JP2008218962A - 絶縁ゲート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
【解決手段】絶縁ゲート電界効果トランジスタは、ソース/ドレイン領域13及びチャネル形成領域12、ゲート電極23、並びに、ゲート絶縁膜30を備えており、ゲート絶縁膜30は、ゲート電極23とチャネル形成領域12との間に形成されたゲート絶縁膜本体部30A、及び、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極23の側面部23Aの途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されており、チャネル形成領域12の表面を基準としたゲート電極23の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部30Aの高さをHInsとしたとき、HIns<HGateを満足する。
【選択図】 図8
Description
先ず、チャネル形成領域12及びソース/ドレイン領域13、SiO2から成る下層絶縁層21、並びに、チャネル形成領域12の上方にゲート電極形成用開口部22を備えた基体10を準備する(図2の(A)参照)。
次いで、全面に、例えば、酸化ハフニウムから成るゲート絶縁膜630、ゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料(ハフニウム・シリサイド)から成る薄膜状の第1層(仕事関数制御層)631、TiNから成るバリア層632Aを、順次、形成する(図20の(A)参照)。
その後、所謂ブランケット・タングステンCVD法に基づき、全面にタングステンから成る第2層632を形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行い、下層絶縁層21、並びに、オフセットスペーサ17、第1サイドウオール18及び第2サイドウオール19上の第2層632、バリア層632A、第1層631、ゲート絶縁膜630を除去する(図20の(B)参照)。こうして、ゲート電極623を得ることができる。ここで、ゲート電極623は、チャネル形成領域12の上方にゲート絶縁膜630を介して形成されており、第1層631、バリア層632A、及び、第2層632から構成されている。また、ゲート絶縁膜630は、半導体基板11の表面からゲート電極形成用開口部22の側壁に亙り形成されている。
次に、全面に、層間絶縁層34を形成する(図21の(A)参照)。
その後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、ゲート電極623の上方、及び、ソース/ドレイン領域13の上方の層間絶縁層34/下層絶縁層21の部分にコンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成する。尚、図21の(B)にコンタクトプラグ形成用開口部35Aの形成が完了した時点の状態、及び、コンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成途中の状態を図示し、図22の(A)にコンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成が完了した時点の状態を図示する。ここで、実際にはエッチング用のレジスト層が形成されているが、係るレジスト層の図示は省略している。
次いで、コンタクトプラグを形成するために、自然酸化膜等を除去するための前処理を行う。前処理が完了した時点の状態を図22の(B)に図示する。
その後、全面に、Ti(下層)/TiN(上層)から成る第2のバリア層36を形成し(図23の(A)参照)、ブランケット・タングステンCVD法に基づき全面にタングステン層を形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行うことで、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35B内にコンタクトプラグ37A,37Bを得ることができる(図23の(B)参照)。
(A)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、
(B)チャネル形成領域の上方に形成されたゲート電極、並びに、
(C)ゲート絶縁膜、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、
ゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャネル形成領域との間に形成されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極の側面部の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHInsとすると、HIns<HGateを満足することを特徴とする。
0.1≦HIns/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HIns)≧5nmを満足することが好ましい。
(A)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、
(B)チャネル形成領域の上方に形成されたゲート電極、並びに、
(C)ゲート絶縁膜、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、
ゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャネル形成領域との間に形成されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極の頂面まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されており、
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
第1層は、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成されており、
第2層及び第3層は、積層状態にてゲート電極の残部を占めており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HMt-1<HGate、HMt-2<HGate、HMt-1≒HMt-2を満足することを特徴とする。
0.1≦HMt-1/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HMt-1)≧5nmを満足することが好ましい。
(a)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、並びに、絶縁層、及び、チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部を備えた基体を準備し、
(b)ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜を形成し、次いで、
(c)ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜を得た後、
(d)ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことでゲート電極を得る、
各工程を具備することを特徴とする。
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
前記工程(b)において、ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜、第1層及び第2層を、順次、形成し、
前記工程(c)において、ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜、第1層及び第2層の一部を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜、及び、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層、並びに、ゲート電極形成用開口部内の第1層が形成された部分を埋める第2層を得る構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−Cの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法』と呼ぶ。
(a)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、並びに、絶縁層、及び、チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部を備えた基体を準備し、
(b)ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜を形成し、次いで、
(c)ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことでゲート電極を得る、
各工程を具備する絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
前記工程(c)において、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層、並びに、ゲート電極形成用開口部内の第1層が形成された部分を埋める第2層を得た後、ゲート電極形成用開口部の残部を第3の金属材料で埋め込むことで、第1層、第2層及び第3層から構成されたゲート電極を得ることを特徴とする。
(A)ソース/ドレイン領域13及びチャネル形成領域12、
(B)チャネル形成領域12の上方に形成されたゲート電極23、並びに、
(C)ゲート絶縁膜30、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタである。尚、実施例1にあっては、絶縁ゲート電界効果トランジスタを、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタとした。
HGate≒100nm
HIns ≒ 50nm
HMt-1≒ 50nm
とした。後述する実施例2〜実施例3においても同様である。尚、実施例1にあっては、第2層32は、薄膜状の外側層32A、及び、内側層32Bの2層から構成されており、第2層32の外側層32Aは、第1層31上からゲート電極23の側面部に亙り形成されており、第2層32の内側層32Bは、ゲート電極23の残部を占めている。外側層32AはTiNから成り、内側層32Bはタングステン(W)から成る。ここで、外側層32Aは、バリア層及び密着向上層として機能し、併せて、PMOSにおけるゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料層(仕事関数制御層)としての機能を有する。但し、外側層32Aの形成は必須ではなく、第2層32を1層から構成することもできる。
先ず、チャネル形成領域12及びソース/ドレイン領域13、並びに、SiO2から成る下層絶縁層21、並びに、チャネル形成領域12の上方にゲート電極形成用開口部22を備えた基体10を準備する。
次いで、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜30を形成する。ところで、実施例1にあっては、ゲート電極23は、第1の金属材料から成る第1層(仕事関数制御層)31、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層32から構成されている。従って、実施例1にあっては、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜30、及び、第1の金属材料から成る第1層31を、順次、形成する。
次に、実施例1にあっては、スパッタリング法に基づき、全面に(具体的には、ゲート絶縁膜30の上に)、ハフニウム・シリサイド(HfSiX)から成り、厚さ15nmの第1層31を形成する(図3の(A)参照)。
その後、ゲート電極形成用開口部22の側壁に形成されたゲート絶縁膜30を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部30A、及び、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されたゲート絶縁膜30を得る。具体的には、ゲート電極形成用開口部22の側壁に形成されたゲート絶縁膜30の選択的な除去を、全面にレジスト層40を形成した後、レジスト層40をエッチバックしてゲート電極形成用開口部22の下部にレジスト層40を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部22の側壁上部に露出したゲート絶縁膜30の部分を除去した後、レジスト層40を除去する工程に基づき行う。
使用ガス:O2/S2Cl2/N2=30sccm/10sccm/10sccm
使用ガス :Cl2/BCl3=35sccm/10sccm
ソースパワー :1000W
バイアスパワー:150W
圧力 :1.3Pa(10ミリトル)
基板温度 :40゜C
次に、ゲート電極形成用開口部22内を金属材料で埋め込むことでゲート電極23を得る。具体的には、ゲート電極形成用開口部22の残部を第2の金属材料で埋め込むことで、第1層31及び第2層32から構成されたゲート電極23を得る。
次に、全面に、プラズマCVD法、高密度プラズマCVD法、あるいは、常圧CVD法といったCVD法に基づき、SiO2から成る層間絶縁層34を形成する(図6の(A)参照)。
その後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、ゲート電極23の上方、及び、ソース/ドレイン領域13の上方の層間絶縁層34にコンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成する。尚、図6の(B)にコンタクトプラグ形成用開口部35Aの形成が完了した時点の状態、及び、コンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成途中の状態を図示し、図7の(A)にコンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成が完了した時点の状態を図示する。ここで、実際にはエッチング用のレジスト層が形成されているが、係るレジスト層の図示は省略している。
次いで、コンタクトプラグを形成するために、自然酸化膜等を除去するための前処理を行う。前処理として、例えば、希フッ酸を用いた薬液処理、アルゴンガスを用いたスパッタリング処理、フッ素のラジカルを用いたエッチング処理を挙げることができる。
その後、全面に、Ti(下層)/TiN(上層)の積層構造から成る第2のバリア層36をスパッタリング法に基づき形成し(図7の(B)参照)、WF6ガス、H2ガス、SiH4ガスを用いたブランケット・タングステンCVD法(成膜温度:350゜C)に基づき全面にタングステン層を形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行うことで、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35B内にコンタクトプラグ37A,37Bを得ることができる(図8の(A)及び(B)参照)。その後、必要に応じて層間絶縁層34の上に図示しない配線等を形成して、実施例1の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる。
先ず、実施例1の[工程−100]〜[工程−130]と同様の工程を実行する。
その後、ゲート電極形成用開口部22の残部への金属材料の埋め込みを、以下の方法に基づき行う。即ち、ゲート電極形成用開口部22の下部に導電材料層50を形成する。具体的には、全面にCVD法に基づきアモルファスシリコンから成る導電材料層50を形成した後、エッチバック法にて導電材料層50を厚さ方向にエッチングし、ゲート電極形成用開口部22の下部に導電材料層50を残す(図9の(A)参照)。次に、スパッタリング法やCVD法に基づき、全面に、厚さ20nmのニッケルから成る金属材料層51を形成する(図9の(B)参照)。その後、常圧において580゜C、60秒の加熱処理を行うことで、導電材料層50と金属材料層51とを化学的に反応させ、ニッケル・シリサイド層を形成する。次いで、未反応の金属材料層51を、HCl/H2O2/H2Oを1:1:2の割合で混合した混合液に15分、浸漬することで除去した後、再度、加熱処理を行うことで、ニッケル・シリサイド層の安定化を図る。こうして、導電材料層50と金属材料層51との化学的な反応によって第2の金属材料から成る第2層232を得ることができる(図10参照)。
使用ガス:SiH4/He/N2=100sccm/400sccm/200sccm
圧力 :70Pa
基板温度:490゜C
次いで、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例2の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる。
先ず、実施例1の[工程−100]〜[工程−110]と同様の工程を実行する。
その後、ゲート電極形成用開口部22の側壁に形成されたゲート絶縁膜30を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部30A、及び、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されたゲート絶縁膜30を得る。具体的には、実施例1の[工程−130]と同様にして、全面にレジスト層を形成した後、レジスト層をエッチバックしてゲート電極形成用開口部22の下部にレジスト層を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部22の側壁上部に露出したゲート絶縁膜30の部分を除去した後、レジスト層を除去する。こうして、図11の(A)に示す状態を得ることができる。
次いで、ゲート電極形成用開口部22内への金属材料の埋め込みを以下の方法で行う、即ち、ゲート電極形成用開口部22の下部に導電材料層50を形成した後、全面に金属材料層51を形成し、次いで、導電材料層50と金属材料層51とを化学的に反応させた後、未反応の金属材料層51を除去する。具体的には、実施例2の[工程−210]と同様の工程を実行すればよい(図11の(B)、図12の(A)及び図12の(B)参照)。
次いで、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例3の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる。
HGate≒100nm
HIns ≒ 50nm
HMt-1≒ 50nm
HMt-2≒ 50nm
とした。
先ず、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜430、第1層431及び第2層432を、順次、形成する。具体的には、実施例1の[工程−100]〜[工程−120]と同様の工程を実行する。次いで、実施例1の[工程−140]と同様にして、先ず、全面に、厚さ10nmのTiNから成り、バリア層として機能する第2層における外側層432Aを形成する(図13の(A)参照)。次いで、実施例1の[工程−140]と同様にして、ブランケット・タングステンCVD法に基づき、全面にタングステンから成り、厚さ0.2μmの第2層における内側層432Bを形成する(図13の(B)参照)。
その後、全面にレジスト層を形成した後、エッチバック法にてゲート電極形成用開口部22の側壁上部のゲート絶縁膜430の部分、第1層431の部分及び第2層432の部分を除去した後、レジスト層を除去する。具体的には、全面にレジスト層を形成し、エッチバック法に基づき、下層絶縁層21上の内側層432B及び外側層432Aを除去し、更には、ゲート電極形成用開口部22の内部において、第2層における内側層432B及び外側層432A、並びに、第1層431、ゲート絶縁膜延在部430Bのそれぞれの一部分を選択的に除去した後、レジスト層を除去する。RIE装置を用いたエッチバックは、以下の条件で行えばよい。こうして、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部430A、ゲート絶縁膜本体部430Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部430Bから構成されたゲート絶縁膜430、及び、チャネル形成領域12に対向するゲート電極423の底面部からゲート電極423の側面部423Aの途中に亙り形成された第1層431、並びに、ゲート電極形成用開口部22内の第1層431が形成された部分を埋める第2層432(内側層432B及び外側層432A)を得ることができる(図14の(A)参照)。
使用ガス:SF6=100sccm
圧力 :1.3Pa(10ミリトル)
パワー :上部電極/下部電極=800W/20W
[第2層における外側層432A、第1層431、ゲート絶縁膜延在部430Bのエッチバック条件]
使用ガス:Cl2/BCl3/Ar=70sccm/30sccm/100sccm
圧力 :0.8Pa(6ミリトル)
パワー :上部電極/下部電極=800W/100W
その後、ゲート電極形成用開口部22の残部を第3の金属材料で埋め込む。具体的には、実施例1の[工程−140]と同様にして、全面に、TiNから成り、バリア層として機能する外側層433Aを形成する(図14の(B)参照)。厚さ10nmの第3層における外側層433Aは、CVD法、あるいは、スパッタリング法、あるいは、ALD法(NH3ガス及びTiCl4ガスを交互に使用)に基づき、形成することができる。
次いで、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例4の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる(図16の(A)及び(B)参照)。ここで、コンタクトプラグ37Aの底面とゲート絶縁膜延在部430Bの上端部との間には第3層433が存在する。
(A)ソース/ドレイン領域13及びチャネル形成領域12、
(B)チャネル形成領域12の上方に形成されたゲート電極523、並びに、
(C)ゲート絶縁膜530、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタである。
0.1≦HMt-1/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HMt-1)≧5nmを満足する。
先ず、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜530を形成する。具体的には、実施例4の[工程−400]と同様の工程を実行する。即ち、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜530、第1層531及び第2層532を、順次、形成する。
その後、ゲート電極形成用開口部22内を金属材料で埋め込むことでゲート電極523を得る。具体的には、全面にレジスト層を形成した後、エッチバック法にてゲート電極形成用開口部22の側壁上部の第1層531の部分及び第2層532の部分を除去した後、レジスト層を除去する。より具体的には、全面にレジスト層を形成し、エッチバック法に基づき、下層絶縁層21上の内側層532B及び外側層532Aを除去し、更には、ゲート電極形成用開口部22の内部において、第2層における内側層532B及び外側層532A、並びに、第1層531のそれぞれの一部分を選択的に除去した後、レジスト層を除去する。尚、実施例4と異なり、ゲート絶縁膜530はエッチングしない。エッチバックの条件、例えば、エッチングに用いるガス、圧力、RIE装置における上部電極や下部電極に加える電力、エッチング時間等を適切に選択することで、ゲート絶縁膜530をエッチングしない状態を達成することができる。こうして、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部530A、ゲート絶縁膜本体部530Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の上端まで延在するゲート絶縁膜延在部530Bから構成されたゲート絶縁膜530、及び、チャネル形成領域12に対向するゲート電極523の底面部からゲート電極523の側面部523Aの途中に亙り形成された第1層531、並びに、ゲート電極形成用開口部22内の第1層531が形成された部分を埋める第2層532(内側層532B及び外側層532A)を得ることができる(図17の(A)参照)。
その後、希フッ酸を用いたウェットエッチング法に基づき下層絶縁層21を除去する。
次いで、全面に、SiNから成るストレスライナー層20’を再び形成した後、更に、全面にSiO2から成る層間絶縁層34’を形成する。
その後、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例5の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる(図19の(A)及び(B)参照)。ここで、コンタクトプラグ37Aの底面と第1層531の上端部との間には第3層533が存在する。
Claims (31)
- (A)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、
(B)チャネル形成領域の上方に形成されたゲート電極、並びに、
(C)ゲート絶縁膜、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、
ゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャネル形成領域との間に形成されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極の側面部の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHInsとすると、HIns<HGateを満足することを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層から構成されており、
第1層は、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成されており、
第2層は、ゲート電極の残部を占めており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1とすると、HMt-1<HGateを満足することを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており、
該コンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第2層が存在することを特徴とする請求項2に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - 第2層は、外側層、及び、内側層の2層から構成されており、
第2層の外側層は、第1層上からゲート電極の側面部に亙り形成されており、
第2層の内側層は、ゲート電極の残部を占めていることを特徴とする請求項2に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており、
該コンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には、少なくとも、内側層及び外側層のいずれか一方が存在することを特徴とする請求項4に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
第1層は、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成されており、
第2層及び第3層は、積層状態にてゲート電極の残部を占めており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HMt-1<HGate、HMt-1≒HMt-2を満足することを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており、
該コンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第3層が存在することを特徴とする請求項6に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - 0.1≦HIns/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HIns)≧5nmを満足することを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - (A)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、
(B)チャネル形成領域の上方に形成されたゲート電極、並びに、
(C)ゲート絶縁膜、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、
ゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャネル形成領域との間に形成されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極の頂面まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されており、
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
第1層は、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成されており、
第2層及び第3層は、積層状態にてゲート電極の残部を占めており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HMt-1<HGate、HMt-2<HGate、HMt-1≒HMt-2を満足することを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており、
該コンタクトプラグの底面と第1層の上端部との間には第3層が存在することを特徴とする請求項9に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。
タ。 - 0.1≦HMt-1/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HMt-1)≧5nmを満足することを特徴とする請求項9に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 - (a)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、並びに、絶縁層、及び、チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部を備えた基体を準備し、
(b)ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜を形成し、次いで、
(c)ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜を得た後、
(d)ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことでゲート電極を得る、
各工程を具備することを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記工程(c)におけるゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜の選択的な除去は、全面にレジスト層を形成した後、レジスト層をエッチバックしてゲート電極形成用開口部の下部にレジスト層を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部の側壁上部に露出したゲート絶縁膜の部分を除去した後、レジスト層を除去する工程から成ることを特徴とする請求項12に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHInsとすると、HIns<HGateを満足することを特徴とする請求項12に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層から構成されており、
前記工程(b)において、ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜及び第1層を、順次、形成し、
前記工程(c)において、ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜及び第1層を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜、並びに、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層を得ることを特徴とする請求項12に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記工程(c)におけるゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜及び第1層の選択的な除去は、全面にレジスト層を形成した後、レジスト層をエッチバックしてゲート電極形成用開口部の下部にレジスト層を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部の側壁上部に露出した第1層の部分及びゲート絶縁膜の部分を除去した後、レジスト層を除去する工程から成ることを特徴とする請求項15に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記工程(d)において、ゲート電極形成用開口部の残部を第2の金属材料で埋め込むことで、第1層及び第2層から構成されたゲート電極を得ることを特徴とする請求項15に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記工程(d)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み、
該コンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第2層が存在することを特徴とする請求項17に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - 第2層は、外側層、及び、内側層の2層から構成されており、
第2層の外側層は、第1層上からゲート電極の側面部に亙り形成されており、
第2層の内側層は、ゲート電極の残部を占めており、
前記工程(d)において、ゲート電極形成用開口部内に形成された第1層の上及びゲート電極形成用開口部の側壁に亙り外側層を形成した後、残部を内側層で埋め込むことを特徴とする請求項15に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記工程(d)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み、
該コンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には、少なくとも、内側層及び外側層のいずれか一方が存在することを特徴とする請求項19に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記工程(d)におけるゲート電極形成用開口部の残部への金属材料の埋め込みは、ゲート電極形成用開口部の下部に導電材料層を形成した後、全面に金属材料層を形成し、次いで、導電材料層と金属材料層とを化学的に反応させた後、未反応の金属材料層を除去する工程から成り、以て、導電材料層と金属材料層との化学的な反応によって第2の金属材料から成る第2層を得ることを特徴とする請求項15に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHIns、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1とすると、HIns<HGate及びHIns≒HMt-1を満足することを特徴とする請求項15に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記工程(d)におけるゲート電極形成用開口部内への金属材料の埋め込みは、ゲート電極形成用開口部の下部に導電材料層を形成した後、全面に金属材料層を形成し、次いで、導電材料層と金属材料層とを化学的に反応させた後、未反応の金属材料層を除去する工程から成り、以て、導電材料層と金属材料層との化学的な反応によってゲート電極を得ることを特徴とする請求項12に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
前記工程(b)において、ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜、第1層及び第2層を、順次、形成し、
前記工程(c)において、ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜、第1層及び第2層の一部を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜、及び、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層、並びに、ゲート電極形成用開口部内の第1層が形成された部分を埋める第2層を得ることを特徴とする請求項12に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記工程(c)におけるゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜、第1層及び第2層の選択的な除去は、全面にレジスト層を形成した後、エッチバック法にてゲート電極形成用開口部の側壁上部のゲート絶縁膜の部分、第1層の部分及び第2層の部分を除去した後、レジスト層を除去する工程から成ることを特徴とする請求項24に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記工程(d)において、ゲート電極形成用開口部の残部を第3の金属材料で埋め込むことで、第1層、第2層及び第3層から構成されたゲート電極を得ることを特徴とする請求項24に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記工程(d)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み、
該コンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第3層が存在することを特徴とする請求項26に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHIns、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HIns<HGate、HIns≒HMt-1≒HMt-2を満足することを特徴とする請求項24に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
- (a)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、並びに、絶縁層、及び、チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部を備えた基体を準備し、
(b)ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜を形成し、次いで、
(c)ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことでゲート電極を得る、
各工程を具備する絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
前記工程(c)において、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層、並びに、ゲート電極形成用開口部内の第1層が形成された部分を埋める第2層を得た後、ゲート電極形成用開口部の残部を第3の金属材料で埋め込むことで、第1層、第2層及び第3層から構成されたゲート電極を得ることを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記工程(c)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み、
該コンタクトプラグの底面と第1層の上端部との間には第3層が存在することを特徴とする請求項29に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 - チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHIns、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HIns<HGate、HIns≒HMt-1≒HMt-2を満足することを特徴とする請求項29に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
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