JP2014110430A - 分離型チャンネルを具備したfinfet装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】歪みシリコンフィンFET装置において、半導体チャンネルと基板との間の電荷のリークを防止する。
【解決手段】チャンネル(フィン)と基板との間に絶縁層を介在させることによって、フィンを基板から物理的且つ電気的の両面で分離させる。分離型フィンFET装置を形成するために、隣接するフィン間に局所化した絶縁を与える窒化物カラムの間にシリコン基板からエピタキシャル的に二層フィンのアレイを成長する。次いで、上部フィン層を残存させながら下部フィン層を除去することが可能であり、シリコン表面上方に懸架された半導体フィンと窒化物カラムの交互嵌合したアレイを発生させる。次いで、上部フィン層下側に発生するギャップを酸化物で充填してフィンチャンネルのアレイを基板から分離させることが可能である。
【選択図】図3
【解決手段】チャンネル(フィン)と基板との間に絶縁層を介在させることによって、フィンを基板から物理的且つ電気的の両面で分離させる。分離型フィンFET装置を形成するために、隣接するフィン間に局所化した絶縁を与える窒化物カラムの間にシリコン基板からエピタキシャル的に二層フィンのアレイを成長する。次いで、上部フィン層を残存させながら下部フィン層を除去することが可能であり、シリコン表面上方に懸架された半導体フィンと窒化物カラムの交互嵌合したアレイを発生させる。次いで、上部フィン層下側に発生するギャップを酸化物で充填してフィンチャンネルのアレイを基板から分離させることが可能である。
【選択図】図3
Description
本発明は集積回路トランジスタの製造に関するものであって、更に詳細には、低リーク三次元FinFET(フィン電界効果トランジスタ)装置に関するものである。
デジタル回路において、トランジスタは、理想的には、a)それがオフである場合にはゼロの電流を通過させ、b)それがオンである場合には大きな電流の流れを供給し、且つc)オン状態とオフ状態との間で瞬間的にスイッチするスイッチである。しかしながら、トランジスタは集積回路において構成される場合には理想的なものではなく、且つそれがオフの場合でも電流をリークさせる傾向がある。装置を介して、即ちそれから外へ、リークする電流は該装置へパワーを供給するバッテリを消耗する傾向がある。長年の間、集積回路トランジスタの性能は、スイッチング速度を増加させるためにクリティカルな寸法を縮小させることによって改善されていた。しかしながら、シリコンを基礎とするトランジスタの寸法が継続して縮小するに従い、オフ状態リークを含む種々の電気的特性の制御を維持することが益々一層困難なものとなり、一方、装置寸法を縮小させることから派生される性能上の利点はより少ないものとなっている。従って、一般的に、物質及び装置の幾何学的形状における変換を含んで代替的な手段によってトランジスタにおけるリーク電流を減少させることが有益的である。
集積回路は、典型的に、FETを組み込んでおり、その中においては、ゲートへ印加される電圧に応答してソースとドレインとの間の半導体チャンネルを介して電流が流れる。伝統的なプレーナ(2D)トランジスタの構成を図1Aに示してあり、且つ以下により詳細に説明する。電流の流れのより良い制御を与えるために、時折3Dトランジスタと呼称されるフィンFETトランジスタが開発されており、それは図1Bに示した如きものである。フィンFETは電子的スイッチング装置であり、その場合には、伝統的なFETのプレーナ即ち平坦な半導体チャンネルは基板表面に対して垂直に外側へ延在する半導体フィンによって置換されている。この様な装置においては、フィン内の電流の流れを制御するゲートは一つの表面の代わりに三つの表面からの電流の流れに影響を与えるためにフィンの三つの側部を取り囲んでいる。フィンFETデザインで達成される改善された制御は、スイッチング性能を一層高速とさせ且つ電流リークを減少させる。
インテルはこのタイプのトランジスタを2011年5月4日付けのアナウンスメント即ち発表において記載しており、それを3Dトランジスタ(3D transistor)、3Dトライゲートトランジスタ(3−D Tri−Gate transistor)、又はフィンFET(FinFET)等を含む種々の名称で呼称している。(例えば、http://news.cnet.com/8301-13924_3-20059431-64.htmlにおいてインターネット上に位置されている「どのようにしてインテルの3D技術がトランジスタを再定義するか(How Intel's 3D tech redefines the transistor)」というタイトルの文献を参照、更に、2009年4月9日に公開された米国公開番号2009/0090976(Kavalieros et al.),米国特許第8,120,073(Rakshit et al.)、米国特許第7,973,389(Rios et al.)、米国特許第7,456,476(Hareland et al.)、及び米国特許第7,427,794(Chau et al.)を参照)
半導体フィンのアレイを図2に示してある。典型的に、複数のフィンからなるアレイの上に共通のゲートをコンフォーマルにデポジット即ち付着させることによって複数個のトランジスタからなるアレイを形成することが可能である。更に、該複数のフィンからなるアレイの上に複数の共通ゲートをコンフォーマルにデポジットさせることによって複数のマルチゲートトランジスタからなるアレイを形成することが可能である。ソース領域とドレイン領域との間に3個のゲートを具備するこの様なフィンFETアレイはトライゲートトランジスタとして知られている。
半導体フィンのアレイを図2に示してある。典型的に、複数のフィンからなるアレイの上に共通のゲートをコンフォーマルにデポジット即ち付着させることによって複数個のトランジスタからなるアレイを形成することが可能である。更に、該複数のフィンからなるアレイの上に複数の共通ゲートをコンフォーマルにデポジットさせることによって複数のマルチゲートトランジスタからなるアレイを形成することが可能である。ソース領域とドレイン領域との間に3個のゲートを具備するこの様なフィンFETアレイはトライゲートトランジスタとして知られている。
フィンFETの開発の前に、半導体チャンネル内の電荷キャリアの移動度の制御を増加させるために歪みシリコントランジスタが開発された。トランジスタ物質内に圧縮歪みを導入することは電荷の移動度を増加させる傾向となり、その結果ゲートへ印加される電圧における変化に対するスイッチング応答が一層高速となる。歪みは、例えば、ソース領域及びドレイン領域における、又はチャンネル自身における、バルクシリコンをエピタキシャル的に成長させたシリコン化合物で置換させることによって導入させることが可能である。エピタキシーという用語は、下側のバルク結晶の結晶構造を同じに維持しながら、バルク結晶の表面から結晶の新たなエピタキシャル層が成長されるという結晶成長の制御したプロセスのことを意味している。
三次元構造及び歪みシリコン物質によって与えられる改良にも拘らず、装置寸法が1−50ナノメートルの範囲内に縮小するに従いトランジスタは継続して或るタイプの性能劣化を蒙っている。それは、特に、半導体チャンネルと基板との間の電荷のリークを包含している。
「どのようにしてインテルの3D技術がトランジスタを再定義するか(How Intel's 3D tech redefines the transistor)」というタイトルのインターネット上の文献、http://news.cnet.com/8301-13924_3-20059431-64.html
本発明は以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、改良したトランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の1実施例によれば、フィンFET装置内のチャンネル対基板リークは、フィンであるチャンネルをチャンネルから、該チャンネルと該基板との間に絶縁層を挿入することによって、分離させることにより防止されている。該絶縁層はフィンを基板から物理的且つ電気的に分離させ、従ってフィンと基板との間の電流リークを防止する。理論的には、リークが存在しない場合には、装置は全てオンであるか又は全てオフのいずれかである。
フィン物質をデポジット即ち付着させ且つエッチングすることによってフィンが形成される従来のフィンFET製造プロセスと異なり、本書において記載するプロセスは、アレイ状に予め配設した絶縁性カラムの間の空間において、シリコン表面からエピタキシャル的に複数のフィンからなるアレイを成長させる。該絶縁性カラムは隣接するフィンの間に局所化された絶縁を与える。
フィンが2つの異なる物質を含有している場合には、上部物質を残存させながら下部物質を容易に除去することが可能であり、従って、複数の絶縁性カラムからなる交互嵌合型アレイを発生させ且つ半導体フィンをシリコン表面上方に懸架状態とさせる。次いで、所望により、その結果発生する残存する上部フィン物質下側のギャップを酸化物で充填してフィンをより良好に支持し且複数のフィンチャンネルからなるアレイを基板から分離させることに貢献することが可能である。
以下の説明において、開示する内容の種々の側面の完全なる理解を与えるために或る特定の詳細について記載する。しかしながら、開示される内容はこれらの特定の詳細無しで実施することが可能である。幾つかの例において、本書において開示される内容の実施例を含む半導体処理の周知の構成及び方法は、本開示の他の側面の説明をぼかすことを回避するために、詳細には説明していない。
文脈からそうでないことを必要とするものでない限り、本明細書及び特許請求の範囲の全体にわたり、「有する(comprise)」という用語及びその変形例は「含むものであるが、列挙するものに制限されるものではない」という開放的で、包含的な意味において解釈されるべきもんである。
本明細書全体にわたっての「1実施例」又は「或る実施例」という表現は、その実施例に関連して説明される特定の特徴、構成、又は特性が少なくとも一つの実施例の中に含まれていることを意味している。従って、本明細書全体にわたり種々の箇所においての「1実施例において」又は「或る実施例において」という語句は、必ずしも全てが同じ側面を参照しているものではない。更に、該特定の特徴、構成、又は特性は、本開示の一つ又はそれ以上の側面において任意の特定の態様で結合させることが可能である。
本明細書にわたり絶縁物質に対する参照は、提示されているトランジスタ装置の特定の実施例を例示するために使用されるもの以外の種々の物質を包含することが可能である。「エピタキシャルシリコン化合物」という用語は、エピタキシャル的に成長される構成体を、例えば、Si、SiGe、又はSiCへ限定して狭く解釈すべきではなく、シリコン基板からエピタキシャル的に成長させることが可能な任意の化合物をカバーすべく広義に解釈すべきである。
本書においては、製造されるフィンFET構成体の例に関して特定の実施例を説明する。フィンFET構成体は、或る刊行物においては3−Dトランジスタとして呼称されており、又は、代替的には、トライゲート又はマルチゲート構成体として呼称されている。本書において使用されているようなフィンFET又はフィントランジスタという用語の使用は、このタイプの全ての構成体を包含するものであり且つ3Dトランジスタ又はトライゲートトランジスタがそのサブセットである広い意味におけるものであることが意図されている。本開示及び或る物質、寸法、及び詳細に対する参照及び処理ステップの順番は例示的なものであり且つ図示されたものに制限されるべきものではない。
図面中において、同じ参照番号は同様の特徴又は要素を同定している。図面中の特徴部の寸法及び相対的位置は必ずしも寸法通りではない。
図1Aはシリコン基板102上に構築した従来のプレーナトランジスタ100を示している。従来のプレーナトランジスタのパーツは、活性領域104、ソース106、ドレイン108、プレーナ導通チャンネル110、及びゲート112を包含している。不図示のゲート誘電体が、当該技術において周知の如く、チャンネルをゲートから電気的に分離している。活性領域104は基板の上部層を占有しており、それは正味負又は正味正の電荷を具備するウエルを形成するために不純物でドープさせることが可能である。従来のプレーナトランジスタ100がオンである場合には、プレーナ導通チャンネル110を介して、ソース106からドレイン108へ電流が流れる。プレーナ導通チャンネルにおける電流の流れは、ゲート電圧の印加によってゲート112によって制御される。ゲート電圧に関連する電界は、ゲート電圧が或るスレッシュホールドを越える場合には、従来のプレーナトランジスタ100をターンオンさせる効果を有している。印加されたゲート電圧がスレッシュホールド電圧より下に降下すると、従来のプレーナトランジスタ100はシャットオフし且つソース106からドレイン108への電流の流れは終了する。ゲート112はプレーナ導通チャンネル110を一つの側部から(即ち、プレーナ導通チャンネル110の上部から)影響を与えることが可能なものに過ぎないので、シリコン基板102内への電荷リークはチャンネル/基板接合において発生する傾向がある。
図1Bはシリコン基板102上に構築した従来のフィンFET装置150を示している。図1Aに示した装置に類似して、従来のフィンFET装置150のパーツは、活性領域104、ソース152、ドレイン154、導通フィンチャンネル156、及び取り巻きゲート158を包含している。従来のフィンFET装置150の活性領域104は、正味負又は正味正の電荷を具備するウエルを形成するために不純物でドープさせることが可能である。従来のフィンFET装置150がオンである場合には、取り巻きゲート158の制御下において高い導通フィンチャンネル156を介して、電流がソース152からドレイン154へ流れる。或るスレッシュホールド電圧値を越える或る値を有する電圧の印加が従来のフィンFET装置150をターンオンさせる。印加電圧がそのスレッシュホールド電圧値より下に降下すると、従来のフィンFET装置150はシャットオフし且つ電流はソース152からドレイン154へ流れることを止める。取り巻きゲート158は導通フィンチャンネルを3つの側部から影響を与えるので、導通フィンチャンネル156の導通特性の改良した制御が達成される。この様な改良した制御は,導通フィンチャンネル156からシリコン基板102への電荷のリークを減少させるが、取り除くものではない。フィンチャンネル160の電流担持容量はプレーナ導通チャンネル110のものよりも一層大きいので、従来のフィンFET装置150のスイッチング特性も従来のプレーナトランジスタ100のものよりも改善される。
図2はエピタキシャル的に成長させた半導体フィン200のアレイを示している。このタイプのトランジスタのフィン156は22nm技術及びそれより小さな技術で構成することが可能である。例えば、フィン156の幅は18−22nmの範囲内で、高さ204が25−100nmの範囲内とすることが可能であり、50−75nmの範囲が好適である。フィン156間の空間208はフィンの幅と同じとすることが可能であり、例えば18−22nmである。
フィンのピッチ206(即ち一つのフィン156の中心から次のフィン156の中心への距離であり、それは、又、一つの空間208の中心から次の空間208の中心への距離でもある)は、通常、22nmフィンに対しては40−48nmの範囲内であり且つ、通常は、フィン156の幅の2倍である。従って、18nmのフィン幅の場合には、36nmのピッチ206が好適であるが、30−50nmの範囲内のピッチを使用することも可能である。これらの一般的な寸法及びより小さな寸法のフィン156のサイクルは、図3−11Cに関して以下に説明するように、本発明の種々の実施例に対して使用される。半導体プロセスが進化するに従い、その寸法が使用可能な技術にマッチして変化する場合もある。例えば、所望のデザイン特性及び使用可能な幾何学的形状に依存して、フィンは幅が8−20nmの範囲内である場合があり且つ10−200nmの範囲内の高さを有する場合がある。
図3は、チャンネル対基板のリークを防止する構成とされている分離型チャンネルフィンFET装置に対する製造プロセス300における基本動作を示したハイレベルのフローチャートである。302において、二層フィンと絶縁カラムとの交互嵌合型構成体をシリコン基板上に形成する。304において、コンフォーマルゲートをデポジットさせる。306において、全部の交互嵌合型構成体をソース/ドレイン領域から除去し、一方、該構成体はゲート領域内に残存する。308において、ゲート領域において、二層フィンの下部部分を絶縁体で置換させ、従って交互嵌合型構成体を基板から電気的に分離させる。310において、エピタキシャル隆起型ソース/ドレインを形成する。
図4は分離型チャンネルフィンFET装置用の一層詳細な製造プロセス400を示すより詳細なフローチャートである。402において、シリコン基板内に一対の絶縁性トレンチを形成することによって活性領域を区画化させる。該絶縁性トレンチは、フィンFET装置が形成される活性領域と隣の領域との間に電気的障壁を形成する。404において、該トレンチを絶縁性物質、例えばシリコン酸化物、で充填し、且つ該トレンチを形成するために使用した窒化物ハードマスクをパターン処理して絶縁性カラムのアレイを形成する。406において、絶縁性カラムのアレイによって画定される空間を種々のシリコン化合物のエピタキシャル成長によって充填させて、二層フィンチャンネルのアレイを形成する。各二層フィンチャンネルは、下部層と上部層とを包含している。408において、コンフォーマルゲートをデポジットさせる。410において、交互嵌合型構成体をソース/ドレイン領域から除去するが、ゲート領域からは除去しない。その除去プロセス410の一部の期間中に、ゲート領域におけるフィンチャンネルの下部層も除去されて、基板とフィンチャンネルの上部層との間にボイドを形成する。この下部層は一時的な場所保持体として使用されるので、それは犠牲層として呼称される。412において、該ボイドを絶縁性物質、例えばシリコン酸化物、で充填させる。414において、エピタキシャル隆起型ソース/ドレインを形成する。
以下、図5A−11Dを参照すると、各組の図面は、プロセスステップの一層詳細なシーケンス及びそのシーケンスのステップの完了後に得られる対応する側面を提示することにより、図4からの処理ステップの内の一つを一層詳細に示している。
図5A及び5Bは、ステップ402を一層詳細に例示しており、その場合に、シリコン基板内に一対の絶縁性トレンチを形成することにより活性区域を区画化させている。図5Aは、図5Bに示したトレンチ構成体510を形成するために実施することが可能なステップ502,504,506,508を包含する処理ステップのシーケンスを示している。トレンチ構成体510は、Nドープ基板520、Pドープ基板522、トレンチ524(3個図示)、パッド酸化物層530、窒化シリコン層532、を包含している。
502において、NMOS及びPMOS装置の形成を容易化させるためにシリコン基板内にドープしたウエルを形成する。PMOS装置は、典型的に、過剰な電子を具備する物質(例えば、燐又は砒素などのV族元素)でドープされているNウエル内に形成される。NMOS装置は、典型的に、価電子が不足している物質(例えば、典型的にはボロンであるIII族元素)でドープされているPウエル内に形成される。
504において、例えば、シリコンの熱酸化のための高温においてシリコンを酸素リッチ環境に露呈させる標準技術によってパッド酸化物層530を成長させる。パッド酸化物層530はシリコン表面をパッシベートするために使用される薄い絶縁層である。パッド酸化物層530の成長の前にシリコン表面上のネイティブな酸化物層を除去することが可能である。
506において、例えば、化学蒸着(CVD)、プラズマ蒸着(PVD)等の標準技術によって窒化シリコン層532をデポジットさせる。次いで、従来の光学的リソグラフィ及びエッチプロセスを使用して窒化シリコン層532をパターン処理することが可能である。従来の光学的リソグラフィが半導体処理の技術において当業者に周知であるので、それは図面中には明示的には示されていないが、簡単に説明する。従来の光学的リソグラフィでは、ホトレジストに関しての回転、パターン処理したマスクを介してホトレジストの一部を紫外光への露呈、及びホトレジストの未露光部分の現像除去、を必要とし、それによりマスクパターンをホトレジストへ転移させる。次いで、マスクパターンを1個又はそれ以上の下側の層内へエッチさせるためにそのホトレジストマスクを使用することが可能である。典型的に、爾後のエッチが比較的浅い場合には、ホトレジストマスクを使用することが可能である。何故ならば、エッチプロセス期間中にホトレジストは消費されてしまう蓋然性があるからである。
508において、窒化シリコン層532をパターン処理し且つ、例えば、反応性イオンエッチ(RIE)プロセスとも呼称される指向型(非等方性)プラズマエッチを使用して、エッチさせる。RIEエッチに続いて、残留ホトレジストを除去するために、標準のウエット化学クリーニングプロセスを使用することが可能である。次いで、窒化シリコン層を基板内にトレンチ524をエッチングするためのハードマスクとして使用することが可能である。当業者に周知の如く、この様な窒化物ハードマスク技術は一層長いエッチ時間を必要とする深い構成体をエッチングする場合に望ましいものであるが、その理由としては、窒化物ハードマスクはホトレジストよりも一層信頼性をもってエッチプロセスに耐えることが可能だからである。トレンチ524は、他の装置を包含している場合がある隣の領域から効果的な電気的分離を与えるために、活性領域のかなり下側へシリコン基板内に延在している。トレンチ524をエッチした後に、窒化シリコン層532は所定位置に残される。
図6A及び6Bはステップ404をより詳細に例示しており、その場合に、トレンチ524は絶縁性物質で充填され且つシリコン基板の表面上に絶縁性カラムのアレイが形成されている。図6Aは、図6Bに示したカラム構成体610を形成するために実施することが可能なステップ602,604,606,608を含む処理ステップのシーケンスを示している。カラム構成体610は、充填したトレンチ624及び絶縁性カラム632を包含している。
602において、トレンチ524は、例えば、標準のデポジション方法(例えば、CVD)を使用して、二酸化シリコン等の絶縁性物質で充填することが可能である。充填したトレンチ624は、窒化シリコン層532のほぼ上部へシリコン表面の上方へ延在している。
604において、トレンチを充填した後に、窒化シリコン層532を研磨停止層として使用して、充填したトレンチ624内の酸化物を平坦化させるために化学的機械的研磨(CMP)を実施することが可能である。この技術は酸化物トレンチ充填となり、且つ窒化シリコン層532は実質的に均等の高さである。
606において、窒化シリコン層532を、図6Bに示した絶縁性カラム632のアレイを製造するために上述した如き従来の光学的リソグラフィ及びエッチプロセスを使用して、再度、パターン処理する。窒化シリコン絶縁性カラム632をエッチングする場合に、パッド酸化物530はエッチ停止層として作用することが可能である。
608において、窒化物カラム間のパッド酸化物530を除去し且つ下側のシリコンをエピタキシャル成長のための核形成表面として準備させるために、エピタキシャルプレクリーニングステップ(例えば、フッ化水素酸(HF)クリーン)を実施することが可能である。
図7A及び7Bはステップ406を一層詳細に例示しており、その場合には、絶縁性カラム632のアレイによって画定される空間は種々のシリコン化合物のエピタキシャル成長によって充填することが可能である。この様なエピタキシャル成長は二層フィン710のアレイを形成し、その場合に、各フィン710は選択的に且つ電気的にソースをドレインへ結合させる。二層フィン710は充填したトレンチ624に対して実質的に平行に整合されている。図7Aは、図7Bに示した交互嵌合型構成体708を形成するために実施することが可能なステップ702,704,706を含む処理ステップのシーケンスを示している。交互嵌合型構成体708は絶縁性カラム632及び上部層712と下部層714とを含む二層フィン710を包含している。
702において、二層フィン710の下部層714は半導体物質のエピタキシャル成長によって形成することが可能である。下部層714に使用されるエピタキシャルシリコン化合物は、例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe)とすることが可能であり、その場合には、ゲルマニウム含有率は約20%乃至約60%の範囲内である。
704において、二層フィン710の上部層712は、望ましくは、例えば、シリコン、SiGe、又はシリコンカーバイド(SiC)等のエピタキシャルシリコン化合物である。二層フィン710の上部層712に使用されるSiGeは下部層714に使用されるものとは異なる組成物とすることが可能である。例えば、上部層712は0乃至約25%のゲルマニウムを含有することが可能である。下部フィン層714は、上部フィン層712に関して選択的にエッチング可能な物質から構成される。例えば、純粋なシリコンは20%−30%ゲルマニウムであるSiGe層に関して選択的にエッチング可能である。同様に、50%Geを有するSiGeの下部層714は0%−25%ゲルマニウムの範囲内にあるSiGeの上部層712に関して選択的にエッチング可能である。同様に、SiC又はSiGeC等の幾らかの炭素を含有する上部層712は、Si又はSiGe等の炭素を含有していない下部層714を選択的にエッチングすることを許容する。二層フィン710を構成する物質としてエピタキシャルSiGe及びSiCの選択は、従来の方法を使用して典型的に製造されるものよりもフィンチャンネル内において一層多くの歪みを発生させることが可能である。従って、二層フィン710の各々は局所化した分離を与える一対の絶縁性カラムの間に形成される。
706において、二層フィン710のエピタキシャル成長に続いて、窒化物エッチバックステップを実施することが可能であり、その場合に、例えば、酸化物及びエピタキシャル的に成長されたシリコン化合物の両方に対して選択的である燐酸(H3PO4)窒化物除去プロセスを使用して、絶縁性カラム632のアレイの少なくとも上部部分が除去される。該窒化物層を、上部層717の高さの少なくとも半分へ、且つ、幾つかの場合には、上部層712の高さに沿って10%−30%だけエッチバックすることが望ましい。該窒化物層を完全に除去しないことが望ましいが、その理由は、下部フィン714が除去される場合にそれがフィン710に対する構造的支持を与えるからである。
図8A及び8Bはステップ408を一層詳細に例示しており、その場合に、交互嵌合型構成体708の上側にコンフォーマルゲートがデポジットされる。図8Aは、図8Bに示したコンフォーマルゲート構成体808を形成するたけに実施することが可能なステップ802,804,806を含む処理ステップの詳細なシーケンスを示している。コンフォーマルゲート構成体808はゲート誘電体810、ゲート812、及び窒化シリコンハードマスク814を包含している。
802において、ゲート誘電体810は交互嵌合型構成体708上にコンフォーマルにデポジットさせることが可能である。ゲート誘電体810の組成物は、約4.0の誘電率を有する二酸化シリコンとすることが可能であり、より望ましくは、ゲート誘電体は約5.0−10.0の範囲内又はそれ以上の誘電率を有する高誘電率(高K)物質とすることが可能である。この様な高誘電率物質は、例えば、ハフニウム酸化物及びハフニウムシリケートを包含している。ゲート誘電体810は、例えば、熱成長プロセス又はCVDプロセスを使用してデポジットさせることが可能である。
804において、ゲート812をデポジットさせることが可能である。ゲート812を形成するバルクゲート物質の組成物は、例えば、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、又はチタンアルミニウム(TiAl)等の仕事関数金属合金を包含することが可能である。ゲート812をデポジットするためにCVD,PVD、電気鍍金プロセス、又は無電解鍍金プロセス等の従来の金属デポジションプロセスを使用することが可能である。代替的に、従来のポリシリコンゲート812を804においてデポジットさせることが可能である。ゲート誘電体810及びゲート812は、共に、二層フィン710を取り巻き、従って、それらは各半導体フィンの3つの側部に少なくとも部分的に隣接している。従って、ゲート812は印加電圧に応答して半導体フィン内の電流の流れを制御すべく動作可能である。
806において、従来のデポジション方法を使用して窒化シリコンハードマスク814をデポジットさせることが可能である。窒化シリコンハードマスク814はコンフォーマルゲート構成体808及びその下側の交互嵌合型構成体708をマスクするために使用することが可能であり、従って、これらの構成体はソース及びドレイン領域に対して意図された爾後の処理ステップによって影響を受けないままである。
図9A,9B,9Cはコンフォーマルゲート構成体808を一層詳細に例示している。図9Aは図8Bの複製であり、即ち、図9Aは、図9Cに示されている斜視図900に示した切断線A−A’に沿ってのゲート領域におけるフィンFET装置の側面図である。図9Bは図9Cに示した斜視図900内に示されている切断線B−B’に沿ってのソース/ドレイン領域におけるフィンFET装置の側面図である。コンフォーマルゲートはソース/ドレイン領域上にはデポジットされないので、図9Bは、A−A’に沿ってのコンフォーマルゲート構成体808をデポジットする前の、図7Bにおいて表れる同じ交互嵌合型構成体708を示している。
図9C,10C,11Cにおいて、フィン710の層712及び714がぼかされることを回避するために、窒化物カラム532は全ての位置において示されているわけではない。そうではなく、1個の窒化物カラム532のみがずーと左の方に示されている。又、図9C,10C,11Cは間隔を拡大して示してあり、明瞭性のため及び特徴の幾らかがブロックされることを回避するために、2個のフィン712及び714のみを示している。
図10A,10B,10Cはステップ410を一層詳細に例示しており、その場合に、交互嵌合型構成体がソース/ドレイン領域から除去されており且つ各フィンとゲート領域における基板との間にボイドが形成されている。図10Dは、コンフォーマルゲート構成体808内の下部フィン層714の代わりにボイド1010(図10A)及びソース/ドレイン領域にフィン無し構成体1008(図10B)を形成するために実施することが可能なステップ1002,1004,1006,1007を含む処理ステップのシーケンスを示している。フィン無し構成体1008の斜視図1012が図10Cに示されている。
1002において、従来のスペーサをコンフォーマルゲート構成体808の両側にデポジットさせる。(該スペーサは側面図のいずれにおいても表れないが、その理由は、それが切断線A−A’及びB−B’の間に存在しているからである。)このタイプの側壁スペーサは当該技術において既知であり、従って理解されるものである。
1004において、ゲート領域をマスキングし且つエッチングすることにより、絶縁性カラム632のアレイをソース/ドレイン領域のみから除去する。代替的に、ゲートをエッチマスクとして使用して酸化物及びシリコンに対する高い選択性でSiNを除去するためにプラズマエッチ(RIE)プロセスである非等方性エッチを使用することが可能である。
1006において、二層フィンチャンネルの上部層712をソース/ドレイン領域において除去する。フィンチャンネルの上部層712の除去は、時限の非等方性プラズマエッチプロセス(RIE)を使用することにより達成することが可能である。下部層714に対する選択性は臨界的なものではない、何故ならば、ソース/ドレイン領域における全交互嵌合型構成体は犠牲的なものだからである。
1007において、二層フィンチャンネルの下部層714をソース/ドレイン領域(図10B)及びゲート領域(図10A)における両方から除去してゲート領域にボイド1010を形成する。ボイド1010は上部層712と基板との間に絶縁層を与える。ボイド1010は非プラズマ化学蒸気エッチプロセスを使用して形成することが可能である。この様なプロセスは実質的に等方性である。ゲート領域において上部層712に対して所望の選択性を達成するために、使用される蒸気化学物質は塩酸(HCL)を含むことが可能である。この様なプロセスにおいて、ゲート領域における上部層712に対する選択性は、化学蒸気エッチの温度及び圧力を含む要因、及びエピタキシャル上部及び下部層712及び714の相対的なゲルマニウム濃度、に基づいて変化する場合がある。ゲート領域における二層フィン710の下部層714は被覆されており、従って上方からアクセス可能なものではないが、周囲の構成を乱すこと無しに化学蒸気エッチャントによって下部層714は横方向にアンダーカットされる。何故ならば、HCLエッチは、酸化物、窒化物、及びエピタキシャルシリコン化合物の或る化合物に対して選択性があるように調製することが可能だからである。前述した如く、下部層714用の化合物は、層712を単結晶として成長させ且つ層712に関して選択的にエッチング可能であるように基板102からのエピタキシャル成長を可能とするために選択されている。
図11A,11B,11C,11Dはステップ412及び414を一層詳細に例示しており、その場合に、ボイド1010はゲート領域において充填され且つエピタキシャル隆起型ソース及びドレインが形成される。図11Dは、ゲート領域における完成したフィン構成体1108(図11A)及び完成したエピタキシャル隆起型ソース/ドレイン構成体1109(図11B)を形成するために実施することが可能な、ステップ1102,1104,1106を含むプロセスステップのシーケンスを示している。完成した分離型チャンネルフィンFET装置の斜視図1110を図11Cに示してある。
図10A−10B及び11A−11Bを参照すると、1102において、ボイド1010を、絶縁性物質、例えば、酸化物1112で充填して、半導体フィンと基板との間の電荷リークを実質的に阻止することが可能である。酸化物1112はボイド1010よりも一層構造的に安定な基板絶縁層を与える。酸化物1112は、高温における酸化環境に露呈させることによりシリコン基板表面からの熱成長によって形成することが可能である。
1104において、残存するパッド酸化物530は、窒化シリコンハードマスク814に対して選択性のある等方性の上から下へ指向された酸化物エッチプロセスを使用してエッチング除去することが可能である。従って、ゲート領域に影響を与えること無しに(図11A)、パッド酸化物530を露出したソース/ドレイン領域(図11B)において除去することが可能である。
1106において、シリコン表面1114をエピタキシャル成長のために準備させるために、シリコン表面1114から、ネイティブの酸化物を含む残留酸化物を除去するためにプレクリーンを実施することが可能である。
1107において、プレクリーンの直後に、シリコン表面1114から隆起型ソース/ドレイン1116をエピタキシャル的に成長させることが可能である。シリコン表面1114におけるプリスティーン(pristine)即ち欠陥が無い100結晶構造の存在はエピタキシャル成長を容易化する傾向がある。エピタキシャル隆起型ソース/ドレイン1116の組成物に対しては多くの可能な選択が存在しており、例えば、エピタキシャルシリコン、インシチュでドープしたエピタキシャルSiGe層、又はインプラントしたエピタキシャルSiC層等がある。隆起型ソース/ドレイン構成体1109の形成が分離型チャンネルフィンFET装置を完成させる。
上述した種々の実施例は結合させて更なる実施例を与えることが可能である。本明細書中において参照し及び/又は出願データシート(Application Data Sheet)内にリストした米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許文献の全ては引用によりそれらの全てを本書に取り込んでいる。実施例の或る側面は、該種々の特許、出願及び文献の概念を使用するために必要である場合には、修正した更なる実施例を与えることが可能である。
例示目的のために本発明の特定の実施例についてここに説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱すること無しに種々の修正を行うことが可能であることが理解される。従って、本開示は、特許請求の範囲による場合を除いて、制限されるべきものではない。
上述した詳細な説明に鑑みこれらの及びその他の変更を実施例に対して行うことが可能である。一般的に、以下の特許請求の範囲において使用される用語は、本明細書及び特許請求の範囲に開示されている特定の実施例に特許請求の範囲を制限すべく解釈されるべきでは無く、特許請求の範囲に認められる均等物の完全なる範囲に即して全ての可能な実施例を包含して解釈されるべきである。従って、特許請求の範囲は本開示によって制限されるものではない。
以上、本発明の具体的実施例について詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに、種々の変形が可能であることは勿論である。
510:トレンチ構成体
520:Nドープ基板
522:Pドープ基板
524:トレンチ
530:パッド酸化物
532:窒化シリコン層
610:カラム構成体
632:絶縁性カラム
708:交互嵌合型構成体
710:二層フィン
712:上部層
714:下部層
808:コンフォーマルゲート構成体
810:ゲート誘電体
812:ゲート
814:窒化シリコンハードマスク
1008:フィン無し構成体
1010:ボイド
1108:フィン構成体
1109:隆起型ソース/ドレイン構成体
1112:酸化物
520:Nドープ基板
522:Pドープ基板
524:トレンチ
530:パッド酸化物
532:窒化シリコン層
610:カラム構成体
632:絶縁性カラム
708:交互嵌合型構成体
710:二層フィン
712:上部層
714:下部層
808:コンフォーマルゲート構成体
810:ゲート誘電体
812:ゲート
814:窒化シリコンハードマスク
1008:フィン無し構成体
1010:ボイド
1108:フィン構成体
1109:隆起型ソース/ドレイン構成体
1112:酸化物
Claims (20)
- シリコン基板、
該シリコン基板の表面と接触しており且つ少なくとも部分的に該シリコン基板内に延在している一対の絶縁性トレンチ間に位置されている活性領域内に形成されているエピタキシャルソース及びドレイン、
該ソース及びドレインの間に位置されている区域内の該シリコン基板と接触している基板絶縁層、
該ソースと該ドレインとの間に位置されている半導体フィンであって、該基板絶縁層によって該シリコン基板から分離されたまま該ソースと該ドレインを選択的に電気的に結合させる半導体フィンのアレイ、
該半導体フィンのアレイと少なくとも部分的に交互嵌合されている絶縁性カラムであって、局所化したフィン間分離を与える絶縁性カラムのアレイ、及び
各半導体フィンの3個の側部の上側にあり且つそれらに少なくとも部分的に隣接しており、印加電圧に応答して該半導体フィン内の電流の流れを制御すべく動作可能なコンフォーマルゲート、
を有しているトランジスタ。 - 該半導体フィンが該絶縁性カラムの間の一つ又はそれ以上のシリコン化合物のエピタキシャル成長によって形成されたものである請求項1記載のトランジスタ。
- 該シリコン基板の表面が該エピタキシャル層との界面において100結晶構造を有している請求項1記載のトランジスタ。
- 該基板絶縁層が該半導体フィンと該シリコン基板との間の電荷転送を実質的に阻止する形態とされている請求項1記載のトランジスタ。
- 該エピタキシャルソース及びドレインが該シリコン基板の表面上方へ延在するドープしたソース及びドレイン構成体である請求項1記載のトランジスタ。
- シリコン基板上にトランジスタを製造する方法において、
該シリコン基板の活性領域内に少なくとも部分的に交互嵌合した構成体であって、絶縁性カラムのアレイと半導体フィンのアレイとを包含している交互嵌合した構成体を形成し、
コンフォーマルゲートへ印加される電圧が該半導体フィン内の電流の流れに影響を与えるように各半導体フィンの3個の側部に少なくとも部分的に隣接させて該コンフォーマルゲートを該半導体フィンの上側にデポジットさせ、
各半導体フィンの下部部分を絶縁性物質で置換させて該半導体フィンの残りの上部部分を該シリコン基板から電気的に分離させ、
該コンフォーマルゲートの外側において、該交互に嵌合した構成体を除去して該シリコン基板を露出させ、
該シリコン基板からエピタキシャルソース及びドレインを成長させる、
ことを包含している方法。 - 該活性領域が一対の実質的に平行なトレンチによって隣の領域から電気的に分離されている請求項6記載の方法。
- 更に、該交互に嵌合した構成体を形成した後に、該半導体フィンのアレイが該絶縁性カラムのアレイの上部表面の上方に延在するように該絶縁性カラムの上部部分を除去する、
ことを包含している請求項6記載の方法。 - 該半導体フィンが該シリコン基板からのシリコン化合物のエピタキシャル成長によって形成される請求項6記載の方法。
- シリコン基板上にトランジスタを製造する方法において、
シリコン基板内に少なくとも部分的に延在している一対のトレンチの間に活性領域を区画化し、
該トレンチを酸化物で充填して該活性領域を隣の領域から電気的に分離させ、
該活性領域内に絶縁性カラムのアレイを形成し、
該絶縁性カラムの間の空間を第1半導体物質及び該第1半導体物質の上側の第2半導体物質で充填して、該絶縁性カラムと共に、少なくとも部分的に交互嵌合した構成体を形成するフィンのアレイを形成し、
該フィンのアレイが該絶縁性カラムの上部表面の上方へ延在するように該絶縁性カラムの上部部分を除去し、
コンフォーマルゲートへ印加される電圧が該フィン内の電流の流れに影響を与えるように各フィンの3個の側面に少なくとも部分的に隣接して該コンフォーマルゲートを該フィンのアレイの上側にデポジットさせ、
該第1半導体物質を該フィンから除去して該第2半導体物質と該シリコン基板との間に該フィンと該シリコン基板との間に物理的な分離を与えるボイドを形成し、
該フィンを該シリコン基板から電気的に分離させるために該ボイドを絶縁体で充填し、
該コンフォーマルゲートの外側において、該交互に嵌合した構成体を除去して該シリコン基板を露出させ、
該シリコン基板からエピタキシャル隆起型ソース及びドレインを成長させる、
ことを包含している方法。 - 該第1半導体物質が約20−60%の範囲内のゲルマニウムの割合量を含有するエピタキシャルシリコンゲルマニウムである請求項10記載の方法。
- 該第1半導体物質を除去することが化学蒸気エッチプロセスを使用する請求項10記載の方法。
- 該第2半導体物質がエピタキシャルシリコン、エピタキシャルシリコンゲルマニウム、又はエピタキシャルシリコンカーバイドのうちの一つ又はそれ以上である請求項10記載の方法。
- 該コンフォーマルゲートがゲート誘電体物質及びバルクゲート物質を包含している請求項10記載の方法。
- 該ゲート誘電体物質が約5.0より一層大きな誘電率を有している請求項14記載の方法。
- 該ゲート誘電体物質がハフニウム酸化物である請求項15記載の方法。
- 該バルクゲート物質がポリシリコンである請求項14記載の方法。
- 該バルクゲート物質が、窒化タンタル、窒化チタン、又はチタンアルミニウムからなるグループから選択される仕事関数金属である請求項14記載の方法。
- 該絶縁性カラムが窒化シリコンから構成される請求項10記載の方法。
- エピタキシャル成長を容易化させるために該シリコン基板が100結晶構造を与える請求項10記載の方法。
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