JP2007500456A - Finfet中のゲート領域のマルチステップ化学機械研磨 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
これらの優れた特性は、ダブルゲートMOSFETが従来のMOSETのようにチャネルの片側上だけではなくチャネルの両側上にゲート電極を有するために生じる。
2つのゲートがある場合、ドレインによって生成される電界は、チャネルのソース端からの遮断性が高くなる。また、2つのゲートはシングルゲートのおよそ2倍の電流を制御することができ、このことはより強いスイッチング信号に帰着する。
この方法は、絶縁体上にフィン構造を形成するステップと、フィン構造の少なくとも一部および絶縁体の一部上にゲート構造を形成するステップとを含んでいる。
この方法は、第1スラリーを使用してゲート構造の化学機械研磨(CMP)を実行することにより、ゲート構造をプレーナ化するステップと、第1スラリーと異なる第2スラリーを使用してゲート構造のCMPを実行することにより、ゲート構造をプレーナ化するステップをさらに含んでいる。
ゲート構造の第2のプレーナ化ステップは、フィン構造を囲むゲート構造の高さを上げる一方で、フィン構造上のゲート構造の高さを低くする。
図1に示すように、半導体デバイス100は、シリコン基板110、埋込酸化膜120、および埋込酸化膜120上に形成されるシリコン層130を含んだSOI(silicon on insulator)構造を含んでいてもよい。
埋込酸化膜120およびシリコン層130は、従来の方法により基板110上に形成することができる。
シリコン層130は、単結晶または多結晶シリコンを含んでいてもよい。
以下に詳述するように、シリコン層130は、ダブルゲート・トランジスタデバイスのフィン構造を形成するのに使用される。
このフィンを形成した後、フィンの各端部に隣接するソースおよびドレイン領域を形成することができる。
例えば、典型的な実施形態の一例では、ソースおよびドレイン領域を形成すべく、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンとゲルマニウムを組合せた層を従来の方法でたい積し、パターン化し、エッチングしてもよい。
他の実装においては、シリコン層130をパターン化し、エッチングすることによって、フィンと同時にソースおよびドレイン領域を形成してもよい。
本発明の典型的な実施形態によれば、ソース領域220およびドレイン領域230は、埋込酸化膜120上のフィン210の端部に隣接するように形成することができる。
絶縁層を、シリコンフィン130の露出した側面上に形成することができる。例えば、図3に示すように、薄い犠牲酸化膜310をフィン210上に熱処理により成長させてもよい。
酸化膜310は、約50Åから100Åまでの厚みに成長させることができ、フィン210の露出した側面上に形成することができる。
典型的な実装の一例においては、ゲート材料層320は、従来の化学蒸着法(CVD)またはその他周知の技術を使用してたい積されたポリシリコンを含んでいてもよい。ゲート材料320は、約500Åから2800Åの範囲の厚みに体積することができる。
代替的に、ゲルマニウムまたはシリコンおよびゲルマニウムの組合わせのような他の半導体材料、または様々な金属を、ゲート材料として使用してもよい。ゲート材料320は、FinFET100の導電性のゲートを形成する。
CMP処理において、ウェーハは、回転プラテン(rotating platen)上に置かれる。キャリアによって適所に保持されたウェーハは、プラテンと同じ向きに回転する。プラテンの表面には、その上に研磨スラリーがある研磨パッドが存在する。このスラリーは、キャリア溶液中に微粒子シリカのコロイド溶液を含んでいてもよい。スラリーの化学成分およびpHは、CMPプロセスの性能に影響する。
例示的な実施形態では、図4Aに示すように、ゲート材料320の一部は荒いプレーナ化の間に除去される。例えば、間隔l2が約0Åから1500Åの範囲になるように、ゲート材料320の量を除去することができる。この荒いプレーナ化ステップは、フィン210上およびゲート材料320の周囲の領域の双方の一部のゲート材料の高さを減少させることができる。
例えば、ゲート材料層320を約200Å/秒で除去するプロセスを使用することができる。図4Bに示すように、このプロセスは、フィン210上のゲート材料320が約300Åになるまでゲート材料320を研磨するように実行することができる。この間隔は図4Bにl4として示されている。
例えばこのスラリーは、ゲート材料層320中のポリシリコンに付着し易い疎水性の分子群を有する高分子量化合物を含んでいてもよい。このプレーナ化プロセスは、ゲート材料層320の低い領域を高くする傾向があり、これによりゲート材料層320のプレーナ化を改善することができる。
こうして生成されたゲート材料層320は比較的平坦であり、表面の均一性が比較的高い。
第1ステップは、比較的ゲート材料層320の第1部分をプレーナ化する比較的高速なプロセスである。また第2ステップは、フィン210上の所望の量のゲート材料層320とするように除去速度を減少させる。
ここでは特に2つのCMPプロセスを記載したが、当業者は2つ以上のステップを使用することができる。
CMPプロセスが完了した後、ゲート構造510をパターン化し、エッチングしてもよい。ゲート構造510は、フィン210のチャネル領域を横切って広がる。
ゲート構造510は、フィン210の側面に隣接するゲート部分と、フィン210から離れるように配置されたより大きな電極部分を含んでいてもよい。
ゲート構造510の電極部分は、ゲート部分をバイアスする、またはゲート部分を制御する、アクセス可能な電気コンタクトを提供してもよい。
当業者は、回路必要条件に基づいてソース/ドレイン注入プロセスを最適化することができるであろう。また、このような行為は過度に本発明の趣旨を不明瞭にしないように、ここには記載しない。
さらに、特定の回路必要条件に基づいてソース/ドレイン接合の位置を制御すべく、任意にサイドウォールスペーサ(図示しない)をソース/ドレイン・イオン注入より先に形成してもよい。
その後、ソース/ドレイン領域220、230を活性化すべく、活性化アニーリングを実行してもよい。
上述したように、CMPプロセスにおいて、研磨スラリーを撹拌すべく、研磨パッドがプラテンの表面に取り付けられてもよい。
研磨パッドは、プレーナ化プロセスに影響するテクスチャを有し得る。一般的に研磨パッドは、タイプAパッドと呼ばれる”固い”パッドとタイプBパッドと呼ばれる”柔らかい”パッドに分類される。タイプAパッドは特に速いプレーナ化に役立ち、タイプBパッドは一般的に均一なプレーナ化を提供するのに使用される。
図6Aは、このようなパッドの一例を示す図である。この図に示すように、パッド601は、タイプAスライス602とタイプBスライス603とが交互になっている多数のスライス(例えば図6Aに示すように6つのスライス)を含んでいる。この単一のパッドは、効果的なプレーナ化および均一性を同時に提供するために使用することができる。
例えば、パッド601中のスライスのうち4つがタイプAで、2つがタイプBであれば、このパッドの傾向は、67%のプレーナ化と33%の均一性となる。
上述した複数のステップを含むCMPプレーナ化プロセスは、ゲート材料層320のより均一な表面を形成すべく、ゲート材料層320をプレーナ化する。
いくつかの実装においては、より均一なゲート材料層320を生成するプレーナ化プロセスをさらに改善するために、フィン210の隣にダミーフィン構造を追加して置くことができる。
ダミーのフィン701および702は、FinFETの最終的な動作において役割を果たさない。
しかしながら、フィン210の隣にフィン701および702を置くことによって、最初のたい積においてより均一に分布したゲート材料層320を形成することができる。すなわち、ダミーフィン701および702は、フィン210に隣接した領域において、ゲート材料層320中の低い場所をこれらのダミーフィンが存在しない場合よりも高くする。
このように、図7に示す実装においては、ゲート材料層320は、ダミーフィン701および702がない場合よりも均一な状態から始まる。これにより、プレーナ化の後の均一性はより高くなる。
特に、より有効なスラリーを生成するのに、プルロニック界面活性剤、カチオン界面活性剤、および非イオン界面活性剤を使用することができる。
その他、既知の処理および材料は、本発明の趣旨を不必要に不明瞭にしないため、詳細には記載されていない。
本発明は、様々な種類の半導体デバイスの形成に適用可能である。したがって、不必要に本発明の内容を不明瞭にしないようにその詳細は記載しない。本発明を実行する際に、従来のたい積技術、フォトリソグラフィ技術、およびエッチング技術を使用してもよい。なお、このような技術の詳細についてはここでは詳述していない。
Claims (10)
- 絶縁体(120)上にフィン構造(210)を形成するステップと、
前記フィン構造(210)の少なくとも一部および前記絶縁体(120)の一部上にゲート構造(320)を形成するステップと、
第1スラリーを使用して前記ゲート構造の化学機械研磨(CMP)を実行することにより、前記ゲート構造をプレーナ化するステップと、
前記第1スラリーと異なる第2スラリーを使用して前記ゲート構造のCMPを実行することにより、前記フィン構造を囲む前記ゲート構造の高さを上げる一方で前記半導体デバイスのチャネル領域中の前記フィン構造上の前記ゲート構造の高さを低くする第2プレーナ化において前記ゲート構造(320)をプレーナ化するステップと、を含む、
半導体デバイスを製造する方法。 - 前記第1スラリーを使用する前記ゲート構造(320)のCMPは、前記第2スラリーを使用する前記ゲート構造(320)のCMPより速い速度でゲート材料を除去するように作用する、請求項1記載の方法。
- 前記第1スラリーを使用する前記ゲート構造のCMPを実行することにより前記ゲート構造(320)をプレーナ化した後、前記ゲート材料層は前記半導体デバイスのチャネル領域中の前記フィン構造(210)上に500Åから約1500Åの範囲にわたり延在する、請求項1記載の方法。
- 前記第2スラリーを使用する前記ゲート構造のCMPを実行することにより前記ゲート構造(320)をプレーナ化した後、前記ゲート材料層は前記半導体デバイスのチャネル領域中の前記フィン構造上に約300Å延在する、請求項3記載の方法。
- 前記半導体デバイスはFinFETである、請求項1記載の方法。
- 前記第1スラリーは、約10.5から11.5の範囲のpHを有しており、約0.1%から4%の範囲の濃度のアルカリ成分を含んだ、シリカベースの緩衝スラリーである、請求項1記載の方法。
- 前記第2スラリーは、約10.5から11.5の範囲のpHを有しており、約0.1%から1%の範囲の濃度のアルカリ成分を含んだ、シリカベースの緩衝スラリーである、請求項1記載の方法。
- 絶縁層(120)上にその一部がMOSFETのチャネルとして機能するフィン構造(210)、ドレイン(230)、およびソース(220)を形成し、前記フィン構造の周りに絶縁層(310)(140)を形成するステップと、
前記フィン構造(210)上に、前記MOSFETのゲート領域として機能するポリシリコン層をたい積するステップと、
前記ポリシリコン層(320)を第1速度でプレーナ化するステップと、
前記ポリシリコン層(320)を前記第1速度よりも遅い第2速度でさらにプレーナ化するステップと、を含む、
MOSFETを形成する方法。 - 前記ポリシリコン層(320)を第1速度および第2速度でプレーナ化するステップは、第1スラリーおよび第2スラリーを使用した前記ポリシリコン層の化学機械研磨(CMP)ステップを含む、請求項8記載の方法。
- 前記ポリシリコン層(320)のさらなるプレーナ化は、前記フィン構造に隣接する領域における前記ポリシリコン層の高さを上げる一方で前記フィン構造上の前記ポリシリコン層の高さを低くする、請求項8記載の方法。
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