletion effect)をなくすのに使用することができる。
【0006】
本発明のさらなる利点および他の構造は、以下の詳細な説明で記載される。そしてその一部は、以下の検討に基づいて当業者に明白になるであろう。または本発明を実行することによって認識することができる。本発明の効果および構造は、添付した請求項で特に指摘されるように理解され、達成される。
【0007】
本発明によれば、上述およびその他の利点の一部は、フィンを形成するステップと、このフィンの一端上にソース領域、他端上にドレイン領域を形成するステップとを含む、フィン電界効果トランジスタを形成する方法によって達成される。
この方法は、フィン上の第1パターンで、第1結晶質でダミーゲートを形成するステップと、このダミーゲートの周りに絶縁層を形成するステップをさらに含んでいる。
この方法はまた、第1パターンに対応する絶縁層中にトレンチを残すように、第1結晶質を除去するステップと、トレンチ内に露出したフィンの部分を細型化するするステップと、トレンチ内に金属ゲートを形成するステップと、を含んでいる。
【0008】
本発明の他の態様によれば、トライゲートフィン電界効果トランジスタが提供される。このトライゲートフィン電界効果トランジスタは、複数の表面を含んでおり、かつ、その各端部に隣接して形成されるソース領域およびドレイン領域を有するフィンを含んでいる。このトライゲートフィン電界効果トランジスタはさらに、複数の表面のうち3つの表面上に形成された金属ゲートを含んでおり、フィンは、ゲートが形成される前に、局所的に細型化されている。
【0009】
本発明の他の利点および構成は、以下の詳細な説明から、当業者に容易に明白になるであろう。図示および記載した実施形態は、本発明を実行するために熟考された最良のモードの例として、記載されている。本発明は、この発明内のすべての様々な明白な点における修正例ができる。このように、図面は、本来例示的なものであって、制限的なものではないとみなされる。
同じ参照符号を有する要素は類似の要素を示している、添付した図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、添付の図面に言及して本発明の趣旨に沿った実装を詳細に記載する。異なる図面における同一の参照符号は、同一または類似の要素を示す。また、以下の詳細な記載は本発明を制限するものではない。代わりに、本発明の範囲は添付の請求項および均等物によって定義される。
【0011】
本発明の実施形態は、狭いボディのトライゲートFinFETを形成するための例示的なダマシンプロセスを提供する。この例示的なダマシンプロセスにおいては、ダミーゲートは、フィン上に形成されており、例えばポリシリコンのような結晶質の層から形成することができる。
その後、ダミーゲートの周辺と、FinFETフィン、ソースおよびドレイン領域上とに、絶縁層を形成する。その後、ソース/ドレイン領域間の直列抵抗を減少させるべく、ゲートトレンチ内のFinFETフィンの露出部分を局所的に細型化する。その後、ダマシンプロセスを完了すべく、フィンの3つの表面と接続する金属ゲートを、形成したゲートトレンチ中に形成することができる。
【0012】
図1は、本発明の実施形態に従って形成された、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)ウェーハ100の断面図である。
本発明の実施形態のSOIウェーハ100は、基板115上に形成される埋込酸化膜110を含み得る。埋込酸化膜110上にさらにフィン・チャネル層105を形成することができる。フィン・チャネル層105の厚さは、例えば約500Åから約2000Åとすることができ、埋込酸化膜110の厚さは、例えば約1000Åから約3000Åとすることができる。
フィン・チャネル層105および基板115は、ゲルマニウムのような他の半導体材料を使用してもよいが、例えばシリコンを含んでいてもよい。
【0013】
図2Aおよび図2Dに示すように、バーティカルフィン205は、フィン・チャネル層105から形成することができる。フィン205は、例えば10〜100nmにわたる幅(w)となるように形成することができる。フィン205は、既存のフォトリソグラフィ技術やエッチングプロセスを含んだ従来のプロセスを使用して形成することができるが、これに限られない。
【0014】
図2Bおよび2Cに示すように、フィン205の形成に続いて、フィン205の各端部に隣接してソース210およびドレイン215領域が形成され得る。
ソース210およびドレイン215領域は、例えば、フィン205上に半導体材料層をたい積することによって形成することができる。このソース210およびドレイン215領域は、例えば、既存のフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを使用して半導体材料層から形成され得る。しかしながら、ソース210およびドレイン215領域を形成するため、他の既存の技術が利用可能であることが、当業者であれば認識されよう。
ソース210およびドレイン215領域は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム(Si-Ge)のような材料を含み得る。ある実施形態の一例においては、例えば、xは約0.7である、SixGe(1-x)を使用することができる。
その後、図2Dに示すように、フィン205、ソース210、およびドレイン215の上面に、キャップ220が形成され得る。
キャップ220は、例えば酸化シリコンのような酸化物を含んでいてよく、例えば、約150Åから約700Åの厚さにすることができる。
【0015】
ソース210およびドレイン215領域を形成した後、図3Aに示すように、フィン205、ソース210(図示しない)およびドレイン215(図示しない)上に、犠牲酸化層305を形成することができる。犠牲酸化層305は、既存の適切なプロセスを使用して、フィン205、ソース210およびドレイン215上に形成することができる。例示的な実施形態のいくつかにおいては、犠牲酸化層305は、例えば、フィン205、ソース210及びドレイン215上に熱成長させることができる。
フィン205の側壁から損傷部を除去すべく、図3Bに示すように、キャップ220および犠牲酸化層305は、例えば従来のエッチングプロセスのような従来のプロセスを使用して除去することができる。
【0016】
図4Aに示すように、従来のプロセスを使用して、フィン205、ソース210およびドレイン215上にダミー酸化膜405が形成される。
ダミー酸化膜405は、例えば、フィン205、ソース210およびドレイン215上に熱成長させることができる。ダミー酸化膜405は、例えばシリコン酸化物のような酸化物を含んでいてよく、例えば約50Åから約150Åの厚みとすることができる。
さらに図4Bに示すように、フィン205、ソース210およびドレイン215上にポリシリコン層410を形成することができる。このポリシリコン層410の厚みは、例えば約700Åから約2000Åの厚みとすることができる。
ポリシリコン層410は、続いて行われるゲートリソグラフィを改善するために平坦な表面にするように、例えば化学的機械的研磨(CMP)を使用して研磨される。
図5Aおよび図5Bに示すように、従来のパターニングおよびエッチングプロセスのような従来のプロセスを使用して、ダミーゲート505は、ポリシリコン層410に定義される。
【0017】
図6に示すように、例えば従来のたい積技術を使用して、ダミーゲート505上に絶縁層605を形成する。絶縁層605は、例えば、テトラエチルオルトシリケート(TEOS;TetraEthylOrthSilicate)を含んでいてよい。絶縁層605は、例えば約1000Åから約2500Åの厚みとすることができる。
図6に示すように、絶縁層605はその後、ダミーゲート505の上面を露出させるべく、例えば化学的機械的研磨(CMP)を使用して研磨される。
【0018】
その後、図7に示すように、ゲートトレンチ705を残すように、ダミーゲート505およびダミー酸化膜405を除去することができる。例えば従来のエッチングプロセスを使用して、ダミーゲート505およびダミー酸化膜405を除去してよい。
図8に示すように、局所的に細型化されたフィン領域805を形成するように、ゲートトレンチ705内に露出したフィン・チャネルの部分を細型化することができる。例えばフィン・チャネルの選択エッチングによって、ゲートトレンチ705内に露出したフィン・チャネルの部分を細型化してよい。
その後、図9に示すように、ゲート絶縁膜910をゲートトレンチ705中に形成することができる。ゲート絶縁膜910は、従来のプロセスを使用して、熱成長またはたい積することができる。
ゲート絶縁膜910は、SiO、SiO2、SiN、SiON、HFO2、ZrO2、A12O3、HFSiO (x)、ZnS、MgF2、または他の高誘電率(high-k)の誘電材料を含み得る。
【0019】
図10A、図10B、および図10Cに示すように、ゲート絶縁膜910上のゲートトレンチ705中に、金属ゲート1005を形成する。
金属ゲート1005は、例えば従来の金属たい積プロセスを使用して、ゲートトレンチ705中に形成され、絶縁層605の上面まで研磨される。
金属ゲート1005は、例えばTaNまたはTiNのような金属材料を含んでいてよいが、他の材料を使用することもできる。
図10Cに示すように、生成された金属ゲート1005はフィン205の3つの側面に配置され、したがって、トライゲートFinFETが製造される。
本発明の実施形態によるトライゲートFinFETは、ダブルゲートやシングルゲート・デバイスよりも、短チャネルをより制御することができる。トライゲートFinFETは、同じ領域における駆動電流が、ダブルゲートFinFETよりも高い。トライゲートFinFETの金属ゲート905はまた、ポリシリコン空乏効果およびゲート抵抗を低下させる。
【0020】
[例示的な、異なる濃度でドープされた(differentially doped)モリブデンFinFETゲート]
図11および図12は、非対称のモリブデンFinFETゲートを形成する例示的なプロセスを示している。図11に示すように、例示的なプロセスは、モリブデン・スペーサ1110、1115を製造すべく、フィン1105上にモリブデンをたい積することから開始する。フィン1105は、図1および図2について上述した例示的なプロセスにより形成することができる。
モリブデン・スペーサ1110、1115の厚みは、例えば約200Åから約1500Åとすることができる。
【0021】
モリブデンのたい積に続いて、スペーサ1110、1115は、異なる濃度の窒素の注入により、非対称にドープされ得る。
スペーサ1110、1115における窒素の注入は、各スペーサに関連する仕事関数を変化させる。したがって、このスペーサ1110、1115の非対称ドーピングにより2つの仕事関数(dual work function)を有することとなり、形成されるFinFETにおける非対称ゲートを製造する。
【0022】
前述の明細書において、特定的な材料、構造、化学、プロセス等のような多くの特定的な詳細が記載されたが、本発明の完全な理解を与えるためである。しかし、本発明は本文に具体的に記載された詳細に頼ることなく実施可能である。他の例において、周知のプロセッシング構造は、本発明の趣旨を無駄にあいまいにしないために詳細が記載されていない。本発明を実施する際に従来のフォトリソグラフィおよびエッチング技術が利用され得、したがって、そのような技術の詳細は明細書に詳細に記載されていない。
【0023】
本発明の好適な実施形態および本発明の多様な例のいくつかのみが示され、本開示に記載されている。本発明は多様な他の組み合わせおよび環境において使用可能であり、本文に表された進歩性の趣旨の範囲内で改変が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態に従ってFinFETのフィンを形成するために使用することができる、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)層の一例を示す図。
【図2A】本発明の例示的な実施形態によるフィンを示す図。
【図2B】本発明による図2Aのフィンに隣接して形成されるソースおよびドレイン領域を示す図。
【図2C】本発明による図2Aのフィンに隣接して形成されるソースおよびドレイン領域を示す図。
【図2D】本発明による図2Aのフィンの断面図。
【図3A】本発明による図2Aのフィン上に形成された犠牲酸化膜の断面図。
【図3B】本発明による図2Aのフィン上に形成された犠牲酸化膜を除去した断面図。
【図4A】本発明による図3Bのフィン上のダミー酸化膜およびポリシリコン層の断面図。
【図4B】本発明による図3Bのフィン上のダミー酸化膜およびポリシリコン層の断面図。
【図5A】本発明による図4Bのポリシリコン層からのダミーゲートの形成を示す図。
【図5B】本発明による図4Bのポリシリコン層からのダミーゲートの形成を示す図。
【図6】本発明による図5Aおよび図5Bのダミーゲートに隣接する絶縁層の形成を示す図。
【図7】本発明によるゲートトレンチを形成するように、図5Aおよび図5Bのダミーゲートの除去を示す図。
【図8】本発明による図7のゲートトレンチ内に露出したフィンの細型化を示す図。
【図9】本発明による図7のゲートトレンチ内のゲート絶縁膜の形成を示す図。
【図10A】本発明による図9のゲートトレンチ内の金属トライゲートの形成を示す図。
【図10B】本発明による図9のゲートトレンチ内の金属トライゲートの形成を示す図。
【図10C】本発明による図9のゲートトレンチ内の金属トライゲートの形成を示す図。
【図11】本発明の他の実施形態の一例による、フィンに隣接するモリブデン・スペーサ(moly spacers)の形成を示す断面図。
【図12】本発明の他の実施形態の一例による、非対称にドープされたFinFETゲートを形成するように、図11のモリブデン・スペーサ内の窒素の注入を示す図。
【技術分野】
【0001】
本発明は、トランジスタ、より詳しくは、電界効果トランジスタ(FinFET)に関する。
【背景技術】
【0002】
超々大規模集積回路の半導体デバイスに関する密度の高さ、性能の高さに対する拡大する要求は、100ナノメータ(nm)未満のゲート長のような構造的要素、高い信頼性、および製造処理能力の増加を要求する。構造的要素を100nm未満に減少させることは、従来の方法の限界に挑むこととなる。
【0003】
例えば、従来のプレーナ型のMOS電界効果トランジスタ(MOSFET)のゲート長を100nm未満にスケーリングした場合、ソースおよびドレイン間の過度の漏れ電流のような短チャネル効果に関連する問題を克服することがますます困難になる。さらに、移動度低下および多くのプロセス問題によって、さらに小さなデバイス構造を含めるように従来のMOSFETをスケーリングすることが困難になる。
したがって、FET性能を改善するとともにさらなるデバイス・スケーリングを可能とすべく、新規なデバイス構造が求められている。
【0004】
ダブルゲートMOSFETは、既存のプレーナ型のMOSFETに代わる候補となっている新規なデバイスである。
このダブルゲートMOSFETでは、短チャネル効果をコントロールするのに2つのゲートが使用される。
FinFETは、短チャネル耐性に優れている最近のダブルゲート構造である。FinFETは、バーティカルフィン(vertical fin)中に形成されたチャネルを含んでいる。このFinFET構造は、従来のプレーナ型のMOFETで使用されるのと同様のレイアウトや製造技術を使用して製造することができる。
【発明の開示】
【0005】
本発明の実施形態は、例えばダマシンプロセスを使用して形成される、狭いボディのトライゲートFinFETを提供する。トライゲートFinFETは、ダブルゲートおよびシングルゲートのデバイスよりも短チャネルを制御することができ、ダブルゲートFinFETよりも、同じ領域における駆動電流が高い。
フィンチャネルを局所的に細型化すること(thinning)は、短チャネル効果を制御したままで、ソース/ドレイン間の直列抵抗を最小にする。
本発明によるダマシンプロセスで形成される金属トライゲートは、ゲート抵抗を低下させ、かつ、ポリシリコン空乏効果(poly depletion effect)をなくすのに使用することができる。
【0006】
本発明のさらなる利点および他の構造は、以下の詳細な説明で記載される。そしてその一部は、以下の検討に基づいて当業者に明白になるであろう。または本発明を実行することによって認識することができる。本発明の効果および構造は、添付した請求項で特に指摘されるように理解され、達成される。
【0007】
本発明によれば、上述およびその他の利点の一部は、フィンを形成するステップと、このフィンの一端上にソース領域、他端上にドレイン領域を形成するステップとを含む、フィン電界効果トランジスタを形成する方法によって達成される。
この方法は、フィン上の第1パターンで、第1結晶質でダミーゲートを形成するステップと、このダミーゲートの周りに絶縁層を形成するステップをさらに含んでいる。
この方法はまた、第1パターンに対応する絶縁層中にトレンチを残すように、第1結晶質を除去するステップと、トレンチ内に露出したフィンの部分を細型化するするステップと、トレンチ内に金属ゲートを形成するステップと、を含んでいる。
【0008】
本発明の他の態様によれば、トライゲートフィン電界効果トランジスタが提供される。このトライゲートフィン電界効果トランジスタは、複数の表面を含んでおり、かつ、その各端部に隣接して形成されるソース領域およびドレイン領域を有するフィンを含んでいる。このトライゲートフィン電界効果トランジスタはさらに、複数の表面のうち3つの表面上に形成された金属ゲートを含んでおり、フィンは、ゲートが形成される前に、局所的に細型化されている。
【0009】
本発明の他の利点および構成は、以下の詳細な説明から、当業者に容易に明白になるであろう。図示および記載した実施形態は、本発明を実行するために熟考された最良のモードの例として、記載されている。本発明は、この発明内のすべての様々な明白な点における修正例ができる。このように、図面は、本来例示的なものであって、制限的なものではないとみなされる。
同じ参照符号を有する要素は類似の要素を示している、添付した図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、添付の図面に言及して本発明の趣旨に沿った実装を詳細に記載する。異なる図面における同一の参照符号は、同一または類似の要素を示す。また、以下の詳細な記載は本発明を制限するものではない。代わりに、本発明の範囲は添付の請求項および均等物によって定義される。
【0011】
本発明の実施形態は、狭いボディのトライゲートFinFETを形成するための例示的なダマシンプロセスを提供する。この例示的なダマシンプロセスにおいては、ダミーゲートは、フィン上に形成されており、例えばポリシリコンのような結晶質の層から形成することができる。
その後、ダミーゲートの周辺と、FinFETフィン、ソースおよびドレイン領域上とに、絶縁層を形成する。その後、ソース/ドレイン領域間の直列抵抗を減少させるべく、ゲートトレンチ内のFinFETフィンの露出部分を局所的に細型化する。その後、ダマシンプロセスを完了すべく、フィンの3つの表面と接続する金属ゲートを、形成したゲートトレンチ中に形成することができる。
【0012】
図1は、本発明の実施形態に従って形成された、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)ウェーハ100の断面図である。
本発明の実施形態のSOIウェーハ100は、基板115上に形成される埋込酸化膜110を含み得る。埋込酸化膜110上にさらにフィン・チャネル層105を形成することができる。フィン・チャネル層105の厚さは、例えば約500Åから約2000Åとすることができ、埋込酸化膜110の厚さは、例えば約1000Åから約3000Åとすることができる。
フィン・チャネル層105および基板115は、ゲルマニウムのような他の半導体材料を使用してもよいが、例えばシリコンを含んでいてもよい。
【0013】
図2Aおよび図2Dに示すように、バーティカルフィン205は、フィン・チャネル層105から形成することができる。フィン205は、例えば10〜100nmにわたる幅(w)となるように形成することができる。フィン205は、既存のフォトリソグラフィ技術やエッチングプロセスを含んだ従来のプロセスを使用して形成することができるが、これに限られない。
【0014】
図2Bおよび2Cに示すように、フィン205の形成に続いて、フィン205の各端部に隣接してソース210およびドレイン215領域が形成され得る。
ソース210およびドレイン215領域は、例えば、フィン205上に半導体材料層をたい積することによって形成することができる。このソース210およびドレイン215領域は、例えば、既存のフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを使用して半導体材料層から形成され得る。しかしながら、ソース210およびドレイン215領域を形成するため、他の既存の技術が利用可能であることが、当業者であれば認識されよう。
ソース210およびドレイン215領域は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム(Si-Ge)のような材料を含み得る。ある実施形態の一例においては、例えば、xは約0.7である、SixGe(1-x)を使用することができる。
その後、図2Dに示すように、フィン205、ソース210、およびドレイン215の上面に、キャップ220が形成され得る。
キャップ220は、例えば酸化シリコンのような酸化物を含んでいてよく、例えば、約150Åから約700Åの厚さにすることができる。
【0015】
ソース210およびドレイン215領域を形成した後、図3Aに示すように、フィン205、ソース210(図示しない)およびドレイン215(図示しない)上に、犠牲酸化層305を形成することができる。犠牲酸化層305は、既存の適切なプロセスを使用して、フィン205、ソース210およびドレイン215上に形成することができる。例示的な実施形態のいくつかにおいては、犠牲酸化層305は、例えば、フィン205、ソース210及びドレイン215上に熱成長させることができる。
フィン205の側壁から損傷部を除去すべく、図3Bに示すように、キャップ220および犠牲酸化層305は、例えば従来のエッチングプロセスのような従来のプロセスを使用して除去することができる。
【0016】
図4Aに示すように、従来のプロセスを使用して、フィン205、ソース210およびドレイン215上にダミー酸化膜405が形成される。
ダミー酸化膜405は、例えば、フィン205、ソース210およびドレイン215上に熱成長させることができる。ダミー酸化膜405は、例えばシリコン酸化物のような酸化物を含んでいてよく、例えば約50Åから約150Åの厚みとすることができる。
さらに図4Bに示すように、フィン205、ソース210およびドレイン215上にポリシリコン層410を形成することができる。このポリシリコン層410の厚みは、例えば約700Åから約2000Åの厚みとすることができる。
ポリシリコン層410は、続いて行われるゲートリソグラフィを改善するために平坦な表面にするように、例えば化学的機械的研磨(CMP)を使用して研磨される。
図5Aおよび図5Bに示すように、従来のパターニングおよびエッチングプロセスのような従来のプロセスを使用して、ダミーゲート505は、ポリシリコン層410に定義される。
【0017】
図6に示すように、例えば従来のたい積技術を使用して、ダミーゲート505上に絶縁層605を形成する。絶縁層605は、例えば、テトラエチルオルトシリケート(TEOS;TetraEthylOrthSilicate)を含んでいてよい。絶縁層605は、例えば約1000Åから約2500Åの厚みとすることができる。
図6に示すように、絶縁層605はその後、ダミーゲート505の上面を露出させるべく、例えば化学的機械的研磨(CMP)を使用して研磨される。
【0018】
その後、図7に示すように、ゲートトレンチ705を残すように、ダミーゲート505およびダミー酸化膜405を除去することができる。例えば従来のエッチングプロセスを使用して、ダミーゲート505およびダミー酸化膜405を除去してよい。
図8に示すように、局所的に細型化されたフィン領域805を形成するように、ゲートトレンチ705内に露出したフィン・チャネルの部分を細型化することができる。例えばフィン・チャネルの選択エッチングによって、ゲートトレンチ705内に露出したフィン・チャネルの部分を細型化してよい。
その後、図9に示すように、ゲート絶縁膜910をゲートトレンチ705中に形成することができる。ゲート絶縁膜910は、従来のプロセスを使用して、熱成長またはたい積することができる。
ゲート絶縁膜910は、SiO、SiO2、SiN、SiON、HFO2、ZrO2、A12O3、HFSiO (x)、ZnS、MgF2、または他の高誘電率(high-k)の誘電材料を含み得る。
【0019】
図10A、図10B、および図10Cに示すように、ゲート絶縁膜910上のゲートトレンチ705中に、金属ゲート1005を形成する。
金属ゲート1005は、例えば従来の金属たい積プロセスを使用して、ゲートトレンチ705中に形成され、絶縁層605の上面まで研磨される。
金属ゲート1005は、例えばTaNまたはTiNのような金属材料を含んでいてよいが、他の材料を使用することもできる。
図10Cに示すように、生成された金属ゲート1005はフィン205の3つの側面に配置され、したがって、トライゲートFinFETが製造される。
本発明の実施形態によるトライゲートFinFETは、ダブルゲートやシングルゲート・デバイスよりも、短チャネルをより制御することができる。トライゲートFinFETは、同じ領域における駆動電流が、ダブルゲートFinFETよりも高い。トライゲートFinFETの金属ゲート905はまた、ポリシリコン空乏効果およびゲート抵抗を低下させる。
【0020】
[例示的な、異なる濃度でドープされた(differentially doped)モリブデンFinFETゲート]
図11および図12は、非対称のモリブデンFinFETゲートを形成する例示的なプロセスを示している。図11に示すように、例示的なプロセスは、モリブデン・スペーサ1110、1115を製造すべく、フィン1105上にモリブデンをたい積することから開始する。フィン1105は、図1および図2について上述した例示的なプロセスにより形成することができる。
モリブデン・スペーサ1110、1115の厚みは、例えば約200Åから約1500Åとすることができる。
【0021】
モリブデンのたい積に続いて、スペーサ1110、1115は、異なる濃度の窒素の注入により、非対称にドープされ得る。
スペーサ1110、1115における窒素の注入は、各スペーサに関連する仕事関数を変化させる。したがって、このスペーサ1110、1115の非対称ドーピングにより2つの仕事関数(dual work function)を有することとなり、形成されるFinFETにおける非対称ゲートを製造する。
【0022】
前述の明細書において、特定的な材料、構造、化学、プロセス等のような多くの特定的な詳細が記載されたが、本発明の完全な理解を与えるためである。しかし、本発明は本文に具体的に記載された詳細に頼ることなく実施可能である。他の例において、周知のプロセッシング構造は、本発明の趣旨を無駄にあいまいにしないために詳細が記載されていない。本発明を実施する際に従来のフォトリソグラフィおよびエッチング技術が利用され得、したがって、そのような技術の詳細は明細書に詳細に記載されていない。
【0023】
本発明の好適な実施形態および本発明の多様な例のいくつかのみが示され、本開示に記載されている。本発明は多様な他の組み合わせおよび環境において使用可能であり、本文に表された進歩性の趣旨の範囲内で改変が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態に従ってFinFETのフィンを形成するために使用することができる、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)層の一例を示す図。
【図2A】本発明の例示的な実施形態によるフィンを示す図。
【図2B】本発明による図2Aのフィンに隣接して形成されるソースおよびドレイン領域を示す図。
【図2C】本発明による図2Aのフィンに隣接して形成されるソースおよびドレイン領域を示す図。
【図2D】本発明による図2Aのフィンの断面図。
【図3A】本発明による図2Aのフィン上に形成された犠牲酸化膜の断面図。
【図3B】本発明による図2Aのフィン上に形成された犠牲酸化膜を除去した断面図。
【図4A】本発明による図3Bのフィン上のダミー酸化膜およびポリシリコン層の断面図。
【図4B】本発明による図3Bのフィン上のダミー酸化膜およびポリシリコン層の断面図。
【図5A】本発明による図4Bのポリシリコン層からのダミーゲートの形成を示す図。
【図5B】本発明による図4Bのポリシリコン層からのダミーゲートの形成を示す図。
【図6】本発明による図5Aおよび図5Bのダミーゲートに隣接する絶縁層の形成を示す図。
【図7】本発明によるゲートトレンチを形成するように、図5Aおよび図5Bのダミーゲートの除去を示す図。
【図8】本発明による図7のゲートトレンチ内に露出したフィンの細型化を示す図。
【図9】本発明による図7のゲートトレンチ内のゲート絶縁膜の形成を示す図。
【図10A】本発明による図9のゲートトレンチ内の金属トライゲートの形成を示す図。
【図10B】本発明による図9のゲートトレンチ内の金属トライゲートの形成を示す図。
【図10C】本発明による図9のゲートトレンチ内の金属トライゲートの形成を示す図。
【図11】本発明の他の実施形態の一例による、フィンに隣接するモリブデン・スペーサ(moly spacers)の形成を示す断面図。
【図12】本発明の他の実施形態の一例による、非対称にドープされたFinFETゲートを形成するように、図11のモリブデン・スペーサ内の窒素の注入を示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フィン(205)を形成するステップと、
前記フィン(205)の第1端部上にソース領域(210)、前記フィン(205)の第2端部上にドレイン領域(215)を形成するステップと、
前記フィン(205)上に、第1パターンで、第1半導体材料のダミーゲート(505)を形成するステップと、
前記ダミーゲート(505)の周りに絶縁層(605)を形成するステップと、
前記第1パターンに対応する前記絶縁層(605)中にトレンチ(705)を残すように、前記第1半導体材料を除去するステップと、
前記トレンチ(705)内に露出した前記フィン(205)の部分を細型化するするステップと、
前記トレンチ(705)内に金属ゲート(1005)を形成するステップと、を含む、
フィン電界効果トランジスタを形成する方法。
【請求項2】
前記金属ゲート(1005)は、前記フィン(205)の少なくとも3つの表面と接続し、前記フィン電界効果トランジスタは、トライゲートフィン電界効果トランジスタを含む、請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記絶縁層(605)は、テトラエチルオルトシリケートを含んでおり、前記第1半導体材料は、ポリシリコンを含んでいる、請求項1記載の方法。
【請求項4】
前記金属ゲート(1005)を形成する前に、前記トレンチ(705)中にゲート絶縁膜(910)を形成するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項5】
前記ゲート絶縁膜(910)は、SiO、SiO2、SiN、SiON、HFO2、ZrO2、A1203、HFSiO (x)、ZnS、およびMgF2のうちの少なくとも1つを含む、請求項4記載の方法。
【請求項6】
前記フィン(205)上に前記第1半導体材料の層をたい積するステップと、前記第1パターンで前記ダミーゲート(505)を形成するように、前記第1半導体材料の層をエッチングするステップと、を含む、前記ダミーゲート(505)を形成する前に、前記フィン(205)上にダミーの酸化膜(405)を形成するステップをさらに含んでおり、
前記金属ゲート(1005)を形成するステップは、前記トレンチ(705)内に金属材料をたい積するステップを含む、請求項1記載の方法。
【請求項7】
複数の表面を含んでおり、その各端部に隣接して形成されるソース領域(210)およびドレイン領域(215)を有するフィン(205)と、
その形成前に前記フィン(205)が局所的に細型化されている、前記複数の表面の3つの表面上に形成される金属ゲート(1005)と、を含む、
トライゲートフィン電界効果トランジスタ。
【請求項8】
前記金属ゲート(1005)と前記フィン(205)の間に形成される、ゲート絶縁膜(910)と、
前記金属ゲート(1005)に隣接して形成され、前記フィン(205)、前記ソース領域(210)および前記ドレイン領域(215)上に形成される、絶縁層(605)と、をさらに含む、請求項7記載のフィン電界効果トランジスタ。
【請求項9】
前記フィン(205)は矩形断面を有しており、前記ゲート絶縁膜(910)は、SiO、SiO2、SiN、SiON、HFO2、ZrO2、A12O3、HFSiO(x)、ZnS、およびMgF2のうちの少なくとも1つを含む、請求項7記載のフィン電界効果トランジスタ。
【請求項10】
フィン(205)を形成するステップと、
前記フィン(205)の第1端部上にソース領域(210)、前記フィン(205)の第2端部上にドレイン領域(215)を形成するステップと、
前記フィン(205)上に第1半導体材料の層をたい積するステップと、
前記第1パターンでダミーゲート(505)を形成するように、前記第1半導体材料の層をエッチングするステップと、
前記ダミーゲート(505)の周りに絶縁層(605)を形成するステップと、
前記第1パターンに対応する前記絶縁層(605)中にトレンチ(705)を残すように、前記第1半導体材料を除去するステップと、
前記トレンチ(705)内に露出した前記フィンの部分を細型化するするステップと、
前記トレンチ(705)中にゲート絶縁膜(910)を形成するステップと、
金属ゲート(1005)を形成するように、前記トレンチ(705)内に金属材料をたい積するステップと、を含む、
フィン電界効果トランジスタを形成する方法。
【請求項1】
フィン(205)を形成するステップと、
前記フィン(205)の第1端部上にソース領域(210)、前記フィン(205)の第2端部上にドレイン領域(215)を形成するステップと、
前記フィン(205)上に、第1パターンで、第1半導体材料のダミーゲート(505)を形成するステップと、
前記ダミーゲート(505)の周りに絶縁層(605)を形成するステップと、
前記第1パターンに対応する前記絶縁層(605)中にトレンチ(705)を残すように、前記第1半導体材料を除去するステップと、
前記トレンチ(705)内に露出した前記フィン(205)の部分を細型化するするステップと、
前記トレンチ(705)内に金属ゲート(1005)を形成するステップと、を含む、
フィン電界効果トランジスタを形成する方法。
【請求項2】
前記金属ゲート(1005)は、前記フィン(205)の少なくとも3つの表面と接続し、前記フィン電界効果トランジスタは、トライゲートフィン電界効果トランジスタを含む、請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記絶縁層(605)は、テトラエチルオルトシリケートを含んでおり、前記第1半導体材料は、ポリシリコンを含んでいる、請求項1記載の方法。
【請求項4】
前記金属ゲート(1005)を形成する前に、前記トレンチ(705)中にゲート絶縁膜(910)を形成するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項5】
前記ゲート絶縁膜(910)は、SiO、SiO2、SiN、SiON、HFO2、ZrO2、A1203、HFSiO (x)、ZnS、およびMgF2のうちの少なくとも1つを含む、請求項4記載の方法。
【請求項6】
前記フィン(205)上に前記第1半導体材料の層をたい積するステップと、前記第1パターンで前記ダミーゲート(505)を形成するように、前記第1半導体材料の層をエッチングするステップと、を含む、前記ダミーゲート(505)を形成する前に、前記フィン(205)上にダミーの酸化膜(405)を形成するステップをさらに含んでおり、
前記金属ゲート(1005)を形成するステップは、前記トレンチ(705)内に金属材料をたい積するステップを含む、請求項1記載の方法。
【請求項7】
複数の表面を含んでおり、その各端部に隣接して形成されるソース領域(210)およびドレイン領域(215)を有するフィン(205)と、
その形成前に前記フィン(205)が局所的に細型化されている、前記複数の表面の3つの表面上に形成される金属ゲート(1005)と、を含む、
トライゲートフィン電界効果トランジスタ。
【請求項8】
前記金属ゲート(1005)と前記フィン(205)の間に形成される、ゲート絶縁膜(910)と、
前記金属ゲート(1005)に隣接して形成され、前記フィン(205)、前記ソース領域(210)および前記ドレイン領域(215)上に形成される、絶縁層(605)と、をさらに含む、請求項7記載のフィン電界効果トランジスタ。
【請求項9】
前記フィン(205)は矩形断面を有しており、前記ゲート絶縁膜(910)は、SiO、SiO2、SiN、SiON、HFO2、ZrO2、A12O3、HFSiO(x)、ZnS、およびMgF2のうちの少なくとも1つを含む、請求項7記載のフィン電界効果トランジスタ。
【請求項10】
フィン(205)を形成するステップと、
前記フィン(205)の第1端部上にソース領域(210)、前記フィン(205)の第2端部上にドレイン領域(215)を形成するステップと、
前記フィン(205)上に第1半導体材料の層をたい積するステップと、
前記第1パターンでダミーゲート(505)を形成するように、前記第1半導体材料の層をエッチングするステップと、
前記ダミーゲート(505)の周りに絶縁層(605)を形成するステップと、
前記第1パターンに対応する前記絶縁層(605)中にトレンチ(705)を残すように、前記第1半導体材料を除去するステップと、
前記トレンチ(705)内に露出した前記フィンの部分を細型化するするステップと、
前記トレンチ(705)中にゲート絶縁膜(910)を形成するステップと、
金属ゲート(1005)を形成するように、前記トレンチ(705)内に金属材料をたい積するステップと、を含む、
フィン電界効果トランジスタを形成する方法。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【公表番号】特表2007−518271(P2007−518271A)
【公表日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−549311(P2006−549311)
【出願日】平成16年12月21日(2004.12.21)
【国際出願番号】PCT/US2004/043105
【国際公開番号】WO2005/071727
【国際公開日】平成17年8月4日(2005.8.4)
【出願人】(591016172)アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド (439)
【氏名又は名称原語表記】ADVANCED MICRO DEVICES INCORPORATED
【Fターム(参考)】
【公表日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年12月21日(2004.12.21)
【国際出願番号】PCT/US2004/043105
【国際公開番号】WO2005/071727
【国際公開日】平成17年8月4日(2005.8.4)
【出願人】(591016172)アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド (439)
【氏名又は名称原語表記】ADVANCED MICRO DEVICES INCORPORATED
【Fターム(参考)】
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