JP2016526788A - リプレースメントメタルゲートトランジスタ - Google Patents

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Abstract

リプレースメントメタルゲートトランジスタを開示する。種々の例により、トレンチ、第1の側壁及び第2の側壁を含むリプレースメントメタルゲートトランジスタを提供する。トレンチ内に層を配置し、この層はトレンチの底部上に配置した底部区分と、第1の側壁及び第2の側壁上に配置した側壁区分とを有し、層の側壁区分はこの層の底部区分よりも少なくとも50%だけ薄肉となるようにする。

Description

本発明の例は概して半導体の製造に関するものであり、特にリプレースメントメタルゲートトランジスタに関するものである。
リプレースメントメタルゲート(RMG)トランジスタを製造するための代表的な処理の流れには、(しばしばダミーゲートと称される)一時的なゲートを除去し、RMGを形成するための種々の金属層が堆積されるトレンチ(溝)を残すステップを含めることができる。例えば、トレンチ内には誘電体層を堆積し、これに続いて第1の金属層、第2の金属層及び導電体層を順次堆積させることができる。トレンチ内に各層を堆積する場合、金属がトレンチの底部のみならず、側壁上にも堆積されるおそれがあることは、明らかである。しかし、側壁上に形成される金属は、RMGトランジスタを適切に機能させるためには不必要なものである。ある場合には、側壁上に形成される金属は実際上トランジスタの性能を低減させるおそれがある。例えば、トレンチの側壁上に形成される、κの高いある種の誘電体は、RMGトランジスタ内の寄生容量を高めるとともに隣接の接点に対してクロストークを生ぜしめるおそれがある。
装置の構造及び寸法が縮小するにつれて、トランジスタのゲートの幅も減少する。従って、RMGトランジスタに対する上述したトレンチの幅も減少する。各材料層がトレンチ内に堆積されるにつれ、トレンチの側壁上に形成される材料が、後続する層の堆積に対して開口するトレンチを減少させる。更に、各材料層の厚さは適切に機能させるには最小にする必要がある。従って、最小のゲート幅、層の個数及び各層のそれぞれの最小厚さに対して理論的な限界がある。
更に、堆積はトレンチのアスペクト比により影響を受けるおそれがある。トレンチのアスペクト比はしばしば、トレンチの幅に対するトレンチの高さの比として表される。アスペクト比が大きくなるにつれて堆積が不均一となるおそれがある。このことは、側壁上の高い位置では堆積が肉厚となり、側壁上の低い位置及びトレンチの底部では堆積が肉薄となるものとして現れる可能性がある。RMGにおいて順次の各層を堆積するにつれ、トレンチのアスペクト比を増大させ、場合に応じ堆積の不均一性を更に増大させるとともにトレンチ幅を更に減少させる。
従って、トランジスタ装置の性能を向上させ、トレンチのアスペクト比を減少させ、堆積の質及び均一性を向上させるとともに、ゲート幅を小さくした装置を製造しうるようにするためには、トレンチの側壁上に堆積される材料の少なくとも一部分を除去する必要がある。
この「発明の概要」は、以下の「発明を実施するための形態」の欄で更に説明する簡単な形態での概念の選択を提供するために開示するものである。この「発明の概要」は、特許請求の範囲の重要な特徴又は基本的な特徴を特定するものでも、特許請求の範囲の対象範囲を決定するのに用いられるものでもない。
一般に、本発明の種々の実施例は、トレンチの底部上及びこのトレンチの側壁上に堆積された第1の層と、このトレンチ内に堆積された第2の層とを具えるリプレースメントメタルゲートトランジスタであって、第2の層は第1の層を覆うようにこの第1の層とトレンチの底部及び側壁との上に堆積されているリプレースメントメタルゲートトランジスタを提供するものである。第2の層の一部分はトレンチの側壁から除去する。
更なる実施例には、基板上及びトレンチの内側側壁面上に配置された誘電体層であって、底部区分及び側壁区分を有する当該誘電体層と、この誘電体層の底部区分上に配置された第1の金属層と、この第1の金属層の底部区分上に配置された第2の金属層と、この第2の金属層及び前記誘電体層の側壁区分上に配置された導電体層とを具えるリプレースメントメタルゲートトランジスタが含まれるものである。
例として、開示したデバイスの様々な実施例を以下の添付図面を参照して説明する。
図1Aは、RMGゲートトランジスタの一製造工程を示す線図である。 図1Bは、前記RMGゲートトランジスタの他の製造工程を示す線図である。 図1Cは、前記RMGゲートトランジスタの更に他の製造工程を示す線図である。 図1Dは、前記RMGゲートトランジスタの更に他の製造工程を示す線図である。 図1Eは、前記RMGゲートトランジスタの更に他の製造工程を示す線図である。 図2Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例により製造されるRMGゲートトランジスタの一製造工程を示す線図である。 図2Bは、本発明の前記RMGゲートトランジスタの他の製造工程を示す線図である。 図2Cは、本発明の前記RMGゲートトランジスタの更に他の製造工程を示す線図である。 図3Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例により製造される他のRMGゲートトランジスタの一製造工程を示す線図である。 図3Bは、本発明の前記他のRMGゲートトランジスタの他の製造工程を示す線図である。 図4Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例により製造される更に他のRMGゲートトランジスタの一製造工程を示す線図である。 図4Bは、本発明の前記更に他のRMGゲートトランジスタの他の製造工程を示す線図である。 図5Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例により製造される別のRMGゲートトランジスタの一製造工程を示す線図である。 図5Bは、本発明の前記別のRMGゲートトランジスタの他の製造工程を示す線図である。 図5Cは、本発明の前記別のRMGゲートトランジスタの更に他の製造工程を示す線図である。 図5Dは、本発明の前記別のRMGゲートトランジスタの更に他の製造工程を示す線図である。 図6は、本発明の少なくとも幾つかの実施例により製造される更なる他のRMGゲートトランジスタの構成を示す線図である。 図7は、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて全てを構成配置するRF源クリーニング方法を示すフローチャートである。
上述したように、RMGトランジスタを製造するための代表的な処理には、一時的なゲートを除去するステップと、トレンチを残すステップと、その後にRMGを形成する材料の層を堆積することによりトレンチ内を充填するステップとを含めることができる。一般的には、任意数の適切な薄膜堆積技術(例えば、原子層堆積、プラズマ堆積、イオン堆積又はその他)、すなわち処理の流れを用いてRMGを形成することができる。
図1Aは、RMGトランジスタ100の製造処理の途中であって、一時的なゲート(図示せず)を除去した後の状態を示す線図である。図示するように、RMGトランジスタ100は、基板130上に構成された側壁122及び124間に形成されたトレンチ110を有している。このトレンチ110は底面112と内側側壁面114及び116とを有しているとともに、(しばしば“ゲート幅”と称される)初期の幅118aを有している。ある例では、基板130をシリコンとすることができ、側壁122及び124は二酸化シリコン、窒化シリコン又はその他のシリコンベースの誘電体材料とすることができる。RMGトランジスタ100を表すためにここで参照する材料は説明の目的のために掲載するものであり、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。これらの材料は本発明の範囲を逸脱することなく他の材料に変えることができる。
図1Bは、トレンチ110内に第1の層142を堆積したRMGトランジスタ100を示す線図である。この図に示すように、第1の層142はトレンチ110の底面112とトレンチ110の内側側壁面114及び116との上に堆積されている。第1の層142が内側側壁面114及び116上に堆積されている為に、トレンチの初期の幅118aは幅118bに減少されていることが明らかである。一般的には、初期の幅118aは第1の層142の厚さのほぼ2倍だけ減少される。従って、トレンチ110のアスペクト比は増大する。ある例では、第1の層142を誘電体材料から形成しうる。他の例では、第1の層142をκの高い誘電体材料(例えば、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ハフニウム又は二酸化ジルコニウム)から形成しうる。
図1Cは、トレンチ110内に第2の層144を堆積したRMGトランジスタ100を示す線図である。この図に示すように、第2の層144は第1の層142を覆うように、トレンチ110の底面112とトレンチ110の内側側壁面114及び116との上に堆積されている。上述したように、堆積はトレンチ110のアスペクト比により影響される可能性がある。例えば、アスペクト比が高くなると、堆積の均一性が減少し、その結果、トレンチ110の上部付近で堆積の厚さが増大し、トレンチ110の底部付近で堆積の厚さが減少するおそれがある。より明瞭に言えば、この不均一性は隅部144a及び144bとして現れる可能性がある。更に、第2の層144が内側側壁面114及び116上に堆積されている為に、幅118bは(例えば、第2の層144の厚さのほぼ2倍だけ)減少されて幅118cとなることは明らかである。従って、トレンチ110のアスペクト比はこの場合も増大している。ある例では、第2の層144を導電率がかなり低い材料(例えば、窒化チタン)から形成しうる。
図1Dは、トレンチ110内に第3の層146を堆積したRMGトランジスタ100を示す線図である。この図に示すように、第3の層146は第2の層144を覆うように、トレンチ110の底面112とトレンチ110の内側側壁面114及び116との上に堆積されている。第3の層146は、隅部146a及び146bで示すように、第1の層142又は第2の層144よりも均一性が悪い堆積として表される。更に、第3の層146が側壁面114及び116上に堆積される為、幅118cは(例えば、この第3の層146の厚さのほぼ2倍だけ)減少して幅118dとなる。従って、トレンチ110のアスペクト比はこの場合も増大している。
図1Eは、トレンチ110内に“接点層”148を充填したRMGトランジスタ100を示す線図である。接点層148は一般に、トレンチの長手方向に沿う導電体の主通路として作用する。従って、接点層148に対する材料は電気抵抗率が比較的低い材料(例えば、タングステン又はアルミニウ)から選択する。図1Eに示すように、接点層148は第3の層146を覆うようにトレンチ110の空いた部分内に堆積され、RMGの積層体140を形成している。
図1に示すトランジスタのような複数のトランジスタが形成された集積回路(IC)の動作速度は、トレンチ110に沿う電気抵抗により、且つこのような2つのトレンチ間の静電容量によっても制限される。従って、このようなICの性能は、RMG層の少なくとも幾つか(例えば、第1の層142、第2の層144又は第3の層146)をトレンチの側壁面114及び116から除去することにより改善しうる。一般的に電気抵抗が比較的高いこれらのRMG層を除去することにより、電気抵抗率が比較的低い接点層148に対するスペースが多くなり、その結果、全体の電気抵抗率がより低いRMGトランジスタ100が得られる。更に、一般的に誘電率が高い第1の層142を除去することにより2つのこのようなRMGトランジスタ間の静電容量を低減させる。
RMG140の各層は、適切に機能するようにするために、それぞれ対応する最小の厚さ(例えば、2ナノメートル等)を有するようにしうることは明らかである。従って、装置の寸法が継続的に縮小するにつれ、ゲート幅はRMG140の種々の層を適切に堆積させるのに充分でなくなるおそれがある。例えば、ゲート幅は約2×Nlayers×Tickmin の理論的な最小限界を有しうる。ここで、NlayersはRMG140の層数に等しく、Tickmin は各層当りの最小厚さに等しい。更に、図1A〜1Eに示すように、トレンチ110の頂部付近の幅118はトレンチ110の底部112付近の幅118よりも迅速に減少するおそれがある。従って、トレンチ110の底部112上の接点層148の堆積は、通常の技術を用いることによっては困難となるおそれがある。
図1A〜1Eを参照して説明したRMGトランジスタ100は例示の目的でのみ提供したものであり、本発明はこれに限定されるものではないこと明らかである。本発明の種々の実施例は、図1A〜1Eにつき説明したのと類似する構成要素を有するRMGトランジスタを処理するのに適用しうるものである。或いはまた、本発明の種々の実施例は、図1A〜1Eにつき説明したのとは異なる構成要素を有する(例えば、異なる層数、異なる製造材料、等を有する)RMGトランジスタを処理するのに適用しうる。例えば、RMGトランジスタは上述したよりも多い又は少ない層を有するようにしうる。特に、RMGトランジスタは、図1に示す層142、144及び146のような全部で3つのみの層を有するようにしうるか、又は図1に示していない追加の層を有するようにしうる。以下に例示する実施例は3つの層を有するRMGトランジスタを参照しているが、これらは本発明を明瞭にするために開示するものであり、本発明はこれらに限定されるものではないことは明らかである。
上述したように、本発明の種々の実施例はRMGトランジスタの製造に際してのトレンチのアスペクト比を減少させるのに適用しうる。例えば、本発明の種々の実施例は図1A〜1Eに示すトレンチ110のアスペクト比を減少させるのに適用しうる。トレンチ110のアスペクト比は例えば、層(例えば、層142、144及び146の何れか又はこれらの任意の組合せ)の一部を側壁面114及び116から除去することにより減少させることができる。本発明の少なくとも幾つかの実施例では、エッチング、スパッタリング又はその他により層の一部を内側側壁面から除去するように構成した斜めのイオンビームを用いて層の一部を除去するようにしうる。
本発明の幾つかの実施例を、以下に種々の具体例を参照して詳細に説明する。これらの例は本発明を明瞭にするためにのみ開示するものであり、本発明はこれらに限定されるものではないことは明らかである。
(実施例1)
図2Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例により配置したRMGトランジスタ200を示す線図である。図示するように、代表的にゲートラインの電気抵抗を減少させる目的で電気抵抗率を比較的低くした接点層を堆積する以前のRMGトランジスタ200が示されている。このRMGトランジスタ200は、側壁222及び224と基板210との間に形成されたトレンチ202内に堆積された第1の層242を有している。ある例では、この第1の層242を誘電体層と称することができる。この図2Aには、第2の層244及び第3の層246をも示してある。ある例では、これらの第2の層244及び第3の層246をそれぞれ第1の金属層及び第2の金属層と称することができる。この図2Aには、斜めのイオンビーム252を発生するイオン源250をも示してある。この斜めのイオンビーム252は側壁222上に形成された層242、244及び246に入射されている。一般に、この斜めのイオンビーム252は、側壁222上に形成された層242、244及び246の何れか又はこれらの任意の組合せから(例えば、スパッタリング、エッチング、等を介して)材料を少なくとも部分的に除去するのに用いることができる。ある例では、(底部212に対し垂直なライン256に対して測定した)斜めのイオンビーム252の角度254aは、イオンビームが側壁222に入射されるが底部212には入射されないように選択することができる。より明瞭に言えば、イオンビーム252が側壁224により遮断される為に(例えば、破線領域214により示す)底部212上の材料が斜めのイオンビーム252により殆ど除去されないように角度254aを選択することができる。ある実施例では、イオンビーム252が材料をスパッタリングして、このスパッタリングされた材料のかなりの量を物理的にトレンチ内に再堆積させるおそれがある場合と相違して、このイオンビーム252により反応性イオンエッチングを促進させてエッチングされた材料の殆ど全てを化学的に揮発させるようにする。除去された材料がトレンチ内に再堆積されることは望ましくならない場合がある。その理由は、RMGトランジスタの性能は、種々の層の構成要素やこれらの表面及び界面の状態に感応する為である。
図2Bは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ200を示す線図である。図示するように、側壁222上に形成された層242、244及び246から材料を除去した後のRMGトランジスタが示されている。斜めのイオンビーム252は側壁224上に形成された層242、244及び246上に入射されている。斜めのイオンビーム252は一般に、側壁222上に形成された層242、244及び246の何れか又はこれらの任意の組合せから(例えば、スパッタリング、エッチング、等を介して)材料を少なくとも部分的に除去するのに用いることができる。ある例では、(底部212に対し垂直なライン256に対して測定した)斜めのイオンビーム252の角度254bは、イオンビームが側壁222に入射されるが底部212には入射されないように選択することができる。より明瞭に言えば、イオンビーム252が側壁222により遮断される為に(例えば、破線領域214により示す)底部212上の材料がイオンビーム252により殆ど除去されないように角度254bを選択することができる。ある実施例では、イオン源250を図2Aに示す配置から移動、調整又は回転させて、斜めのイオンビーム252が図2Bに示すように側壁224上に入射されるようにすることができる。イオンビームの軌道を言及する際の上述した用語“殆ど”は、10%よりも少ないことを意味するものである。例えば、図2A及び図2Bは、イオンビーム252が側壁222及び224に入射するが底部212には入射しないことを示している。実際には、イオンビーム252から僅かなイオンが底部212に入射するおそれがある。従って、用語“殆ど”は、イオンビーム252からイオンの僅かな部分(例えば、10%以下)が底部212に入射されることを表すのに用いることができる。
図2Cは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ200を示す線図である。図示するように、斜めのイオンビーム252により、RMGトランジスタ200の側壁222及び224上に形成された層242、244及び246から材料を除去してある。更に、トレンチ内に且つ層242、244及び246の残存材料上に堆積された接点層248が示されている。底部の区分(例えば、214)の厚さ又は層242、244及び246の何れか又はこれらの任意の組合せの側壁の区分の厚さを参照する際にここで用いる用語“殆ど”は少なくとも50%を意味するものである。例えば、図2Cは、トレンチ214の底部212上の材料が元の材料の少なくとも50%を有していることを示している。これとは逆に、側壁222及び224上の材料は50%よりも多く除去されているものとして示してある。従って、ここで用いる、殆ど除去されないとは、元の材料の少なくとも50%が残っていることを意味し、殆ど除去されたとは、元の材料の少なくとも50%が除去されたことを意味する。
(実施例2)
図3Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ300を示す線図である。図示するように、接点層を堆積する以前のRMGトランジスタが示されている。このRMGトランジスタは側壁322及び324と基板310との間に形成されたトレンチ302内に堆積された第1の層342を有している。第2の層344及び第3の層346も図示されている。斜めのイオンビーム352を発生するイオン源350も図示されている。ある実施例では、斜めのイオンビーム352が側壁322及び324に入射するが底部312に入射しないようにこの斜めのイオンビーム352を発生させるようにイオン源350を構成することができる。より明瞭に言えば、イオンビーム352が側壁322及び324により遮断される為に(例えば、破線領域314により示す)底部312上の材料が斜めのイオンビーム352により殆ど除去されないように角度354を選択することができる。
幾つかの例では、イオン源350をプラズマイオン源とすることができる。プラズマイオン源には、RMGトランジスタ300に隣接して配置されたプラズマシースを有するプラズマ処理チャンバを設けることができる。プラズマシースの形状は、トレンチの底部312の平面に対する、プラズマから取出されたイオンの入射角に影響を及ぼす絶縁性モディファイヤにより変更させることができる。この絶縁性モディファイヤによれば、RMGトランジスタ300の底部312に対し垂直な又は垂直に近いイオンの軌道が生じないようにするイオン角度分布を生ぜしめるようにすることができる。
図3Bは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ300を示す線図である。図示するように、斜めのイオンビーム352により、RMGトランジスタ300の側壁322及び324上に形成された層342、344及び346から材料を除去してある。更に、トレンチ内に且つ層342、344及び346の残存材料上に接点層348が堆積されている。
(実施例3)
図4Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ400を示す線図である。図示するように、接点層を堆積する以前のRMGトランジスタが示されている。このRMGトランジスタは側壁422及び424と基板410との間に形成されたトレンチ402内に堆積された第1の層442を有している。第2の層444及び第3の層446も図示されている。実施例1又は2につき説明したような斜めのイオンビームを発生するイオン源を用いて第2の層444及び第3の層446から領域404で示す材料を除去することができる。しかし、斜めのイオンビームを発生するこのイオン源は図4Aに明瞭に図示していない。ある例においては、第1の層442では側壁422及び424から材料を除去するのを停止させるのが有利となるようにしうる。例えば、第1の層442を(例えば、エッチング又はスパッタリングを介して)除去するのが困難となるようにしうる。更に、如何なる材料も側壁422及び424から除去されるのを阻止するようにするのも有利となるようにしうる。従って、第1の層442において材料が除去されるのを停止させることにより側壁422及び424からの材料の除去を阻止するのを促進させることができる。ある例では、(例えば、誘電体層としうる)第1の層の一部が露出された際に側壁422及び424からの材料の除去を停止させることができる。
図4Bは、本発明の少なくとも幾つかの実施例によるRMGトランジスタ400を示す線図である。図示するように、図4Aに示す領域404から材料が除去されたRMGトランジスタ400が示されている。第1の層442においては側壁422及び424からの材料の除去が停止されている。従って、第1の層442は図4Aに示すこの層から殆ど変化しないものとして示されている。更に、トレンチ内に且つ層442、444及び446の残存材料上に堆積された接点層448が示されている。
(実施例4)
ある実施例では、特定の層(例えば、第1の層、等)の堆積後に側壁上に形成された材料を、他の層の堆積の前に除去するようにしうる。例えば、図5Aは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ500を示す線図である。図示するように、第1の層の堆積後のRMGトランジスタ500が示されている。より明瞭に言えば、RMGトランジスタ500は、側壁522及び524と基板510との間に形成されたトレンチ502内に堆積された第1の層542を有している。
斜めのイオンビーム552を発生するイオン源550も図示してある。ある実施例では、斜めのイオンビーム552が側壁522及び524に入射するが底部512に入射しないようにこの斜めのイオンビーム552を発生させるようにイオン源550を構成することができる。より明瞭に言えば、側壁522及び524上の材料が斜めのイオンビーム552により殆ど除去されるが、イオンビーム552が側壁522及び524により遮断される為に(例えば、破線領域514により示す)底部512上の材料が斜めのイオンビーム552により殆ど除去されないように角度554を選択することができる。ある例では、イオン源550を、図3A及び3Bにつき上述したイオン源と同様に構成することができる。実際には、第1の層542の一部分が側壁522及び524上に残るようにすることができることは明らかである。例えば、第1の層542の殆ど全てを側壁522及び524から除去するようにしうる。しかし、斜めのイオンビーム552が材料を除去するのに用いられた後に少量の(例えば、1ナノメートル等よりも少ない)材料が側壁522及び524上に残存するようにしうる。又、第1の層542の厚さ全体の一部分が側壁522及び524の底部付近に残存するようにしうることも明らかである。
図5Bは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ500を示す線図である。図示するように、側壁522及び524上に形成した層542から材料を除去した後のRMGトランジスタ500が示されている。更に、第2の層544がトレンチ502内に堆積されている。図示するように、この第2の層544はトレンチ512の底部上の第1の層542を覆うように堆積されている。しかし、図5Aにつき説明したように、第1の層542は側壁522及び524から除去されている為、第2の層544は側壁522及び524上に直接堆積されたものとして示してある。上述したように、ある例では、少量の第1の層542を側壁522及び524上に残存させることができる。しかし、これらの少量の第1の層は図面を明瞭にする目的で図5Bには図示していない。
斜めのイオンビーム552を発生するイオン源550も図示してある。ある実施例では、斜めのイオンビーム552が側壁522及び524に入射されるが底部512には入射されないように、この斜めのイオンビーム552を発生させるようにイオン源550を構成することができる。より明瞭に言えば、側壁522及び526上の材料が斜めのイオンビーム552により殆ど除去されるが、イオンビーム552が側壁522及び524により遮断される為に(例えば、破線領域514により示す)底部512上の材料が斜めのイオンビーム552により殆ど除去されないように角度554を選択することができる。実際には、第2の層544の一部分が側壁522及び524上に残るようにすることができることは明らかである。例えば、第2の層544の殆ど全てを側壁522及び524から除去するようにしうる。しかし、斜めのイオンビーム552が材料を除去するのに用いられた後に少量の(例えば、1ナノメートル等よりも少ない)材料が側壁522及び524上に残存するようにしうる。
図5Cは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ500を示す線図である。図示するように、側壁522及び524上に形成した層544から材料を除去した後のRMGトランジスタ500が示されている。更に、第3の層546がトレンチ502内に堆積されている。図示するように、この第3の層546はトレンチ512の底部上の第2の層544を覆うように堆積されている。しかし、図5Bにつき説明したように、第2の層544は側壁522及び524から除去されている為、第3の層546は側壁522及び524上に直接堆積されたものとして示してある。上述したように、ある例では、少量の第2の層544を側壁522及び524上に残存させることができる。しかし、これらの少量の第2の層は図面を明瞭にする目的で図5Cには図示していない。
斜めのイオンビーム552を発生するイオン源550も図示してある。ある実施例では、斜めのイオンビーム552が側壁522及び524に入射されるが底部512には入射されないように、この斜めのイオンビーム552を発生させるようにイオン源550を構成することができる。より明瞭に言えば、側壁522及び526上の材料が斜めのイオンビーム552により殆ど除去されるが、イオンビーム552が側壁522及び524により遮断される為に(例えば、破線領域514により示す)底部512上の材料が斜めのイオンビーム552により殆ど除去されないように角度554を選択することができる。実際には、第3の層546の一部分が側壁522及び524上に残るようにすることができることは明らかである。例えば、第3の層546の殆ど全てを側壁522及び524から除去するようにしうる。しかし、斜めのイオンビーム552が材料を除去するのに用いられた後に少量の(例えば、1ナノメートル等よりも少ない)材料が側壁522及び524上に残存するようにしうる。又、第1の層542の厚さ全体の一部分が側壁522及び524の底部付近に残存するようにしうることも明らかである。
図5Dは、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ500を示す線図である。図示するように、トレンチ内に第1の層542、第2の層544及び第3の層546が堆積されている。例えば図5A〜5Cに図示するように、各層の堆積後側壁522及び524上に形成された材料は、その後の層を堆積する以前に(例えば、上述した斜めのイオンビームを用いて)除去した。更に、接点層548がトレンチ内に且つ第3の層546上に堆積されている。
(実施例5)
ある実施例では、特定の層(例えば、第2の層、等)の堆積後に側壁上に形成された材料を、他の層の堆積の以前に除去するようにしうる。更に、第1の層(例えば、κの高い誘電体層、等)を用いて、側壁からの材料の除去を停止させるか又は側壁材料の除去を阻止するか、或いはこれらの双方を達成するようにしうる。例えば、図6は、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタ600を示す線図である。図示するように、第1の層642がトレンチ内に堆積されている。更に、第2の層644及び第3の層646もトレンチ内に堆積されている。図示のRMGトランジスタでは、第1の層642及び第2の層644の堆積後に、第2の層644の材料が(例えば、上述した斜めのイオンビームを用いて)側壁622及び624から除去されるが、第1の層642の材料は側壁622及び624上に残存している。その後、第3の層646を堆積し、この第3の層646の材料を(例えば、上述した斜めのイオンビームを用いて)側壁622及び624から除去し、その結果、図示の構造が得られるようにする。更に、接点層648がトレンチ内に且つ第3の層646上に堆積されている。
(実施例6)
図7は、本発明の少なくとも幾つかの実施例に応じて配置したRMGトランジスタを形成する方法700を示すフローチャートである。この方法700は一般に、図3A及び3BのRMGトランジスタ300、イオン源350及び斜めのイオンビーム352につき説明したものである。
この方法700はブロック710で開始される。このブロック710では、材料の層(例えば、第1の層442、第2の層444及び第3の層446の何れか又はこれらの任意の組合せ)をトレンチ内に堆積する。ブロック710からブロック720に移り、トレンチ内に堆積された材料の少なくとも一部分をトレンチの側壁422及び424から除去する。特に、トレンチの底部412上に堆積された材料を殆ど除去することなしに、側壁422及び424上に形成された堆積層から材料を(例えば、エッチング、スパッタリング、等を介して)除去するのにイオン源450及び斜めのイオンビーム452を用いる。
ブロック720からブロック730に移り、所望の層の全てがトレンチ内に堆積されたか否かに関する決定を行う。これらの全ての層が堆積された場合、処理がブロック740に移り(Yes で示す)、トレンチ内に接点層を堆積でき、次いで処理をブロック750で終了させることができる(End で示す)。しかし、追加の層を堆積する必要がある場合には、処理をブロック710に戻すことができ(Noで示す)、ここで他の層をトレンチ内に堆積させることができる。
ある例では、複数の層を堆積し、次いで側壁422及び424上に形成されたこれらの堆積層の1つ以上の材料を除去するようにしうる。他の例では、単一の層を堆積し、次いで側壁422及び424上に形成されたこの層の材料を他の層の堆積以前に除去するようにしうる。
本発明の範囲は、上述した特定の実施例に限定されるものではない。実際に、当業者にとっては、本発明の他の種々の実施例や変形が、上述した実施例に加えて、上述した説明及び添付図面から明らかとなるものである。従って、このような他の実施例及び変形は本発明の範囲内に入ることが意図されるものである。更に、特定の目的に対する特定の環境、特定の実施態様で本発明を説明したが、当業者にとって明らかなように、本発明の有用性はこれらに限定されず、本発明は如何なる目的に対する如何なる環境においても有利に実施しうるものである。従って、本発明の特許請求の範囲は、ここに開示した本発明の全範囲及び精神を考慮して解釈されるべきものである。

Claims (15)

  1. 底部、第1の側壁及び第2の側壁を有するトレンチと、
    該トレンチ内に配置された層であって、このトレンチの前記底部上に配置された底部区分と前記第1の側壁及び前記第2の側壁上に配置された側壁区分とを有する前記層と
    を具えるリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、
    前記層の前記側壁区分が前記層の前記底部区分よりも少なくとも50%だけ薄肉となっているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  2. 請求項1に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記層は第1の層であり、前記リプレースメントメタルゲートトランジスタが更に、前記トレンチ内に配置された第2の層を具えており、該第2の層は、前記第1の層の前記底部区分上に配置された底部区分と前記第1の層の前記側壁区分上に配置された側壁区分とを有しているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  3. 請求項2に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記第2の層は前記第1の層の下側に配置されているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  4. 請求項3に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記第2の層は、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ハフニウム及び二酸化ジルコニウムの群から選択した材料から形成されているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  5. 請求項3に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記リプレースメントメタルゲートトランジスタが更に、前記トレンチ内に配置された接点層を具えているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  6. 請求項1に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記層の前記底部区分の厚さが少なくとも2ナノメートルであり、前記層の前記側壁区分の厚さが1ナノメートル以下であるリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  7. 請求項1に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記層が窒化チタンを含む材料から形成されているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  8. 底部、第1の側壁及び第2の側壁を有するトレンチと、
    該トレンチ内に配置された誘電体層であって、前記トレンチの前記底部上に配置された底部区分と前記第1の側壁及び前記第2の側壁上に配置された側壁区分とを有する前記誘電体層と、
    前記トレンチ内に配置された金属層であって、前記誘電体層の前記底部区分上に配置された底部区分及び前記誘電体層の前記側壁区分上に配置された側壁区分を有する前記金属層と
    を具えるリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、
    前記金属層の前記側壁区分が部分的に前記第1の側壁及び前記第2の側壁の上方に延在し、前記誘電体層の前記側壁区分の少なくとも一部分が前記金属層により被覆されないようになっているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  9. 請求項8に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記金属層が第1の金属層であり、前記リプレースメントメタルゲートトランジスタが更に、前記トレンチ内に配置された第2の金属層を具えており、該第2の金属層は前記第1の金属層の前記底部区分上に配置された底部区分と前記第1の金属層の前記側壁区分上に配置された側壁区分とを有しており、前記第2の金属層の前記側壁区分が部分的に前記第1の側壁及び前記第2の側壁の上方に延在し、前記誘電体層の前記側壁区分の少なくとも一部分が前記第1の金属層又は前記第2の金属層により被覆されないようになっているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  10. 請求項9に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、該リプレースメントメタルゲートトランジスタが更に、前記トレンチ内に配置された接点層を具えているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  11. 請求項10に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記接点層が前記第2の金属層の前記底部区分と、部分的に前記第1の側壁及び前記第2の側壁の上方に延在する前記第2の金属層の前記側壁区分と、前記第2の金属層により被覆されていない前記誘電体層の前記側壁区分との上に配置されているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  12. 請求項8に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記金属層の前記側壁区分は前記金属層の前記底部区分よりも少なくとも50%だけ薄肉となっているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  13. 請求項12に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記金属層の前記底部区分の厚さは少なくとも2ナノメートルであり、前記金属層の前記側壁区分の厚さは1ナノメートル以下であるリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  14. 請求項9に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記第2の金属層の前記側壁区分は前記第2の金属層の前記底部区分よりも少なくとも50%だけ薄肉となっているリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
  15. 請求項14に記載のリプレースメントメタルゲートトランジスタにおいて、前記第2の金属層の前記底部区分の厚さは少なくとも2ナノメートルであり、前記第2の金属層の前記側壁区分の厚さは1ナノメートル以下であるリプレースメントメタルゲートトランジスタ。
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