JP2005229107A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ゲートオールアラウンド(Gate All Around:GAA)構造を有する電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供するにある。
【解決手段】 電界効果トランジスタの製造方法において、半導体基板の大抵上層の一部に互いに離隔され前記半導体基板の上層を支持する下層の表面上部から突出した第1及び第2活性領域を形成する段階と、前記下層の表面上部とは垂直的に離隔され、前記第1及び第2活性領域の間を連結するブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を形成した後、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにゲート電極を前記ゲート絶縁膜に形成する段階と、を含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体素子及びその製造方法に係るもので、詳しくは、ゲートオールアラウンド(Gate All Around:GAA)構造を有する電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。
最近、情報通信分野の急速な発達及びコンピューターのような情報媒体の大衆化に伴って半導体素子も飛躍的に発展しつつある。また、その機能的な面における半導体素子の高集積化傾向に従い、基板に形成される個別素子の大きさ(feature size)を減らすとともに素子性能を極大化させるため、多様な方法が研究開発されている。このような方法のうちシリコン半導体技術を基板にして素子の集積度を向上させ、生産競争力に優れたCMOS技術を根幹とする電界効果トランジスタが台頭している。素子の高集積化に従う一般の平面電界効果トランジスタの縮小は素子の性能または信頼度が低下する結果をもたらすため、そのような平面構造を脱皮して垂直型トランジスタのような立体的素子の構造が提案されている。そのような構造のうち一つは、トランジスタのボディが垂直構造を有するように一般に魚の背びれ(dorsal)に似たようなピン形状のフィン電界効果トランジスタ(fin Field Effect Transistor:fin FET)が本分野で提案されている。
詳しくは、既存の単結晶シリコン基板をチャンネルとして用いるプラナー構造の電界効果トランジスタは、ゲート電極の長さが500Å以下にスケーリングダウンされるに従い工程条件に非常に敏感となって、製造工程の際に素子の特性を制御し難いとの問題点がある。さらに、チャンネルの長さが300Å近くでは素子の性能を実際回路に適用させるにはまだ不十分な状態である。例えば、インテル(Intel)社で開発した300Å電界効果トランジスタは、ゲート電極の長さは300Å程度であるが、電流対比電圧(I−V)特性が従来の500Å程度以上のチャンネルを有する電界効果トランジスタに比べ優秀でない。また、実際に一つの電界効果トランジスタ素子が占有する面積はスケーリングダウンされないゲート電極の側壁に形成されるスペーサー領域のため従来に比べ減少されておらず、よって、集積度を改善する余地が少ない。
従って、前記fin FETのような立体的な素子を形成する方法と関連して、代表的立体的素子の形成方法としてはDELTA(fully DEpleted Lean-channel TrAnsistor)GAA(Gate All Around)構造がある。まず、DELTA構造のMOS電界効果トランジスタMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の例は特許文献1に記載されている。このようなDELTA構造ではチャンネルを形成する活性層が一定幅を有し垂直に突出するように形成される。そして、ゲート電極が垂直に突出したチャンネル部分を覆うように形成される。そこで、突出部分の高さがチャンネルの幅になり、突出した部分の線幅がチャンネルの形成されるゲート領域の長さになる。このようなDELTA構造の電界効果トランジスタは突出した部分の全面を全てチャンネルとして用いることができるため、チャンネルの幅が既存のプラナー構造の電界効果トランジスタに比べ顕著に増加されるとの効果がある。従って、DELTA構造の電界効果トランジスタは通常のトランジスタに比べ素子形成領域の縮小に基因するチャンネルの長さの減少がないため、前記チャンネルの幅が減少するに従う狭チャンネル効果(narrow channel effect)の発生を防止することができる。
また、突出した部分の幅を減らす場合、前記ゲート領域で形成されるチャンネルの空乏層が全面または一部面に互いに重ねられるようにできるので(fully depleted)、よって、チャンネルの導電性が増加されるとの効果がある。ところが、DELTA構造の半導体装置を一般のシリコン基板で具現する場合、前記シリコン基板にチャンネルをなす部分が突出されるように前記シリコン基板を加工し、突出した部分を酸化防止膜で覆った状態で前記シリコン基板の酸化を実施する。酸化を過度に実施すれば、チャンネルの形成される突出部とシリコン基板のボディを連結する部分とは酸化防止膜で保護されない部分から側方へ拡散された酸素により酸化される。従って、チャンネルはシリコン基板の本体部分と隔離される。この過程において過度な酸化によりチャンネル分離がなされながら連結部側のチャンネルの厚さが狭くなり、単結晶層が酸化過程で圧力により損傷を受けるとの問題点がある。
一方、半導体基板の下部に層間絶縁膜の形成されたSOI(Silicon On Insulator)型シリコン基板をDELTA構造形成に用いる場合、SOI層を狭い幅を有するように食刻してチャンネル部分を形成するため、単結晶シリコン基板を用いる時の過度な酸化による問題はなくなる。しかし、単結晶シリコン基板で製作したDELTA構造と類似なダブルゲートまたはトライゲート(tri-gate)構造の電界効果トランジスタをそのままSOI型シリコン基板で製作し、その特性を分析した研究が多く進行されたが、SOI型シリコン基板の素子の特性上、トランジスタのボディが基板と連結されないことに基因してフローティング(floating)ボディ効果が誘発され、素子の性能が劣るとの問題点がある。
反面、GAA構造の電界効果トランジスタは、ゲート電極がブリッジ構造の活性領域の全面を覆うように形成されるため、前記DELTA構造の電界効果トランジスタに比べ素子の電気的な特性が優秀である。このようなGAA構造を有する電界効果トランジスタの製造方法の一例が特許文献2に開示されている。
図7は従来の技術による電界効果トランジスタの構造を示した斜視図である。以下、図7の構造を有する電界効果トランジスタの製造方法を説明する。図示したように、まず、誘電膜3または絶縁膜により選択的に露出されたシリコン基板1の活性領域2上に選択的エピタキシャル成長方法により所定厚さの単結晶シリコンゲルマニウム(SiGe)膜(図示せず)またはゲルマニウム(Ge)膜を形成する。以後、前記単結晶シリコンゲルマニウム膜またはゲルマニウム膜と前記誘電膜3または絶縁膜の上に非選択的エピタキシャル成長方法によりシリコン膜を形成する。このとき、前記シリコンゲルマニウム(SiGe)またはゲルマニウム(Ge)の形成された前記活性領域2の上部に形成される前記シリコン膜は単結晶シリコン膜5aにより成長され、前記誘電膜3または絶縁膜のうえに形成されるシリコン膜はポリシリコン膜5bにより形成される。そして、前記単結晶シリコン膜5a及びポリシリコン膜5bに第1導電性不純物をイオン注入して前記単結晶シリコン膜5aにチャンネル不純物領域を形成することもできる。
次いで、通常の写真食刻方法により前記単結晶シリコン膜5a及びポリシリコン膜5bをパターニングして一方向のピン活性領域5を形成し、前記ピン活性領域5をブリッジ形状に作るためにシリコンゲルマニウム膜またはゲルマニウム膜を除去してトンネル7を形成する。前記ポリシリコン膜5bと前記ブリッジ形状の単結晶シリコン膜5aとの全面にゲート絶縁膜(図示せず)を形成し、前記ゲート絶縁膜8、9の形成された前記単結晶シリコン膜5aの全面を覆うように導電物質を形成し、通常の写真食刻方法により前記導電物質をパターニングしてゲート電極10を形成する。このとき、前記ゲート電極10は前記単結晶シリコン膜5aよりも小さいかまたは同一な距離を有するように形成される。
最後に、前記ゲート電極10により露出された前記単結晶シリコン膜5aと前記ポリシリコン膜5bとに低濃度の第2不純物をイオン注入して第1不純物領域(図示せず)を形成し、前記ゲート電極10、ソース領域及びドレイン領域にそれぞれのコンタクト11、12、13を形成する。
従って、従来の技術による電界効果トランジスタの製造方法は選択的エピタキシャル成長方法を用いてシリコンゲルマニウム層またはゲルマニウム層の上に単結晶シリコン膜5aを形成し、前記単結晶シリコン膜5aの全面を覆うゲート電極10を形成して、既存のエピタキシャル成長方法により成長されたポリシリコン膜5bよりも電気的な特性に優れた単結晶シリコン膜がチャンネル形成領域として用いられるようにすることができる。
米国特許第4,996,574号明細書 米国特許第6,495,403号明細書
然るに、従来の技術による電界効果トランジスタの製造方法は以下のような問題点がある。
1番目、従来の技術による電界効果トランジスタの製造方法は、バルクシリコン基板よりも結晶欠陥発生率の高いエピタキシャル成長方法により成長された単結晶シリコン膜5aをチャンネル形成領域に形成するため、素子の信頼性を低下させるとの短所がある。
2番目、従来の技術による電界効果トランジスタの製造方法は、ブリッジ構造の単結晶シリコン膜5aを覆うゲート電極10の形成の際、通常の乾式食刻または湿式食刻を用いた写真食刻方法により導電物質を除去する場合、ブリッジ構造の下部7に形成される導電物質が再現性のあるように除去されないため、チャンネルの長さを正確に制御することができないとの短所がある。
3番目、従来の技術による電界効果トランジスタの製造方法は、ソース領域及びドレイン領域の活性領域が単結晶シリコンに比べ電気伝導度が劣るポリシリコンにより形成されるため、電気的な特性が低下されるとの短所がある。
そこで、本発明の目的は、エピタキシャル成長方法を使用せずに素子の信頼性を増大または極大化することができる電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、写真食刻方法を使用せずに再現性のあるゲート電極を形成することにより、チャンネルの長さを正確に制御することができる電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供するにある。
そして、本発明のまた他の目的は、ソース領域及びドレイン領域の電気伝導を向上させて素子の電気的な特性を向上させることができる電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するため本発明による電界効果トランジスタの製造方法は、電界効果トランジスタの製造方法において、半導体基板の大抵の上層の一部に、互いに離隔され、前記半導体基板の上層を支持する下層の表面上部から突出した第1及び第2活性領域を形成する段階と、前記下層の表面上部とは垂直的に離隔され、前記第1及び第2活性領域の間を連結するブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、前記第3領域を覆うゲート絶縁膜を形成し、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極を前記ゲート絶縁膜に形成する段階と、を含むことを特徴とする。
また、本発明による電界効果トランジスタの製造方法は、半導体基板の大抵の上層の一部に、互いに離隔され、前記半導体基板の上層を支持する下層の表面上部から突出したピン活性領域を形成する段階と、前記ピン活性領域の中心部分を選択的に露出させるために前記ピン活性領域の両端の第1及び第2活性領域に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜をイオン注入マスクとして用いて不純物をイオン注入して前記ピン活性領域の中心部分で前記ピン活性領域の高さと同一または類似な深さに埋没不純物領域を形成する段階と、前記埋没不純物領域を選択的に除去して、前記第1及び第2活性領域に連結し、前記半導体基板の下層で垂直に離隔されるブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を形成した後、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極を前記ゲート絶縁膜に形成する段階と、前記第1及び第2活性領域上の層間絶縁膜を除去し、前記ゲート電極をイオン注入して第1不純物領域を形成する段階と、を含む。
また、本発明による電界効果トランジスタの製造方法は、絶縁膜上に互いに離隔される第1及び第2活性領域を形成する段階と、前記絶縁膜の表面上部とは垂直に離隔されたままに前記第1及び第2活性領域の間に連結されるブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を形成し、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極を前記ゲート絶縁膜上に形成する段階と、を含む。
また、本発明による電界効果トランジスタの構造は、半導体基板の大抵の上層の一部に形成され、互いに離隔されたままに前記半導体基板の上層を支持する下層の表面上部から突出した第1及び第2活性領域と、前記下層の表面上部とは垂直に離隔されたままに前記第1及び第2活性領域の間に連結されたブリッジ形状の第3活性領域と、前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を介して形成され、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極と、を含むことを特徴とする。
また、本発明による電界効果トランジスタの構造は、シリコン基板の下層から突出するソース/ドレイン領域により支持され、前記シリコン基板の下層から離隔されるブリッジ形状のチャンネル領域と、前記チャンネル領域が露出される全面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、を含むことを特徴とする。
また、本発明による電界効果トランジスタの構造は、絶縁膜上に互いに離隔されるように形成された第1及び第2活性領域と、前記絶縁膜の表面上部とは垂直に離隔されたままに前記第1及び第2活性領域の間に連結されたブリッジ形状の第3活性領域と、前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を介して形成され、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極と、を含むことを特徴とする。
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、エピタキシャル成長方法により形成された単結晶シリコン膜に比べ電気的な特性が優秀な単結晶シリコン基板をもって、チャンネルとして第1及び第2活性領域に連結されるブリッジ形状の第3活性領域を形成することにより、素子の信頼性を増大または極大化できるとの効果がある。
また、本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、第1及び第2活性領域に形成される層間絶縁膜を一定した形状の枠にして用いてダマシン方法によりゲート電極を再現性のあるように形成することにより、前記ゲートの全チャンネルの長さを正確に制御することができるとの効果がある。
また、本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、電気伝導度が優秀な単結晶シリコン基板を用いてソース領域及びドレイン領域を形成することにより、素子の電気的な特性を向上させることができるとの効果がある。
以下、本発明の実施形態について詳しく添付図を参照して説明する。本発明は以下に開示される実施例に限定されず、互いに異なった多様な形態により具現されるが、但し、本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、通常の知識を有したものに発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。添付図において多数の膜と領域の厚さとは明瞭性のために強調され、ある層が他の層及び半導体基板上に存在すると記述されるとき、他の層及び半導体基板と直接的に接しながら存在するか、または、その間に第3の層が存在することになる。また、半導体基板とシリコン基板とは互いに混用されて使用することができる。
図1は、本発明の第1実施例による電界効果トランジスタを概略的に示した斜視図である。
図1に示すように、本発明の第1実施例による電界効果トランジスタは、半導体基板100の大抵の上層の一部に形成され、互いに離隔されたままに前記半導体基板100の上層を支持する下層の表面上部から突出した第1及び第2活性領域102、104が形成される。このとき、前記第1及び第2活性領域102、104はそれぞれソース領域及びドレイン領域からなる。また、前記半導体基板100下層の表面上部とは垂直に離隔されたまま前記第1及び第2活性領域102、104に連結されたブリッジ形状の第3活性領域106が形成される。第3活性領域106はゲート領域またはチャンネル領域からなる。ここで、前記半導体基板100はそれぞれ上層と下層とに区分される。そして、前記半導体基板100の上層は前記半導体基板が所定深さに食刻されて形成される前記第1及び第2活性領域102、104と、前記第1及び第2活性領域102、104と同一または類似な高さに形成される第3活性領域106と、からなり、前記半導体基板100の下層は前記第1及び第2活性領域102、104を支持する半導体基板のバルクの表面またはバルク半導体基板の表面になる。従って、前記半導体基板100の下層は前記半導体基板のバルク100aとして定義される。
このとき、第3活性領域106は前記半導体基板のバルク100aから所定高さまで前記半導体基板100の上層が選択的に除去されて貫通し、前記第1及び第2活性領域102、104により支持される前記ブリッジ形状に形成され得る。また、前記第3活性領域106はトリミングされて前記第1及び第2活性領域102、104の幅に比べもっと小さい幅を有するように形成することもできる。よって、前記半導体基板バルク100aから突出される前記第1及び第2活性領域102、104と、前記第1及び第2活性領域102、104に連結される第3活性領域106とは全て前記半導体基板100と同一な材質の単結晶シリコン膜によりなされる。
また、前記第1及び第2活性領域102、104の第1不純物領域(図3hの120)に非金属の第2導電性不純物がドーピングされる場合、前記第3活性領域106は前記第2導電性不純物と反対の第1導電性不純物でドーピングされ得る。このとき、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以上では前記第1導電性不純物をチャンネル不純物として前記第3活性領域106にイオン注入することによりしきい電圧値が調節されるが、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以下ではしきい電圧値の調節のための第2不純物イオン注入の効果が殆どなく、一定のしきい電圧に固定される現象があるため、しきい電圧値は前記単結晶シリコン膜の仕事関数により決定され得る。
そして、前記第1及び第2活性領域102、104に連結される前記第3活性領域106の全面に所定厚さのゲート絶縁膜108が形成され、前記第3活性領域106がチャンネルとして機能するように前記ゲート絶縁膜108が形成された前記第3活性領域106の全面を覆うようにゲート電極110が形成される。ここで、前記ゲート絶縁膜108はシリコン酸化膜からなり、前記ゲート電極110は前記非金属第1または第2導電性不純物でドーピングされたポリシリコン膜または金属膜からなる。また、前記ゲート絶縁膜108は層間絶縁膜112により選択的に露出される前記第3活性領域106だけでなく、前記第3活性領域106の下部の前記第1及び第2活性領域102、104の側壁と、前記第3活性領域106の下部で前記層間絶縁膜112により露出される前記半導体基板バルク100aの表面から前記ゲート電極110を絶縁させる。
また、前記ゲート電極110は、通常のフォト工程でなく、前記第1及び第2活性領域102、104の上部及び側壁を覆い、一定した形状にパターニングされた層間絶縁膜112と、前記層間絶縁膜112により露出される半導体基板バルク100aとを一定した形状の枠(mold)として用いたダマシン(damascene)方法を通じて、前記第3活性領域106を覆うように形成される。
このとき、前記第1活性領域102または第2活性領域104の前記ソース領域に所定の電圧が印加され、前記ゲート電極110にゲート電圧が印加される場合、前記ゲート電極に覆われた前記第3活性領域106にチャンネルが形成される。
従って、本発明の第1実施例による電界効果トランジスタは半導体基板バルク100aから突出される第1及び第2活性領域102、104と、前記第1及び第2活性領域102、104に連結されてブリッジ形状に形成される第3活性領域106とを前記半導体基板100の単結晶シリコン膜で構成して、従来のエピタキシャル成長方法により成長された単結晶シリコン膜に比べ結晶欠陥発生を減少させることにより、電気的な特性を向上させて素子の信頼性を増大または最大化することができる。
以下、このように構成された本発明の第1実施例による電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
図2a乃至図2hは図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のラインI−I′、II−II′にそって取った工程断面図である。
図2aに示すように、単結晶シリコン材質の半導体基板100上に化学気相蒸着方法により所定厚さのハードマスク膜114を形成し、通常の写真食刻工程を用いて前記ハードマスク膜114をパターニングする。ここで、前記ハードマスク膜114はシリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜からなり、前記ハードマスク膜114が前記シリコン酸窒化膜からなる場合、前記シリコン酸窒化膜上に反射防止膜を形成した後に前記写真食刻工程によりパターニングされる。図示していないが、前記半導体基板と前記ハードマスク膜114との間にシリコン酸化膜を用いて所定厚さを有する食刻停止膜をさらに形成し、前記ハードマスク膜114の除去の際にプロファイルを向上させることができる。例えば、ハードマスク膜114は約1000Å以下の厚さを有するように形成され、前記シリコン酸化膜は約500Å以下の厚さを有するように形成される。このとき、前記写真食刻工程のときに前記ハードマスク膜114上に形成されるフォトレジストの露光過程において、難反射を防止するために前記ハードマスク膜114上に所定厚さの反射防止膜をさらに形成することもできる。また、前記写真食刻工程は乾式食刻方法を用いて前記ハードマスク膜114をパターニングすることができるが、前記乾式食刻方法に用いられる反応ガスは前記食刻停止膜または前記半導体基板の単結晶シリコンに比べ前記ハードマスク膜114の食刻率が選択的に優秀な反応ガスが用いられる。
図2bに示すように、前記ハードマスク膜114を食刻マスクとして用いて前記半導体基板100を所定深さまでに食刻して前記ハードマスク膜114の下部に前記半導体基板の下層の前記半導体基板バルク100a表面から所定深さを有するピン活性領域116を形成する。ここで、前記半導体基板100の食刻は垂直食刻特性に優れた乾式食刻方法によりなされ、一定時間の間に所定深さの半導体基板100を除去して所定高さを有する前記ピン活性領域116が突出するように行われる時間食刻方法によりなされる。例えば、前記ピン活性領域116は前記半導体基板のバルク100a表面から約1200Å乃至1500Å程度の高さを有するように形成される。
以後、通常の写真食刻方法により前記ピン活性領域116の中心部分の上部に形成された前記ハードマスク膜114の線幅を減らし、前記ハードマスク膜114を食刻マスクとして用いて前記ピン活性領域116の中心部分をトリミングして線幅を減らし、前記ハードマスク膜116を除去する。
図2cに示すように、前記ピン活性領域116の形成された半導体基板100の全面にシリコン酸化膜を用いて化学気相蒸着方法により所定厚さの層間絶縁膜112を形成し、前記層間絶縁膜112を化学機械的研磨方法により平坦化し、通常の写真食刻方法を用いてゲート領域Gの前記ピン活性領域116と前記半導体基板バルク100aとの所定部分のみが露出されるように前記層間絶縁膜112を乾式食刻方法により除去する。例えば、前記層間絶縁膜112は約3000Å乃至約5000Å程度の厚さを有するように形成する。そして、前記ゲート領域Gを露出させる前記写真食刻方法は前記層間絶縁膜112の形成された半導体基板100の全面にフォトレジストを塗布する工程と、ソース領域S及びドレイン領域Dの前記ピン活性領域116の両側端部上に前記フォトレジストが選択的に残されるようにフォトレジストをパターニングする工程と、前記フォトレジストを食刻マスクまたはスクリーンとして用いて乾式食刻方法により前記ゲート領域Gの前記ピン活性領域116と、前記半導体基板バルク100aの所定部分が露出されるように前記層間絶縁膜112を除去する工程と、からなる。このとき、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記ピン活性領域116に残される前記層間絶縁膜112は、後でゲート電極(図1の110)の形成の際にダマシン方法によりゲート電極110を形成するために用いられる。図示しないが、前記ピン活性領域116の中心部分がトリミングされず、前記ハードマスク膜(図2bの114)が除去されない場合、前記層間絶縁膜112により露出された前記ピン活性領域116の中心部分をトリミングして、前記ピン活性領域116の中心部分の線幅が前記ピン活性領域116の両端の線幅よりも減少されるようにすることもできる。その後、前記層間絶縁膜112により露出されたハードマスク膜114を除去することもできる。
図2dに示すように、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記ピン活性領域116上部及び側壁に形成された層間絶縁膜112をイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて、前記ゲート領域Gの前記ピン活性領域116に不純物を選択的にイオン注入して埋没不純物領域118を形成する。ここで、前記不純物はボロン(boron)、燐のような非金属導電性不純物または原子質量の低いH、Heのような低質量元素のうちいずれかひとつを用いることができる。このとき、単結晶シリコンからなった前記ピン活性領域116に所定の投射範囲でイオン注入された不純物は一定深さにシリコン格子の結合を切る役割をする。例えば、前記ボロンはイオン注入のときに約1×1016atoms/cm2乃至約1×1018atoms/cm2程度の濃度を有し、約30KeV乃至約40KeV程度のエネルギーでイオン注入する場合、前記ピン活性領域116の上部表面から約1000Å乃至1200Å程度の深さに前記埋没不純物領域118が形成されるように前記ボロンがイオン注入される。従って、投射範囲を調節して前記ピン活性領域116の表面から所定深さで前記半導体基板バルク100aの表面と同一または類似な深さまで前記埋没不純物領域118を形成することができる。
図2eに示すように、前記埋没不純物領域(図3dの118)を選択的に等方性食刻して、前記半導体基板バルク100aと離隔され、前記ソース領域S及びドレイン領域の前記ピン活性領域116の第1活性領域102及び第2活性領域104により支持されるブリッジ形状の第3活性領域106を形成する。ここで、前記埋没不純物領域118の等方性食刻は湿式食刻方法または乾式食刻方法が用いられる。まず、湿式食刻方法に用いられる食刻溶液はHF(49%):HNO(30%):CHCOOH(100%)(体積1:3:8)のポリシリコンエッチング液が用いられ、前記ポリシリコンエッチング液を用いてシリコン格子結合の切られた前記埋没不純物領域118を選択的に除去させることができる。また、乾式食刻方法に用いられる反応ガスはCF:O(フロー60:150)が用いられ、前記反応ガスを用いて前記埋没不純物領域を単結晶シリコン膜材質の前記半導体基板バルク100aと第1乃至第3活性領域102、104、106とに比べ選択的に除去させることができる。また、前記第3活性領域106は図2eにおいて4面が直角の角部を有するブリッジ形状に表れるが、前記乾式食刻方法または湿式食刻方法を用いて形成される場合、実際に前記角部が区分されない円形または多角形の角部を有するブリッジ形状に形成され得る。このとき、前記第3活性領域106の下部の前記埋没不純物領域118が除去されることにより、前記第3活性領域106と前記半導体基板バルク100aとが互いに離隔されるトンネル124が形成される。
そこで、本発明の第1実施例による製造方法は、前記第3活性領域106を半導体基板100の単結晶シリコンで形成してエピタキシャル成長方法により形成される単結晶シリコンに比べ結晶欠陥発生率を減少または最小化することにより、素子の信頼性を増大または最大化することができる。
以後、前記層間絶縁膜112をイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて前記第3活性領域106に第1導電性不純物を選択的にイオン注入する。ここで、前記第3活性領域106の幅または厚さが約500Å以上では第1導電性不純物をイオン注入してしきい電圧値を調節し、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以下ではしきい電圧値が単結晶シリコンの仕事関数のみに依存して一定に固定されるため、第1導電性不純物をイオン注入しない。このとき、前記第1導電性不純物はアクセプター(accepter)不純物である場合にボロンまたはBF2が用いられ、ドナー(donor)不純物である場合にヒ素または燐が用いられ得る。
図2fに示すように、前記層間絶縁膜112により露出される第3活性領域106の全面にシリコン酸化膜を用いて所定厚さのゲート絶縁膜108を形成する。ここで、前記ゲート絶縁膜108は前記第3活性領域106だけでなく、前記第3活性領域106の下部の半導体基板バルク100aでも同一または類似な厚さを有するように形成される。例えば、前記ゲート絶縁膜108は熱酸化工程を通じて前記第3活性領域106と前記第3活性領域106の下部の前記半導体基板バルク100aの表面に前記シリコン酸化膜が約130Å以下の厚さを有するように形成される。このとき、前記層間絶縁膜112を先に形成し、前記ピン活性領域(図2dの116)の中心部分をトリミングする場合、前記第3活性領域106に隣接する前記第1活性領域102及び第2活性領域104の側壁にゲート絶縁膜108を形成することができる。
図2gに示すように、前記ゲート絶縁膜108が形成された前記第3活性領域106の全面を覆うように所定厚さの導電性物質を形成する。このとき、前記導電性物質は前記第3活性領域106及び前記層間絶縁膜112の全面を覆うように形成される。次いで、化学機械的研磨方法または乾式食刻方法により前記層間絶縁膜112が露出されるように前記導電性物質を平坦に除去しダマシン方法によりゲート電極110を形成する。ここで、前記導電性物質は非金属の導電性不純物を含むポリシリコン膜またはタングステンシリサイドのような金属膜のうち少なくとも何れか一つが使用される。また、前記導電性物質の形成のとき、前記半導体基板バルク100a及び前記層間絶縁膜112は前記第1及び第2活性領域102、104に連結された第3活性領域106の全面に前記導電性物質が選択的に形成されるようにする枠(mold)のような役割をする。即ち、前記ダマシン方法により形成されるゲート電極110はそれぞれ前記層間絶縁膜112により前記半導体基板バルク100aから選択的に露出される前記第3不純物領域106の全面に360°程度覆うように非金属の導電性不純物を含むポリシリコンまたは金属膜が前記化学気相蒸着方法により形成され、化学機械的研磨方法または乾式食刻方法により前記層間絶縁膜112が露出されるように前記ポリシリコン膜または金属膜が平坦に除去されることにより形成され得る。したがって、前記層間絶縁膜112により前記ピン活性領域116と交差するライン形状のゲート電極110が形成される。このとき、前記ゲート電極110に印加されるゲート電圧により前記半導体基板バルク100aに誘導されるローディングキャパシタンスを増加させることができるため、前記ゲート電極110及び前記層間絶縁膜112により露出される前記半導体基板バルク100aの間に形成された前記ゲート絶縁膜108は、前記ローディングキャパシタンスを減少させ、且つ、絶縁破壊を克服できる程度の所定厚さ以上だけ形成されなければならない。
そこで、本発明の第1実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、ブリッジ構造の第3活性領域106の下部のトンネル124を充填するゲート電極110のパターニングの際、従来の写真食刻方法の代わりにダマシン方法を用いてゲート電極110を再現性のあるように形成し、前記第1及び第2活性領域102、104の上部または側壁に形成される層間絶縁膜112を用いて前記ゲート電極110の幅を容易に調節することにより、前記ゲート電極110に印加されるゲート電圧により前記第3活性領域106に誘導されるチャンネルの長さを正確に制御することができる。
図2hに示すように、前記第1及び第2活性領域102、104の上部に形成された層間絶縁膜112及びハードマスク膜(図2gの114)を通常の写真食刻方法により除去して前記第1及び第2活性領域102、104を露出させ、前記第1及び第2活性領域102、104上に前記第1導電性不純物と反対の第2導電性不純物をイオン注入して第1不純物領域120を形成する。例えば、前記第2導電性不純物は約1×1012atoms/cm2乃至約1×1014atomos/cm2程度の濃度を有するようにイオン注入され、前記第1不純物領域が前記第1及び第2活性領域102、104で前記第3活性領域106と同一または類似の深さに形成されるように約50KeVエネルギー以下でイオン注入される。もし、前記第1不純物領域120が前記第1及び第2活性領域102、104で前記第3活性領域120に比べ充分すぎるほど深く形成され、前記ゲート電極110にゲート電圧が印加されると、前記第3活性領域106だけでなく前記第3活性領域106下部の前記半導体基板バルク100aの表面にそってチャンネルが形成されることもある。従って、本発明の第1実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、前記第1不純物領域120を前記第1及び第2活性領域102、104に前記第3活性領域106と同一または類似な深さまで形成して、前記半導体基板バルク100aの表面にそって誘導されるチャンネルを防止することができる。また、本発明の第1実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、第1不純物領域120が導電性不純物でドーピングされた単結晶シリコン膜により形成されるため、導電性不純物でドーピングされたポリシリコン膜に比べ電気伝導度を増加させることができる。
以後、前記第1不純物領域120が形成された前記第1及び第2活性領域102、104と隣接する前記ゲート電極110の側壁にスペーサーを形成し、前記ゲート電極110及びスペーサーをイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて前記第1及び第2活性領域に前記第2導電性不純物を約1×1016atoms/cm2乃至約1×1017atomos/cm2程度の濃度にイオン注入して前記第1不純物領域120よりも浅い深さに第2不純物領域を形成する。以後、第2不純物領域が形成された前記第1及び第2活性領域と前記半導体基板の全面に別の層間絶縁膜を形成し、前記第2不純物領域の上部の層間絶縁膜を除去してコンタクトホールを形成する。
上述のように、本発明の第1実施例による電界効果トランジスタ及びその製造方法は、前記第1及び第2活性領域102、104に連結された前記第3活性領域106の全面を覆うように形成されるゲート電極110と、前記層間絶縁膜112により露出される前記半導体基板バルク100aの表面とがゲート絶縁膜108を介して形成されるため、前記ゲート電極110に印加されるゲート電圧が高くなって素子の性能が落ちることがある。以下、ゲート電極110及び半導体基板バルク100aの表面が前記層間絶縁膜112により互い絶縁された本発明の第2実施例による電界効果トランジスタ及びその製造方法を説明する。
図3は本発明の第2実施例による電界効果トランジスタの構造を概略的に示した斜視図である。
図3に示すように、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタは、半導体基板100の大抵の上層の一部に形成され、互いに離隔されたままに前記半導体基板100の上層を支持する下層の表面上部から突出した第1及び第2活性領域102、104が形成される。ここで、前記第1及び第2活性領域102、104はそれぞれソース領域及びドレイン領域からなる。また、前記半導体基板100下層の表面上部とは垂直に離隔されたままに前記第1及び第2活性領域102、104に連結されたブリッジ形状の第3活性領域106が形成される。ここで、前記半導体基板100はそれぞれ上層と下層とに区分される。そして、前記半導体基板100の上層は前記半導体基板が所定深さに食刻されて形成される前記第1及び第2活性領域102、104と、前記第1及び第2活性領域102、104と同一または類似な高さに形成される第3活性領域106とからなり、前記半導体基板100の下層は前記第1及び第2活性領域102、104を支持する半導体基板のバルク表面またはバルク半導体基板の表面となる。そこで、前記半導体基板100の下層は前記半導体基板のバルク100aと定義する。第3活性領域106は前記半導体基板のバルク100aから所定高さまで前記半導体基板100の上層が選択的に除去されて貫通し、前記第1及び第2活性領域102、104により支持される前記ブリッジ形状に形成され得る。また、前記第3活性領域106はトリミングされて前記第1及び第2活性領域102、104の幅に比べもっと小さい幅を有するように形成することもできる。したがって、前記半導体基板バルク100aから突出する前記第1及び第2活性領域102、104と、前記第1及び第2活性領域102、104に連結される第3活性領域106とは全て前記半導体基板100と同一な材質の単結晶シリコン膜からなる。また、前記第1及び第2活性領域102、104に非金属の第2導電性不純物がドーピングされて第1不純物領域(図4hの120)が形成される場合、前記第3活性領域106は前記第2導電性不純物と反対の第1導電性不純物でドーピングされ得る。このとき、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以上の場合には、前記第1導電性不純物をチャンネル不純物として前記第3活性領域106にイオン注入してしきい電圧値を調節することができるが、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以下の場合には、しきい電圧値調節のための第2不純物イオン注入効果がほとんどなくて一定したしきい電圧に固定される現象があるため、しきい電圧値は前記単結晶シリコン膜の仕事関数により決定することができる。
そして、前記第1及び第2活性領域102、104に連結される前記第3活性領域106の全面に所定厚さのゲート絶縁膜108が形成され、前記第3活性領域106がチャンネルとして機能を果たすように前記ゲート絶縁膜108が形成された前記第3活性領域106の全面を覆うゲート電極110が形成される。ここで、前記ゲート絶縁膜108はシリコン酸化膜からなり、前記ゲート電極110は前記非金属第1または第2導電性不純物でドーピングされたポリシリコン膜または金属膜からなる。また、前記ゲート絶縁膜108は前記第3活性領域106だけでなく、前記第3活性領域106に隣接する前記第1及び第2活性領域102、104の側壁と、前記第3活性領域106の下部の前記半導体基板バルク100aの表面から前記ゲート電極110を絶縁させる。
また、前記ゲート電極110は前記第3活性領域106を選択的に露出させるようにパターニングされた層間絶縁膜112と、前記第1及び第2活性領域102、104の側壁と、前記第3活性領域106の下部で前記層間絶縁膜112により選択的に露出される半導体基板バルク100aとを一定した形状の枠として用いるダマシン方法により前記第3活性領域106を覆うように形成される。このとき、前記層間絶縁膜112は前記ゲート電極110を前記半導体基板バルク100aと絶縁させるために前記所定厚さ以上に形成される。従って、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタは、ゲート電極110の下部に所定厚さの層間絶縁膜112を形成してゲート電極110を前記半導体基板バルク100aの表面と絶縁させることにより、前記第1実施例よりも電気的な特性を向上させることができる。
一方、前記第1活性領域102または第2活性領域104の前記ソース領域に所定の電圧が印加され、前記ゲート電極110にゲート電圧が印加される場合、前記ゲート電極で覆われた前記第3活性領域106にチャンネルが形成される。このとき、前記第1及び第2活性領域102、104に形成される第1不純物領域が前記半導体基板バルク100aと同一または類似な深さまで過度に形成されず、前記第3活性領域106と同一または類似な深さ以上に形成されていても、前記第3活性領域106下部の前記半導体基板バルク100aの表面にそってチャンネルが形成されることを防止することができる。
したがって、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタは、半導体基板バルク100aから突出する第1及び第2活性領域102、104と、前記第1及び第2活性領域102、104に連結されてブリッジ形状に形成される第3活性領域106とを前記半導体基板100の単結晶シリコン膜から構成して、従来のエピタキシャル成長方法により成長された単結晶シリコン膜に比べ結晶欠陥発生を減少させることにより、電気的な特性を向上させて素子の信頼性を増大または最大化することができる。
以下、このように構成された本発明の第2実施例による電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
図4a乃至図4hは図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。
図4aに示すように、単結晶シリコン材質の半導体基板100上に化学気相蒸着方法により所定厚さのハードマスク膜114を形成し、通常の写真食刻工程を用いて前記ハードマスク膜114をパターニングする。ここで、前記ハードマスク膜114はシリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜からなり、前記ハードマスク膜114が前記シリコン酸窒化膜からなる場合、前記シリコン酸窒化膜上に反射防止膜を形成した後に前記写真食刻工程によりパターニングされる。図示していないが、前記半導体基板と前記ハードマスク膜114との間にシリコン酸化膜を用いて所定厚さを有する食刻停止膜をさらに形成し、前記ハードマスク膜114の除去の際にプロファイルを向上させることができる。例えば、ハードマスク膜114は約1000Å以下の厚さを有するように形成され、前記シリコン酸化膜は約500Å以下の厚さを有するように形成される。このとき、前記写真食刻工程の際に前記ハードマスク膜114上に形成されるフォトレジストの露光過程において難反射を防止するために前記ハードマスク膜114上に所定厚さの反射防止膜をさらに形成することもできる。また、前記写真食刻工程は乾式食刻方法を用いて前記ハードマスク膜114をパターニングすることができるが、前記乾式食刻方法により用いられる反応ガスは前記食刻停止膜または前記半導体基板の単結晶シリコンに比べ前記ハードマスク膜114の食刻率が選択的に優秀な反応ガスが用いられる。
図4bに示すように、前記ハードマスク膜114を食刻マスクとして用いて前記半導体基板100を所定深さまで食刻して前記ハードマスク膜114の下部に前記半導体基板バルク100a表面から所定高さを有するピン活性領域116を形成する。ここで、前記半導体基板100の食刻は垂直食刻特性に優れた乾式食刻方法によりなされ、一定時間の間に所定深さの半導体基板100を除去して所定高さを有する前記ピン活性領域116が突出するように行われる時間食刻方法によりなされる。例えば、前記ピン活性領域116は前記半導体基板のバルク100a表面から約3000Å以上の高さを有するように形成される。
以後、通常の写真食刻方法により前記ピン活性領域116の中心部分の上部に形成された前記ハードマスク膜114の線幅を減らし、前記ハードマスク膜114を食刻マスクとして用いて前記ピン活性領域116の中心部分をトリミングして線幅を減らし、前記ハードマスク膜116を除去する。
図4cに示すように、前記ピン活性領域116が形成された半導体基板100の全面にシリコン酸化膜を用いて化学気相蒸着方法により層間絶縁膜(Inter Layer Dielectric:ILD)112を形成し、前記層間絶縁膜112を化学機械的研磨方法により平坦化し、通常の写真食刻方法を用いてゲート領域Gの前記ピン活性領域116が所定部分だけ露出されるように前記層間絶縁膜112を所定厚さまで除去する。例えば、前記層間絶縁膜112は約4000Å乃至約8000Å程度の厚さを有するように形成する。そして、前記ゲート領域Gの前記ピン活性領域116を露出させる前記写真食刻方法は、前記層間絶縁膜112が形成された半導体基板100の全面にフォトレジストを塗布する工程と、ソース領域S及びドレイン領域Dの前記ピン活性領域116の両側端部上に前記フォトレジストが選択的に残されるようにフォトレジストをパターニングする工程と、前記フォトレジストを食刻マスクまたはスクリーンとして用いて一定時間の間に前記層間絶縁膜112を時間食刻する乾式食刻方法により、記ゲート領域Gの前記ピン活性領域116の所定部分が露出されるように前記層間絶縁膜112を除去する工程と、からなる。このとき、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記ピン活性領域116に残される前記層間絶縁膜112は、以後にゲート電極(図1の110)の形成の際にダマシン方法によりゲート電極110を形成するために用いられる。また、前記層間絶縁膜112下部の前記ピン活性領域116はそれぞれ第1及び第2活性領域(図3の102、104)になる。また、図示していないが、前記ピン活性領域116の中心部分がトリミングされず、前記ハードマスク膜(図4bの115)が除去されない場合、前記層間絶縁膜112により露出された前記ピン活性領域116の中心部分をトリミングして前記ピン活性領域116の中心部分の線幅が前記ピン活性領域116の両端の線幅よりも減るようにすることもできる。その後、前記層間絶縁膜112により露出されたハードマスク膜114を除去することもできる。
図4dに示すように、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記ピン活性領域116の上部及び側壁に形成された層間絶縁膜112をイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて前記ゲート領域Gの前記ピン活性領域116に不純物を選択的にイオン注入して埋没不純物領域118を形成する。ここで、前記不純物はボロン、BF2、燐のような非金属導電性不純物または原子質量の低いH、Heのような低質量元素のうちいずれか一つが用いられる。このとき、単結晶シリコンからなった前記ピン活性領域116に所定の投射範囲でイオン注入された不純物は一定深さでシリコン格子の結合を切る役割をする。例えば、前記ボロンはイオン注入のときに約1×1016atoms/cm2乃至約1×1018/cm2程度の濃度を有し、約60KeV乃至約80KeV程度のエネルギーでイオン注入する場合、前記ピン活性領域116の上部表面から約2000Å乃至約2500Å程度の深さに前記埋没不純物領域118が形成されるように前記ボロンがイオン注入される。また、投射範囲を調節して前記ピン活性領域116の表面から前記層間絶縁膜112と同一または類似な所定深さで前記半導体基板バルク100aの表面と同一または類似な深さまで前記埋没不純物領域118を形成することができる。
図4eに示すように、前記埋没不純物領域(図4dの118)を選択的に等方性食刻して前記半導体基板バルク100aと所定距離以上だけ離隔され、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記ピン活性領域(図4cの116)の第1活性領域102及び第2活性領域104により支持されるブリッジ形状の第3活性領域106を形成する。ここで、前記埋没不純物領域118の等方性食刻は湿式食刻方法または乾式食刻方法を用いることができる。まず、湿式食刻方法に用いられる食刻溶液はHF(49%):HNO(30%):CHCOOH(100%)(体積1:3:8)のポリシリコンエッチング液(poly silicon etchant)が用いられ、前記ポリシリコンエッチング液を用いてシリコン格子結合が切られた前記埋没不純物領域118を選択的に除去することができる。また、乾式食刻方法に用いられる反応ガスはCF4:O(フロー60:150)が用いられ、前記反応ガスを用いて前記埋没不純物領域を、単結晶シリコン膜材質の前記半導体基板バルク100aと第1乃至第3活性領域102、104、106とに比べ選択的に除去することができる。このとき、前記第3活性領域106は前記半導体基板バルク100a表面と所定距離以上に離隔されたトンネル124を有するように形成される。また、図4eに示すように、4面が直角の角部を有するブリッジ形状に表れるが、前記乾式食刻方法または湿式食刻方法を用いた前記埋没不純物領域118の等方性食刻を通じて前記第3活性領域106が形成される場合、実際に前記角部が区分されない円形または多角形の角部を有するブリッジ形状に形成することができる。このとき、前記第3活性領域106の下部の前記埋没不純物領域118が除去されることにより、前記第3活性領域106と前記半導体基板バルク100aとが互いに離隔されるトンネル124が形成される。
したがって、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、前記第3活性領域106を半導体基板100の単結晶シリコンで形成して、エピタキシャル成長方法により形成される単結晶シリコンに比べ結晶欠陥発生率を減少または最小化することができるため、素子の信頼性を増大または最大化することができる。
また、前記埋没不純物領域118の等方性食刻によりブリッジ形状に形成される前記第3活性領域106が前記半導体基板バルク100aと所定距離以上に離隔されたトンネル124を有するように形成されるため、以後、前記第3活性領域106を覆うようにゲート絶縁膜108を介して形成されるゲート電極(図3の110)にゲート電圧が印加される場合、前記半導体基板バルク100aの表面に沿ってチャンネルが形成されることを防止することができる。
以後、前記層間絶縁膜112をイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて前記第3活性領域106に第1導電性不純物を選択的にイオン注入する。ここで、前記第3活性領域106の幅または厚さが約500Å以上では第1導電性不純物をイオン注入してしきい電圧値を調節し、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以下ではしきい電圧値が単結晶シリコンの仕事関数のみに依存して一定に固定されるため、第1導電性不純物をイオン注入しない。このとき、前記第1導電性不純物はアクセプター不純物である場合にはボロンまたはBF2が用いられ、ドーナー(donor)不純物である場合にはヒ素または燐が用いられ得る。
図4fに示すように、前記層間絶縁膜112により露出される第3活性領域106の全面にシリコン酸化膜を用いて所定厚さのゲート絶縁膜108を形成する。ここで、前記ゲート絶縁膜108は前記第3活性領域106だけでなく、前記第3活性領域106下部の半導体基板バルク100aでも同一または類似な厚さを有するように形成される。例えば、前記ゲート絶縁膜108は熱酸化工程を通じて前記第3活性領域106及び前記第3活性領域106下部の前記半導体基板バルク100a表面に前記シリコン酸化膜が約130Å以下の厚さを有するように形成される。このとき、前記層間絶縁膜112をまず形成し、前記ピン活性領域(図2dの116)の中心部分をトリミングする場合、前記第3活性領域106に隣接する前記第1活性領域102及び第2活性領域104の側壁にゲート絶縁膜108を形成することができる。
図4gに示すように、前記ゲート絶縁膜108が形成された前記第3活性領域106の全面を覆うように所定厚さの導電性物質を形成する。このとき、前記導電性物質は前記第3活性領域106及び前記層間絶縁膜112の全面を覆うように形成される。次いで、化学機械的研磨方法または乾式食刻方法により前記層間絶縁膜112が露出されるように前記導電性物質を平坦に除去してダマシン方法によりゲート電極110を形成する。ここで、前記導電性物質は非金属導電性不純物を含むポリシリコン膜またはタングステンシリサイドのような金属膜が用いられる。また、前記導電性物質の形成の際、前記半導体基板バルク100aと前記層間絶縁膜112とは前記第1及び第2活性領域102、104に連結された第3活性領域106の全面に前記導電性物質が選択的に形成されるようにする枠のような役割をする。即ち、前記ダマシン方法により形成されるゲート電極110は、それぞれ前記層間絶縁膜112により前記半導体基板100aから選択的に露出される前記第3不純物領域106の全面に360°だけ覆うように非金属導電性不純物を含むポリシリコンまたは金属膜が化学気相蒸着方法により形成され、化学機械的研磨方法または乾式食刻方法により前記層間絶縁膜112が露出されるように前記ポリシリコン膜または金属膜が平坦に除去されることにより形成される。したがって、前記層間絶縁膜112により前記ピン活性領域116と交差するライン形状にゲート電極110が形成される。このとき、ポリシリコン膜をゲート電極110として用いる場合、前記ポリシリコン膜を化学気相蒸着方法により形成する途中に導電性不純物をドーピングさせ、前記ポリシリコン膜をまず形成した以後、前記非金属導電性不純物をイオン注入してドーピングさせることもできる。
したがって、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、ブリッジ構造の第3活性領域106下部のトンネル124を充填するゲート電極110のパターニングの際、従来の写真食刻方法に代ってダマシン方法を用いてゲート電極110を再現性のあるように形成し、前記半導体基板バルク100aと前記第1及び第2活性領域102、104上部または側壁とに形成される層間絶縁膜112を用いて前記ゲート電極110の幅を用意に調節することにより、前記ゲート電極110に印加されるゲート電圧により前記第3活性領域106に誘導されるチャンネルの長さを正確に制御することができる。
また、前記第3活性領域106の下部を除いた前記半導体基板バルク100aと前記ゲート電極110の層間絶縁膜112とにより絶縁することにより、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタは第1実施例による電界効果トランジスタに比べ電気的な特性を向上させることができる。
図4hに示すように、前記第1及び第2活性領域102、104の上部に形成された層間絶縁膜112を通常の写真食刻方法により除去して前記第1及び第2活性領域102、104を露出させ、前記第1及び第2活性領域102、104に前記第1導電性不純物と反対の第2導電性不純物をイオン注入して第1不純物領域120を形成する。例えば、前記第2導電性不純物は約1×1012atoms/cm2乃至約1×1014atoms/cm2程度の濃度を有するようにイオン注入され、前記第1不純物領域が前記第1及び第2活性領域102、104で前記第3活性領域106と同一または類似な深さに形成されるように約50KeVエネルギー以下でイオン注入される。もし、前記第1及び第2活性領域102、104に形成される前記第1不純物領域120が前記半導体基板バルクと類似な深さまで過渡に深く形成される場合、前記ゲート電極110にゲート電圧が印加されると、前記第3活性領域106だけでなく、前記第3活性領域106下部の前記半導体基板バルク100aの表面にそってチャンネルが形成されることもある。したがって、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、前記第1不純物領域120を前記第1及び第2活性領域102、104に前記第3活性領域106と同一または類似な深さまで形成することにより、前記半導体基板バルク100aの表面にそって誘導されるチャンネルを防止することができる。また、本発明の第2実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、第1不純物領域120が導電性不純物でドーピングされた単結晶膜により形成されるため、導電性不純物でドーピングされたポリシリコン膜に比べ電気伝導度を増加させることができる。
以後、前記第1不純物領域120の形成された前記第1及び第2活性領域102、104と隣接する前記ゲート電極110の側壁にスペーサーを形成し、前記ゲート電極110及びスペーサーをイオン注入マスクまたはスクリーンにして用いて前記第1及び第2活性領域に前記第2導電性不純物を約1×1016atoms/cm2乃至約1×1017atoms/cm2程度の濃度にイオン注入して、前記第1不純物領域120よりも浅い深さに第2不純物領域を形成する。以後、第2不純物領域の形成された前記第1及び第2活性領域と前記半導体基板の全面に別の層間絶縁膜を形成し、前記第2不純物領域上部の層間絶縁膜を除去してコンタクトホールを形成する。
上述のように、本発明の第1及び第2実施例による電界効果トランジスタ及びその製造方法は、前記第1及び第2活性領域102、104に形成される前記第1不純物領域120が前記第3活性領域106と類似な深さで半導体基板バルク100aと類似な深さまで過度に深く形成されるか、前記ゲート電極110にゲート電圧が高くなる場合、前記第3活性領域106下部の半導体基板バルクの表面にそってチャンネルが形成されることもある。したがって、前記第3活性領域106下部の半導体基板バルク100aの表面にそってチャンネルが形成されることを防止するため、本発明の第3実施例による電界効果トランジスタ及びその製造方法を説明する。
図5は本発明の第3実施例による電界効果トランジスタの構造を概略的に示した斜視図である。
図5に示すように、本発明の第3実施例による電界効果トランジスタは、SOI型シリコン基板の基板絶縁膜122上に互いに離隔されたままに第1及び第2活性領域102、104が形成される。このとき、前記SOI型シリコン基板200はシリコン酸化膜のような前記基板絶縁膜122を介して一般のシリコン基板100と所定厚さを有する単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムが互いに結合される。前記SOI型シリコン基板200を用いる場合、素子を電気的に完全に分離させることができるため、高集積化に従い隣接素子が互いに影響を与えることを防止することができる。さらに、SOI型シリコン基板200を用いる場合、接合方式の素子領域分離方式に比べ耐圧が高く、高い放射線環境で接合部電流発生による問題を減らし得るとの長所もある。例えば、前記SOI型シリコン基板200の単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムの厚さは約500Å乃至約5000Å以下の厚さを有する。したがって、本発明の第3実施例による電界効果トランジスタは前記第1及び第2活性領域102、104がSOI型シリコン基板200の単結晶シリコン膜100bまたは単結晶シリコンフィルムを用いて前記基板絶縁膜122上に突出されるように形成される。このとき、前記第1及び第2活性領域102、104はそれぞれソース領域及びドレイン領域からなる。ここで、前記SOI型シリコン基板200は基板絶縁膜122下部の一般のシリコン基板100に表示される。
また、前記基板絶縁膜122の表面上部とは垂直に離隔されたままに前記第1及び第2活性領域102、104に連結されたブリッジ形状の第3活性領域106が形成される。ここで、第3活性領域106は前記基板絶縁膜122から所定高さの前記単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムが選択的に除去されて貫通し、前記第1及び第2活性領域102、104により支持される前記ブリッジ形状に形成される。また、前記第3活性領域106はトリミングされて前記第1及び第2活性領域102、104の幅に比べ小さい幅を有するように形成される。したがって、前記基板絶縁膜122上に形成される前記第1及び第2活性領域102、104と、前記第1及び第2活性領域102、104に連結される第3活性領域106とは全て単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムから構成される。また、前記第1及び第2活性領域102、104に非金属の第1導電性不純物がドーピングされて第1不純物領域が形成される場合、前記第3活性領域106は前記第1導電性不純物と反対の第2導電性不純物でドーピングされてチャンネル不純物領域が形成される。このとき、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以上では前記第2導電性不純物をチャンネル不純物として前記第3活性領域106にイオン注入してしきい電圧値を調節することができるが、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以下ではしきい電圧値調節のための第2不純物イオン注入効果がほとんどなくて一定したしきい電圧に固定される現象があるため、しきい電圧値は前記単結晶シリコン膜の仕事関数により決定され得る。
そして、前記第1及び第2活性領域102、104に連結される前記第3活性領域106の全面に所定厚さのゲート絶縁膜108が形成され、前記第3活性領域106がチャンネルとして機能を行うように前記ゲート絶縁膜108の形成された前記第3活性領域106の全面を覆うゲート電極110が形成される。ここで、前記ゲート絶縁膜108はシリコン酸化膜からなり、前記ゲート電極110は前記非金属第1または第2導電性不純物でドーピングされたポリシリコン膜または金属膜からなる。
また、前記ゲート電極110は通常のフォト工程でなく前記第3活性領域106に隣接する前記第1及び第2活性領域の側壁と、前記第1及び第2活性領域102、104の上部及び側壁を覆い、一定な形状にパターニングされた層間絶縁膜112と、前記層間絶縁膜112から露出した前記基板絶縁膜122とによりダマシン方法により前記第3活性領域106を覆うように形成される。このとき、前記層間絶縁膜112は前記基板絶縁膜122及び前記ゲート絶縁膜108と同一または類似な成分比のシリコン酸化膜からなる。
一方、前記第1活性領域102または第2活性領域104の前記ソース領域に所定の電圧が印加され、前記ゲート電極110にゲート電圧が印加される場合、前記ゲート電極110に覆われた前記第3活性領域106にチャンネルが形成される。このとき、前記ゲート電極110は前記基板絶縁膜122により前記シリコン基板100から電気的に絶縁される。
したがって、本発明による第3実施例の電界効果トランジスタは、ゲート電極110が前記基板絶縁膜122によりシリコン基板100から完全に独立されて絶縁されるため、前記第1乃至第2実施例よりも電気的な特性が向上され得る。
また、半導体基板バルク100aから突出される第1及び第2活性領域102、104と前記第1及び第2活性領域102、104に連結されてブリッジ形状に形成される第3活性領域106とをSOI型シリコン基板200の単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムで構成して、従来のエピタキシャル成長方法により成長された単結晶シリコン膜に比べ結晶欠陥を減少または最小化させることにより、電気的な特性を向上させて素子の信頼性を増大または最大化することができる。
以下、このように構成された本発明の第3実施例による電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
図6a乃至図6hは図5のトランジスタを製造する順序を示すために図6のラインV-V′、VI-VI′にそって取った工程断面図である。
図6aに示すように、SOI型シリコン基板200上に所定厚さのハードマスク膜114を形成し、通常の写真食刻工程を用いて前記ハードマスク膜114をパターニングする。ここで、前記SOI型シリコン基板200は単結晶シリコン材質の通常のシリコン基板100と、前記シリコン基板112上に所定の厚さを有して形成された基板絶縁膜122と、単結晶シリコン膜100bまたは単結晶シリコンフィルムと、からなる。また、前記ハードマスク膜114はシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなり、前記ハードマスク膜114が前記シリコン酸窒化膜からなった場合、前記シリコン酸窒化膜上に反射防止膜を形成した後に前記写真食刻工程によりパターニングされる。図示していないが、前記SOI型シリコン基板200と前記ハードマスク膜114との間にシリコン酸化膜を用いて所定厚さを有する食刻停止膜をさらに形成し、前記ハードマスク膜114の除去のときにプロファイルを向上させることができる。例えば、ハードマスク膜114は約1000Å以下の厚さを有するように形成され、前記シリコン酸化膜は約500Å以下の厚さを有するように形成される。このとき、前記写真食刻工程のときに前記ハードマスク膜114上に形成されるフォトレジストの露光過程において難反射を防止するため、前記ハードマスク膜114上に所定厚さの反射防止膜をさらに形成することもできる。また、前記写真食刻工程は乾式食刻方法を用いて前記ハードマスク膜114をパターニングすることができるが、前記乾式食刻方法に用いられる反応ガスは前記食刻停止膜または前記半導体基板の単結晶シリコンに比べ前記ハードマスク膜114の食刻率が選択的に優秀な反応ガスが用いられる。
図6bに示すように、前記ハードマスク膜(図6aの114)を食刻マスクとして用いて前記SOI型シリコン基板200の前記単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムを食刻して、ハードマスク膜の下部で前記基板絶縁膜122の表面上部から所定高さを有するフィン活性領域116を形成し、前記ハードマスク膜114を除去する。ここで、前記単結晶シリコン膜100bの食刻は乾式食刻方法により単結晶シリコン膜100bに対する食刻特性が優秀な反応ガスを用いてなされる。このとき、前記フィン活性領域116は前記基板絶縁膜122の表面上部から約500Å乃至約5000Å程度以下の高さを有するように形成される。
以後、通常の写真食刻方法により前記フィン活性領域116中心部分の上部に形成された前記ハードマスク膜114の線幅を減らし、前記ハードマスク膜114を食刻マスクとして用いて前記フィン活性領域116の中心部分をトリミングして減らし、前記ハードマスク膜116を除去する。
図6cに示すように、前記フィン活性領域116の形成された基板絶縁膜122にシリコン酸化膜を用いて化学気相蒸着方法により所定厚さの層間絶縁膜(ILD)112を形成し、前記層間絶縁膜112を化学機械的研磨方法により平坦化し、通常の写真食刻方法を用いてゲート領域Gの前記フィン活性領域116が露出され、前記SOI型シリコン基板200のシリコン基板が露出されない範囲で前記層間絶縁膜112を乾式食刻方法により除去する。このとき、前記層間絶縁膜112の除去の際に時間食刻方法を用いて所定厚さの前記層間絶縁膜112を除去することができる。例えば、前記層間絶縁膜112は約3000Å乃至約5000Å程度の厚さを有するように形成する。そして、前記ゲート領域Gの前記フィン活性領域116を露出させる前記写真食刻方法は、前記層間絶縁膜112が形成された半導体基板100の全面にフォトレジストを塗布する工程と、ソース領域S及びドレイン領域Dの前記フィン活性領域116の両側端部上に前記フォトレジストが選択的に残されるようにフォトレジストをパターニングする工程と、前記フォトレジストを食刻マスクまたはスクリーンとして用いて乾式食刻方法により前記ゲート領域Gの前記フィン活性領域116が露出され、且つ前記シリコン基板100が露出されないように所定厚さの前記層間絶縁膜112を除去する工程と、からなる。このとき、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記フィン活性領域116に残される前記層間絶縁膜112は後でゲート電極(図6の110)の形成のときにダマシン方法によりゲート電極110を形成するために用いられる。図示していないが、前記フィン活性領域116の中心部分がトリミングされず、前記ハードマスク膜(図2bの114)が除去されない場合、前記層間絶縁膜112により露出された前記フィン活性領域116の中心部分をトリミングして、前記フィン活性領域116の中心部分の線幅が前記フィン活性領域116の両端の線幅よりも減少するようにすることもできる。その後、前記層間絶縁膜112により露出されたハードマスク膜114を除去することもできる。
図6dに示すように、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記フィン活性領域116上部及び側壁に形成された層間絶縁膜112をイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて前記ゲート領域Gの前記フィン活性領域116に不純物を選択的にイオン注入して埋没不純物領域118を形成する。ここで、前記不純物はボロン、BF2、燐のような非金属導電性不純物または原子質量が低いH、Heのような低質量元素のうちいずれか一つが用いられる。このとき、単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムからなった前記フィン活性領域116に所定の投射範囲でイオン注入された不純物は一定深さでシリコン格子の結合を切る役割をする。例えば、前記ボロンはイオン注入のときに約1×1016atoms/cm2乃至約1×1018atoms/cm2程度の濃度を有し、約30KeV乃至約40KeV程度のエネルギーでイオン注入する場合、前記フィン活性領域116の上部表面から約1000Å乃至約1200Å程度の深さに前記埋没不純物領域118が形成されるように前記ボロンがイオン注入される。また、投射範囲を調節して前記フィン活性領域116の表面から所定深さで前記半導体基板バルク100aの表面と同一または類似な深さまで前記埋没不純物領域118を形成することができる。
図6eに示すように、前記埋没不純物領域(図6の118)を選択的に等方性食刻して前記基板絶縁膜122と垂直に離隔され、前記ソース領域S及びドレイン領域Dの前記フィン活性領域116の第1活性領域102及び第2活性領域104により支持されるブリッジ形状の第3活性領域106を形成する。ここで、前記埋没不純物領域118の等方性食刻は湿式食刻方法または乾式食刻方法を用いることができる。まず、湿式食刻方法に用いられる食刻溶液はHF(49%):HNO(30%):CHCOOH(100%)(体積1:3:8)のポリシリコン食刻液であり、前記ポリシリコン食刻液を用いてシリコン格子結合が切られた前記埋没不純物領域118を選択的に除去することができる。また、乾式食刻方法に用いられる反応ガスはCF:O(フロー60:150sccm)が用いられ、前記反応ガスを用いて前記埋没不純物領域を、単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムからなった第1乃至第3活性領域102、104、106に比べ選択的に除去することができる。また、前記第3活性領域106は図6eにおいて4面が直角の角部を有するブリッジ形状に表されるが、前記乾式食刻方法または湿式食刻方法を用いて形成される場合、実際に前記角部が区分されない円形または多角形の角部を有するブリッジ形状に形成することができる。このとき、前記第3活性領域106の下部の前記埋没不純物領域118が除去されることにより、前記第3活性領域106と前記半導体基板バルク100aとが互いに離隔されるトンネル124が形成される。
従って、本発明の第3実施例による製造方法は、前記第3活性領域106をSOI型シリコン基板200の単結晶シリコン膜または単結晶シリコンフィルムで形成することにより、エピタキシャル成長方法により形成される単結晶シリコン膜に比べ結晶欠陥発生を減らして素子の信頼性を増大または最大化することができる。
以後、前記層間絶縁膜112をイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて前記第3活性領域106に第1導電性不純物を選択的にイオン注入してチャンネル不純物領域を形成する。ここで、前記第3活性領域106の幅または厚さが約500Å以上では第1導電性不純物をイオン注入してしきい電圧値を調節し、前記第3活性領域106の幅または厚さが500Å以下ではしきい電圧値が単結晶シリコンの仕事関数のみに依存して一定に固定されるため、第1導電性不純物をイオン注入しない。このとき、前記第1導電性不純物はアクセプター(accepter)不純物である場合にボロンまたはBFが用いられ、ドーナー不純物の場合にヒ素または燐が用いられる。
図6fに示すように、前記層間絶縁膜112により露出される第3活性領域106の全面にシリコン酸化膜を用いて所定厚さのゲート絶縁膜108を形成する。ここで、前記ゲート絶縁膜108は前記第3活性領域106だけでなく、前記第3活性領域106に隣接する前記第1及び第2活性領域102、104の側壁でも同一または類似な厚さを有するように形成される。例えば、前記ゲート絶縁膜108は熱酸化工程を通して前記第3活性領域106及び前記第3活性領域106の下部の前記半導体基板バルク100aの表面に前記シリコン酸化膜が約130Å以下の厚さを有するように形成される。このとき、前記層間絶縁膜112を先に形成し、前記フィン活性領域(図2dの116)の中心部分をトリミングした場合、前記第3活性領域106に隣接する前記第1活性領域102及び第2活性領域104の側壁にゲート絶縁膜108が形成され得る。
図6gに示すように、前記ゲート絶縁膜108が形成された前記第3活性領域106の全面を覆うように所定厚さの導電性物質を形成する。このとき、前記導電性物質は前記第3活性領域106、前記基板絶縁膜122、及び前記層間絶縁膜112の全面を覆うように形成される。次いで、化学機械的研磨方法または乾式食刻方法により前記層間絶縁膜112が露出されるように前記導電性物質を平坦に除去してダマシン方法によりゲート電極110を形成する。ここで、前記導電性物質は非金属の導電性不純物を含むポリシリコン膜またはタングステンシリサイドのような金属膜が用いられ、低温化学気相蒸着方法を用いて形成することができる。また、前記導電性物質の形成のとき、前記基板絶縁膜122、前記層間絶縁膜112、及び前記層間絶縁膜112により露出される前記第1及び第2活性領域102、104は、前記第1及び第2活性領域102、104に連結された第3活性領域106の全面に前記導電性物質が選択的に形成されるようにする枠(mold)のような役割をする。即ち、前記ダマシン方法により形成されるゲート電極110は前記層間絶縁膜112により前記基板絶縁膜122と、前記第1及び第2活性領域102、104で選択的に露出される前記第3不純物領域106の全面を覆うように非金属の導電性不純物を含んだポリシリコンまたは金属膜が化学気相蒸着方法により形成され、化学機械的研磨方法または乾式食刻方法により前記層間絶縁膜112が露出されるように前記ポリシリコン膜または金属膜が平坦に除去されることにより形成される。従って、前記層間絶縁膜112により前記フィン活性領域116と交差するライン形状にゲート電極110が形成される。このとき、ポリシリコン膜をゲート電極110として用いる場合、前記ポリシリコン膜を化学気象蒸着方法により形成する途中に導電性不純物をドーピングさせるか、または、前記ポリシリコン膜を先に形成した以後、前記非金属導電性不純物をイオン注入してドーピングさせることもできる。
したがって、本発明の第3実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、ブリッジ構造の第3活性領域106下部のトンネル124を充填するゲート電極110のパターニングの際、従来の写真食刻方法により除去することの代わりに、ダマシン方法を用いてゲート電極110を再現性のあるように形成し、前記第1及び第2活性領域102、104上部または側壁に形成される層間絶縁膜112を用いて前記ゲート電極110の幅を容易に調節することにより、前記ゲート電極110に印加されるゲート電圧により前記第3活性領域106に誘導されるチャンネルの長さを正確に制御することができる。
また、前記第1及び第2活性領域102、104に連結される前記第3活性領域106の全面を覆うゲート電極110が前記基板絶縁膜122により前記第3活性領域106下部の前記シリコン基板100と電気的に絶縁される。
図6hに示すように、前記第1及び第2活性領域102、104の上部に形成された層間絶縁膜112を通常の写真食刻方法により除去して前記第1及び第2活性領域102、104を露出させ、前記第1及び第2活性領域102、104に前記第1導電性不純物と反対の第2導電性不純物をイオン注入して第1不純物領域120を形成する。例えば、前記第2導電性不純物は約1×1012atoms/cm2乃至1×1014atoms/cm2程度の濃度を有し、約50KeV以下のエネルギーで前記第1及び第2活性領域102、104に前記第1不純物領域120が形成されるようにイオン注入される。
したがって、本発明の第3実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、前記第3活性領域106を覆うゲート電極110が基板絶縁膜122により前記シリコン基板100から絶縁されて形成されることにより、素子の電気的な特性を向上させることができる。また、本発明の第3実施例による電界効果トランジスタの製造方法は、前記第1及び第2活性領域106に形成された第1不純物領域120が導電性不純物でドーピングされた単結晶シリコン膜で形成されることにより、導電性不純物でドーピングされたポリシリコン膜に比べ電気伝導度が増加され得る。
以後、前記第1不純物領域120が形成された前記第1及び第2活性領域102、104と隣接する前記ゲート電極110の側壁にスペーサーを形成し、前記ゲート電極110及びスペーサーをイオン注入マスクまたはスクリーンとして用いて前記第1及び第2活性領域に前記第2導電型不純物を約1×1016atoms/cm2乃至1×1017atoms/cm2程度の濃度にイオン注入して、前記第1不純物領域120よりも小さい深さに第2不純物領域を形成する。以後、第2不純物領域が形成された前記第1及び第2活性領域と前記半導体基板の全面に別の層間絶縁膜を形成し、前記第2不純物領域の上部の層間絶縁膜を除去してコンタクトホールを形成する。
上述のように、本発明の第3実施例による電界効果トランジスタ及びその製造方法は、SOI型シリコン基板200を用いてゲート電極110がシリコン基板100の表面と絶縁されるようにして、前記ゲート電極110にゲート電圧が印加されても前記シリコン基板100の表面にそってチャンネルが形成されることを防止することにより、前記第1乃至第2実施例よりも一層電気的な特性を向上させることができる。
つまり、本発明の第1乃至第3実施例による電界効果トランジスタ及びその製造方法は、単結晶シリコン材質のシリコン基板100をチャンネル形成領域に形成し、前記チャンネル形成領域を覆うゲート電極110をダマシン方法により形成し、前記ゲート電極110の両側のソース領域S及びドレイン領域Dを前記シリコン基板100にして形成することにより、従来の電界効果トランジスタに比べ素子の信頼性を改善し、電気的特性を向上させることができる。
また、上述の実施例の説明は、本発明の徹底した理解を提供するために図面を参照して例上げたものに過ぎないため、本発明を限定する意味に解釈してはいけない。また、本発明の技術分野で通常の知識を有したものに本発明の基本的原理をはずれない範囲内で多様な変化と変更ができるのは勿論のことである。
本発明の第1実施例による電界効果トランジスタを概略的に示した斜視図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 図1のトランジスタを製造する順序を示すために図1のライン(I−I′、II−II′)にそって取った工程断面図である。 本発明の第2実施例による電界効果トランジスタの構造を概略的に示した斜視図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 図3のトランジスタを製造する順序を示すために図3のライン(III−III′、IV−IV′)にそって取った工程断面図である。 本発明の第3実施例による電界効果トランジスタの構造を概略的に示した斜視図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 図5のトランジスタを製造する順序を示すために図5のライン(V−V′、VI−VI′)にそって取った工程断面図である。 従来の技術による電界効果トランジスタの構造を示した斜視図である。
符号の説明
100 半導体基板
100a 半導体基板バルク
100b 単結晶シリコン膜
200 SOI型シリコン基板
102 第1活性領域
104 第2活性領域
106 第3活性領域
108 ゲート絶縁膜
110 ゲート電極
112 層間絶縁膜
114 ハードマスク膜
116 フィン活性領域
118 埋没不純物領域
120 第1不純物領域
122 基板絶縁膜
124 トンネル

Claims (32)

  1. 電界効果トランジスタの製造方法において、
    半導体基板の大抵の上層の一部に、互いに離隔され、前記半導体基板の上層を支持する下層の表面上部から突出した第1及び第2活性領域を形成する段階と、
    前記下層の表面上部と垂直に離隔され、前記第1及び第2活性領域の間を連結するブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、
    前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を形成した後、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにゲート電極を前記ゲート絶縁膜に形成する段階と、
    を含むことを特徴とする電解効果トランジスタの製造方法。
  2. 前記第1及び第2活性領域を形成する段階と前記第3活性領域を形成する段階とは、
    前記半導体基板の下層から突出するフィン活性領域を形成する段階と、
    前記フィン活性領域の両端の前記第1及び第2活性領域の上部に層間絶縁膜を形成する段階と、
    前記層間絶縁膜をイオン注入マスクとして用いて前記フィン活性領域の中心部分に不純物をイオン注入して埋没不純物領域を形成する段階と、
    前記埋没不純物領域を選択的に除去して前記第1及び第2活性領域にブリッジ形状に連結される第3不純物領域を形成する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  3. 前記フィン活性領域を形成する段階は、
    前記半導体基板上にハードマスク膜を形成する段階と、
    前記ハードマスク膜を食刻マスクとして用いて前記半導体基板の下層が露出されるように前記半導体基板の上層を除去して前記フィン活性領域を形成する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  4. 前記ハードマスク膜はシリコン窒化膜を用いることを特徴とする請求項3に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  5. 前記第1及び第2活性領域の間の前記フィン活性領域の線幅が前記第1及び第2活性領域の線幅よりも小さくなるように前記層間絶縁膜により露出される前記フィン活性領域の中心部分をトリミングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  6. 前記ハードマスク膜を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  7. 前記層間絶縁膜を形成する段階は、
    前記フィン活性領域が形成された前記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成する段階と、
    前記ゲート電極の形成される前記フィン活性領域が露出されるように写真食刻方法を用いて前記層間絶縁膜を選択的に除去する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  8. 前記層間絶縁膜はシリコン酸化膜を用いて形成することを特徴とする請求項7に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  9. 前記シリコン酸化膜は低温化学気相蒸着方法により形成することを特徴とする請求項8に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  10. 前記半導体基板の全面に形成された層間絶縁膜を化学的機械的研磨方法を用いて平坦化する段階をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  11. 前記不純物はボロン、BF2、燐、H、Heのうち少なくともいずれか一つからなることを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  12. 前記埋没不純物領域は不純物としてボロンを用いて形成する場合に約30KeV乃至約40KeVほどのエネルギーでイオン注入して形成することを特徴とする請求項11に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  13. 前記埋没不純物領域は前記フィン活性領域の表面所定深さから前記半導体基板の下層と同一または類似の深さまで形成することを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  14. 前記埋没不純物領域は前記不純物を約1×1016atoms/cm2乃至約1×1018atoms/cm2ほどの濃度を有するようにイオン注入して形成することを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  15. 前記埋没不純物領域は湿式食刻方法または乾式食刻方法により除去することを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  16. 前記埋没不純物領域はHF(49%):HNO(30%):CHCOOH(100%)(体積1:3:8)のポリシリコン食刻液を用いて前記湿式食刻方法により除去することを特徴とする請求項15に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  17. 前記埋没不純物領域はCF:O(フロー60:150sccm)の反応ガスを用いて前記乾式食刻方法により除去することを特徴とする請求項15に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  18. 前記ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜を用いて形成することを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  19. 前記ゲート絶縁膜は約130Å以下の厚さを有するように形成することを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  20. 前記ゲート電極は前記半導体基板の下層及び前記層間絶縁膜を所定形状の枠にして用いるダマシン方法を用いて形成することを特徴とする請求項1または2に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  21. 前記ゲート電極は非金属導電性不純物でドーピングされたポリシリコン膜またはタングステンシリサイドのうち少なくともいずれか一つを含んで形成することを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  22. 前記ゲート電極をイオン注入マスクとして用いて前記第1及び第2活性領域に不純物をイオン注入して第1不純物領域を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  23. 前記第1不純物領域は前記第3活性領域と同一または類似の深さの前記第1及び第2活性領域に形成することを特徴とする請求項22に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  24. 電界効果トランジスタの製造方法において、
    半導体基板の大抵の上層の一部に、互いに離隔され、前記半導体基板の上層を支持する下層の表面上部から突出したフィン活性領域を形成する段階と、
    前記フィン活性領域の中心部分を選択的に露出させるために前記フィン活性領域の両端の第1及び第2活性領域に層間絶縁膜を形成する段階と、
    前記層間絶縁膜をイオン注入マスクとして不純物をイオン注入して前記フィン活性領域の中心部分で前記フィン活性領域の高さと同一または類似の深さに埋没不純物領域を形成する段階と、
    前記埋没不純物領域を選択的に除去して、前記第1及び第2活性領域に連結され、前記半導体基板の下層から垂直的に離隔されるブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、
    前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を形成した後、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにゲート電極を前記ゲート絶縁膜に形成する段階と、
    前記第1及び第2活性領域上の層間絶縁膜を除去し、前記ゲート電極をイオン注入マスクとしてもちいて前記第1及び第2活性領域に導電性不純物をイオン注入して第1不純物領域を形成する段階と、
    を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  25. 電界効果トランジスタの製造方法において、
    絶縁膜上に互いに離隔される第1及び第2活性領域を形成する段階と、
    前記絶縁膜の表面上部と垂直に離隔されたままに前記第1及び第2活性領域の間に連結されたブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、
    前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を形成し、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにゲート電極を前記ゲート絶縁膜上に形成する段階と、
    を含むことを特徴とする電解効果トランジスタの製造方法。
  26. 前記絶縁膜はSOI型シリコン基板の基板絶縁膜を用いることを特徴とする請求項25に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  27. 電界効果トランジスタの製造方法において、
    SOI型シリコン基板の基板絶縁膜上にフィン活性領域を形成する段階と、
    前記フィン活性領域の中心部分を選択的に露出させるために前記フィン活性領域の両端の第1及び第2活性領域に層間絶縁膜を形成する段階と、
    前記層間絶縁膜をイオン注入マスクとして用いて不純物をイオン注入し、前記フィン活性領域の中心部分で前記フィン活性領域の高さと同一または類似の深さに埋没不純物領域を形成する段階と、
    前記埋没不純物領域を選択的に除去して、前記第1及び第2活性領域に連結され、前記基板絶縁膜から垂直的に離隔されるブリッジ形状の第3活性領域を形成する段階と、
    前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を形成した後、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極を前記ゲート絶縁膜に形成する段階と、
    前記第1及び第2活性領域上の層間絶縁膜を除去し、前記ゲート電極をイオン注入してマスクとして用いて前記第1及び第2活性領域に導電性不純物をイオン注入して第1不純物領域を形成する段階と、
    を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  28. 電界効果トランジスタの構造において、
    半導体基板の大抵の上層の一部に形成され、互いに離隔されたままに前記半導体基板の上層を支持する下層の表面上部から突出した第1及び第2活性領域と、
    前記下層の表面上部と垂直に離隔されたままに前記第1及び第2活性領域の間に連結されたブリッジ形状の第3活性領域と、
    前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を介して形成され、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極と、
    を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの構造。
  29. 前記第1及び第2活性領域に導電性不純物をイオン注入して形成された第1不純物領域をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の電界効果トランジスタの構造。
  30. 前記第1不純物領域は前記第1及び第2活性領域の上部から前記第3活性領域と同一または類似の深さまで形成されることを特徴とする請求項29に記載の電界効果トランジスタの構造。
  31. 電界効果トランジスタの構造において、
    半導体基板のバルクから突出されるソース/ドレイン領域により支持され、前記半導体基板のバルクから離隔されるブリッジ形状のチャンネル領域と、
    前記チャンネル領域が露出される全面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
    を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの構造。
  32. 電界効果トランジスタの構造において、
    絶縁膜上に互いに離隔されるように形成された第1及び第2活性領域と、
    前記絶縁膜の表面上部と垂直に離隔されたまま前記第1及び第2活性領域の間に連結されたブリッジ形状の第3活性領域と、
    前記第3活性領域を覆うゲート絶縁膜を介して形成され、前記第3活性領域がチャンネルとして機能するようにするゲート電極と、
    を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの構造。
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