JP2023087695A - Miniaturized transistor structure with controlled dimensions of source/drain and contact opening and associated fabrication method - Google Patents

Miniaturized transistor structure with controlled dimensions of source/drain and contact opening and associated fabrication method Download PDF

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Abstract

To provide a transistor structure and a related manufacturing method that can have precisely controlled lengths of source/drain and contact openings to effectively reduce the size of the transistor structure.SOLUTION: A transistor structure includes a semiconductor substrate, a gate structure, a channel region, a first conductive region, and a contact hole. The semiconductor substrate has a semiconductor surface. The gate structure has a length. The first conductive region is electrically coupled to the channel region. A contact hole is positioned above the first conductive region. The perimeter of the contact hole is surrounded by the perimeter of the first conductive region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、請求項1及び11に従ったトランジスタ構造及び関連する製造方法に関する。 The present invention relates to a transistor structure and an associated manufacturing method according to claims 1 and 11.

金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の全ての寸法を縮小するための設計ガイドラインは、R. Dennard, et al.が1974年に発表した論文で開示されているので、トランジスタのサイズをどのように縮小するかが、シリコンウエハの線形寸法の最小物理特徴サイズ(minimum physical feature size)を数マイクロメートルから数ナノメートルまで変更した主要な技術的要求である。通常、Lamda(λ)と呼ばれる、最小特徴サイズ又は長さは、(図示及び比較の平易さのためにλとも呼ばれる最小化された印刷線幅分解能(printed line-width resolution)によって測定される)デバイススケーリング技術を用いたフォトリソグラフィマスキング技術を使用する超小型化能力(microminiaturization capability)によって決定される。しかしながら、デバイス収縮を制限する別の制御困難な要因は、フォトリソグラフィ機器(photolithographic equipment)の不十分さ及び不正確さの両方に起因する、いわゆる不整列許容度(misalignment tolerance)、すなわち、Delta-Lamda(Δλ)である。更に、不整列許容度の故に、トランジスタのゲートエッジとトランジスタのソース(又はドレイン)エッジとの間の距離をλとΔλの和より小さくすることは困難である。その後、再びフォトリソグラフィマスキング技術を用いることによってドレイン(又はソース)への将来の金属相互接続部の間の接続のためにドレイン(又はソース)に正方形のコンタクトホール(接触穴)を作ることが必要とされるならば、正方形のコンタクトホールの両側で正方形のコンタクトホールの最小サイズをλより小さくすることは困難である。更に、ドレイン内に正方形のコンタクトホールを確実にすることの不整列許容度を含めることによって、(長方形を有する)ドレインの各エッジの長さをλとΔλの和よりも小さくすることは困難である。しかしながら、トランジスタのサイズを縮小することは、シリコンウエハの平面領域内により多くのトランジスタを集積させるために必須であり、上述の目標を達成するために必要であり且つ効果的な方法は、トランジスタのソース及びドレインによってそれぞれ占有される領域を縮小することであり、それは漏れ電流及び電力消費の低減を助けることもできる。 Design guidelines for shrinking all dimensions of metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) are disclosed in a 1974 paper by R. Dennard, et al. is a major technological requirement that has changed the minimum physical feature size of linear dimensions of silicon wafers from a few micrometers to a few nanometers. The minimum feature size or length, commonly referred to as Lambda(λ), is measured by the minimized printed line-width resolution, also referred to as λ for ease of illustration and comparison. Determined by microminiaturization capability using photolithographic masking techniques with device scaling techniques. However, another difficult-to-control factor limiting device shrinkage is the so-called misalignment tolerance, or delta-alignment tolerance, due to both the inadequacy and inaccuracy of photolithographic equipment. Lambda(Δλ). Furthermore, due to misalignment tolerances, it is difficult to make the distance between the transistor gate edge and the transistor source (or drain) edge smaller than the sum of λ and Δλ. After that, it is necessary to make square contact holes in the drain (or source) for connection between future metal interconnects to the drain (or source) again by using photolithographic masking techniques. , it is difficult to make the minimum size of the square contact hole smaller than λ on both sides of the square contact hole. Furthermore, by including the misalignment tolerance of ensuring square contact holes in the drain, it is difficult to make the length of each edge of the drain (having a rectangular shape) less than the sum of λ and Δλ. be. However, reducing the size of transistors is essential in order to integrate more transistors within the planar area of a silicon wafer, and a necessary and effective method to achieve the above goals is to reduce the size of transistors. Reducing the area occupied by the source and drain respectively, which can also help reduce leakage current and power consumption.

従って、シリコンウエハの平面領域内により多くのトランジスタを集積するためにトランジスタのサイズをどのように効果的に縮小するかは、トランジスタの設計者にとって重要な問題となっている。 Therefore, how to effectively reduce transistor size in order to integrate more transistors within a planar area of a silicon wafer has become an important issue for transistor designers.

本発明は、トランジスタ構造のサイズを効果的に縮小するために、ソース/ドレイン及びコンタクト開口の正確に制御された長さを有することができるトランジスタ構造及び関連する製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a transistor structure and related fabrication method that can have precisely controlled lengths of source/drain and contact openings to effectively reduce the size of the transistor structure. do.

これは請求項1及び11に従ったトランジスタ構造及び関連する製造方法によって達成される。従属項は、対応するさらなる開発及び改良に関する。 This is achieved by a transistor structure and an associated manufacturing method according to claims 1 and 11. Dependent claims relate to corresponding further developments and improvements.

以下に続く詳細な記述からより明確に分かるように、トランジスタ構造が特許請求される。トランジスタ構造は、半導体基板と、ゲート構造と、チャネル領域と、第1の導電性領域と、第1の分離領域とを含む。半導体基板は、半導体表面を有する。ゲート構造は、長さを有する。第1の導電性領域は、チャネル領域に電気的に結合される。第1の分離領域は、第1の導電性領域の隣にある。ゲート構造と第1の分離領域との間の第1の導電性領域の長さは、元々はゲート構造の長さを画定するように構成された単一のフォトリソグラフィプロセスによって制御される。 As will become more clearly apparent from the detailed description that follows, a transistor structure is claimed. The transistor structure includes a semiconductor substrate, a gate structure, a channel region, a first conductive region and a first isolation region. A semiconductor substrate has a semiconductor surface. The gate structure has a length. A first conductive region is electrically coupled to the channel region. The first isolation region is adjacent to the first conductive region. The length of the first conductive region between the gate structure and the first isolation region is controlled by a single photolithographic process originally configured to define the length of the gate structure.

本発明の別の態様によれば、製造方法は、ゲート構造と第1の導電性領域とを含むトランジスタのためのものである。製造方法は、基板に基づいて活性領域を形成するステップと、活性領域の上方にゲート構造及びダミーシールドゲート構造を形成するステップと、ダミーシールドゲート構造に取って代わる第1の分離領域を形成するステップと、活性領域の上方に自己整列ピラーを形成するステップと、自己整列ピラーを除去するステップ及びゲート構造と第1の分離領域との間に第1の導電性領域を形成するステップとを含む。 According to another aspect of the invention, a manufacturing method is for a transistor including a gate structure and a first conductive region. The manufacturing method comprises forming an active region based on a substrate, forming a gate structure and a dummy shield gate structure over the active region, and forming a first isolation region to replace the dummy shield gate structure. forming self-aligned pillars above the active area; removing the self-aligned pillars; and forming a first conductive region between the gate structure and the first isolation region. .

本発明の別の態様によれば、自己整列ピラーを除去するステップの前に、製造方法は、第1の分離領域の上方に第2の分離領域を形成するステップを更に含み、自己整列ピラーは、ゲート構造と第2の分離領域との間にある。 According to another aspect of the invention, prior to removing the self-aligned pillars, the method further includes forming a second isolation region above the first isolation region, the self-aligned pillars comprising: , between the gate structure and the second isolation region.

本発明の別の態様によれば、自己整列ピラーを除去した後に、製造方法は、ゲート構造と第1の分離領域との間にスペーサを形成してコンタクトホールを画定するステップを更に含み、コンタクトホールは、第1の導電性領域の上方にある。 According to another aspect of the invention, after removing the self-aligned pillars, the method further includes forming a spacer between the gate structure and the first isolation region to define a contact hole; The hole is above the first conductive region.

本発明の別の態様によれば、コンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, the length of the contact hole is less than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、基板は、シリコン基板であり、自己整列ピラーは、選択的エピタキシー成長によって形成される真性シリコンピラーである。 According to another aspect of the invention, the substrate is a silicon substrate and the self-aligned pillars are intrinsic silicon pillars formed by selective epitaxy growth.

本発明の別の態様によれば、製造方法は、ゲート構造と第1の導電性領域とを含むトランジスタのためのものである。製造方法は、基板に基づいて活性領域を形成するステップと、活性領域に基づいてゲート構造を形成するステップと、第1の導電性領域の上方にコンタクトホールを割り当てるように構成される自己整列ピラーを形成するステップとを含む。 According to another aspect of the invention, a manufacturing method is for a transistor including a gate structure and a first conductive region. A manufacturing method includes forming an active region based on a substrate, forming a gate structure based on the active region, and self-aligned pillars configured to allocate contact holes over the first conductive region. and forming a.

本発明の別の態様によれば、製造方法は、自己整列ピラーを形成する前に、活性領域に基づいて分離領域を形成するステップを更に含む。 According to another aspect of the invention, the fabrication method further includes forming an isolation region based on the active region prior to forming the self-aligned pillars.

本発明の別の態様によれば、製造方法は、ゲート構造と分離領域との間に形成される自己整列ピラーを除去するステップと、ゲート構造と分離領域との間にスペーサを形成してコンタクトホールを画定するステップとを更に含み、コンタクトホールは、第1の導電性領域の上方にある。 In accordance with another aspect of the invention, a method of manufacturing includes removing self-aligned pillars formed between a gate structure and an isolation region, and forming a spacer between the gate structure and the isolation region to form a contact. defining a hole, the contact hole overlying the first conductive region.

本発明の別の態様によれば、コンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, the length of the contact hole is less than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、製造方法は、ゲート構造と第1の導電性領域とを含むトランジスタのためのものである。製造方法は、基板に基づいて活性領域を形成するステップと、活性領域の上方にゲート構造を形成するステップと、ゲート構造の隣に第1の導電性領域を形成するステップと、第1の導電性領域の上方にコンタクトホールを画定するステップとを含み、コンタクトホールを画定するステップは、フォトリソグラフィプロセスから独立している。 According to another aspect of the invention, a manufacturing method is for a transistor including a gate structure and a first conductive region. A manufacturing method comprises forming an active region based on a substrate, forming a gate structure over the active region, forming a first conductive region next to the gate structure, and forming a first conductive region. defining a contact hole over the active region, wherein defining the contact hole is independent of the photolithography process.

本発明の別の態様によれば、第1の導電性領域は、ゲート構造と活性領域の上方に延びる分離領域との間に形成される。 According to another aspect of the invention, a first conductive region is formed between the gate structure and an isolation region extending above the active region.

本発明の別の態様によれば、コンタクトホールは、ゲート構造の側壁及び分離領域の側壁を覆うスペーサを形成することによって画定される。 According to another aspect of the invention, the contact holes are defined by forming spacers covering the sidewalls of the gate structure and the sidewalls of the isolation regions.

本発明の別の態様によれば、コンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, the length of the contact hole is less than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、製造方法は、ゲート構造と第1の導電性領域とを含むトランジスタのためのものである。製造方法は、ゲート構造の幅及び活性領域の長さを画定するように構成される第1のフォトリソグラフィプロセスを実施するステップと、活性領域内のゲート構造の長さを画定するように構成される第2のフォトリソグラフィプロセスを実施するステップとを含み、第2のフォトリソグラフィプロセスは、第1の導電性領域の長さを画定するように更に構成される。 According to another aspect of the invention, a manufacturing method is for a transistor including a gate structure and a first conductive region. The manufacturing method comprises performing a first photolithographic process configured to define the width of the gate structure and the length of the active region; and defining the length of the gate structure within the active region. and performing a second photolithography process, the second photolithography process further configured to define the length of the first conductive region.

本発明の別の態様によれば、第2のフォトリソグラフィプロセスによって画定される第1の導電性領域の長さは、最小特徴長に等しいか或いは実質的に等しい。 According to another aspect of the invention, the length of the first conductive region defined by the second photolithographic process is equal to or substantially equal to the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、第2のフォトリソグラフィプロセスによって画定されるゲート構造の長さは、最小特徴長に等しいか或いは実質的に等しい。 According to another aspect of the invention, the length of the gate structure defined by the second photolithographic process is equal to or substantially equal to the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、第1のフォトリソグラフィプロセスによって画定される活性領域の長さは、最小特徴長の4倍にほぼ等しい。 According to another aspect of the invention, the length of the active region defined by the first photolithography process is approximately equal to four times the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、製造方法は、ゲート構造と第1の導電性領域とを含むトランジスタのためのものである。製造方法は、基板に基づいて活性領域を形成するステップと、活性領域に基づいてゲート構造を形成するステップと、ゲート構造の隣に第1の導電性領域を形成するステップと、コンタクトホールの形状を画定するために、フォトリソグラフィプロセスを用いることなく、第1の導電性領域の上方にコンタクトホールを形成するステップとを含む。 According to another aspect of the invention, a manufacturing method is for a transistor including a gate structure and a first conductive region. A manufacturing method comprises forming an active region based on a substrate, forming a gate structure based on the active region, forming a first conductive region next to the gate structure, and forming a contact hole. forming a contact hole above the first conductive region without using a photolithography process to define the .

本発明の別の態様によれば、第1の導電性領域は、ゲート構造と分離領域との間に形成される。 According to another aspect of the invention, a first conductive region is formed between the gate structure and the isolation region.

本発明の別の態様によれば、コンタクトホールは、ゲート構造の側壁及び分離領域の側壁を覆うスペーサを形成することによって画定される。 According to another aspect of the invention, the contact holes are defined by forming spacers covering the sidewalls of the gate structure and the sidewalls of the isolation regions.

本発明の別の態様によれば、コンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, the length of the contact hole is less than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、半導体基板と、ゲート構造と、第1の導電性領域と、コンタクトホールとを含む。半導体基板は、半導体表面を有する。ゲート構造は、長さを有する。第1の導電性領域は、チャネル領域に電気的に結合される。コンタクトホールは、第1の導電性領域の上方に位置付けられる。コンタクトホールの周囲は、第1の導電性領域の外周によって囲まれている。 According to another aspect of the invention, a transistor structure includes a semiconductor substrate, a gate structure, a first conductive region, and a contact hole. A semiconductor substrate has a semiconductor surface. The gate structure has a length. A first conductive region is electrically coupled to the channel region. A contact hole is positioned over the first conductive region. The periphery of the contact hole is surrounded by the periphery of the first conductive region.

本発明の別の態様によれば、第1の導電性領域の外周は、長方形のような形状である。 According to another aspect of the invention, the perimeter of the first conductive region is shaped like a rectangle.

本発明の別の態様によれば、コンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, the length of the contact hole is less than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、半導体基板と、ゲート構造と、チャネル領域と、第1の導電性領域と、コンタクトホールとを含む。半導体基板は、半導体表面を有する。チャネル領域は、ゲート構造の下にある。第1の導電性領域は、チャネル領域に電気的に結合される。コンタクトホールは、第1の導電性領域の上方に位置付けられる。コンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, a transistor structure includes a semiconductor substrate, a gate structure, a channel region, a first conductive region, and a contact hole. A semiconductor substrate has a semiconductor surface. A channel region underlies the gate structure. A first conductive region is electrically coupled to the channel region. A contact hole is positioned over the first conductive region. The contact hole length is shorter than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、ゲート構造の側壁とゲート構造から離れているコンタクトホールの側壁との間の水平距離は、最小特徴長よりも小さい。 According to another aspect of the invention, the horizontal distance between sidewalls of the gate structure and sidewalls of the contact hole remote from the gate structure is less than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、ゲート構造の側壁とゲート構造から離れている第1の導電性領域の側壁との間の水平距離は、最小特徴長にほぼ等しい。 According to another aspect of the invention, the horizontal distance between sidewalls of the gate structure and sidewalls of the first conductive region remote from the gate structure is approximately equal to the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、半導体基板と、ゲート構造と、チャネル領域と、第1の分離領域と、第1のスペーサと、第2のスペーサと、第1の導電性領域と、第1のコンタクトホールとを含む。半導体基板は、半導体表面を有する。ゲート構造は、長さを有する。チャネル領域は、半導体表面の下にある。第1の分離領域は、半導体表面から上向き及び下向き延在する。第1のスペーサは、ゲート構造の第1の側壁を覆い、第2のスペーサは、第1の分離領域の側壁を覆う。第1の導電性領域は、チャネル領域に電気的に結合され、ゲート構造と第1の分離領域との間に位置付けられる。第1のコンタクトホールは、第1のスペーサと第2のスペーサとの間に形成される。 In accordance with another aspect of the invention, a transistor structure includes a semiconductor substrate, a gate structure, a channel region, a first isolation region, a first spacer, a second spacer, and a first conductivity. and a first contact hole. A semiconductor substrate has a semiconductor surface. The gate structure has a length. The channel region underlies the semiconductor surface. A first isolation region extends upwardly and downwardly from the semiconductor surface. A first spacer covers the first sidewall of the gate structure and a second spacer covers the sidewall of the first isolation region. A first conductive region is electrically coupled to the channel region and positioned between the gate structure and the first isolation region. A first contact hole is formed between the first spacer and the second spacer.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、キャップ層と、第1の金属領域とを更に含む。キャップ層は、ゲート構造を覆う。第1の金属領域は、第1のコンタクトホールを満たし、第1の導電性領域と接触し、第1の金属領域は、第1の導電性領域からキャップ層の頂部よりも高い所定の位置まで上向きに延在する。 According to another aspect of the invention, the transistor structure further includes a cap layer and a first metal region. A cap layer covers the gate structure. A first metal region fills the first contact hole and contacts the first conductive region, the first metal region extending from the first conductive region to a predetermined position above the top of the cap layer. Extend upwards.

本発明の別の態様によれば、第1の金属領域の幅は、第1のコンタクトホールの長さに最小特徴長を加えたものに実質的に等しい。 According to another aspect of the invention, the width of the first metal region is substantially equal to the length of the first contact hole plus the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、第2の分離領域と、第2の導電性領域とを更に含む。第2の分離領域は、半導体表面から上向き及び下向きに延在する。第2の導電性領域は、チャネル領域に電気的に結合され、ゲート構造と第2の分離領域との間に位置付けられる。 According to another aspect of the invention, the transistor structure further includes a second isolation region and a second conductive region. A second isolation region extends upwardly and downwardly from the semiconductor surface. A second conductive region is electrically coupled to the channel region and positioned between the gate structure and the second isolation region.

本発明の別の態様によれば、ゲート構造の第2の側壁とゲート構造から離れている第2の分離領域の側壁との間の水平距離は、最小特徴長に実質的に等しい。 According to another aspect of the invention, the horizontal distance between the second sidewall of the gate structure and the sidewall of the second isolation region remote from the gate structure is substantially equal to the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、第2のコンタクトホールを更に含み、第2のコンタクトホールは、第2の導電性領域の上方に位置付けられ、第2のコンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, the transistor structure further includes a second contact hole, the second contact hole positioned above the second conductive region and having a length of the second contact hole. is shorter than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、第3のスペーサと、第4のスペーサとを更に含む。第3のスペーサは、ゲート構造の第2の側壁を覆う。第4のスペーサは、第2の分離領域の側壁を覆い、第2のコンタクトホールは、第3のスペーサと第4のスペーサとの間に形成される。 According to another aspect of the invention, the transistor structure further includes a third spacer and a fourth spacer. A third spacer covers the second sidewall of the gate structure. A fourth spacer covers the sidewall of the second isolation region, and a second contact hole is formed between the third spacer and the fourth spacer.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、半導体基板と、ゲート構造と、チャネル領域と、第1の導電性領域と、第1の分離領域とを含む。半導体基板は、半導体表面を有する。ゲート構造は、長さを有する。第1の導電性領域は、チャネル領域に電気的に結合される。第1の分離領域は、第1の導電性領域の隣にある。第1の導電性領域の長さは、元々はゲート構造の長さを画定するように構成された単一のフォトリソグラフィプロセスによって制御される。 According to another aspect of the invention, a transistor structure includes a semiconductor substrate, a gate structure, a channel region, a first conductive region, and a first isolation region. A semiconductor substrate has a semiconductor surface. The gate structure has a length. A first conductive region is electrically coupled to the channel region. The first isolation region is adjacent to the first conductive region. The length of the first conductive region is originally controlled by a single photolithographic process configured to define the length of the gate structure.

本発明の別の態様によれば、第1の導電性領域の長さは、最小特徴長に等しいか或いは実質的に等しい。 According to another aspect of the invention, the length of the first conductive region is equal to or substantially equal to the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、トランジスタ構造は、半導体基板と、ゲート構造と、第1の導電性領域と、第1のコンタクトホールとを含む。半導体基板は、半導体表面を有する。ゲート構造は、長さを有する。第1の導電性領域は、チャネル領域に電気的に結合される。第1のコンタクトホールの周囲は、フォトリソグラフィプロセスから独立している。 According to another aspect of the invention, a transistor structure includes a semiconductor substrate, a gate structure, a first conductive region, and a first contact hole. A semiconductor substrate has a semiconductor surface. The gate structure has a length. A first conductive region is electrically coupled to the channel region. The periphery of the first contact hole is independent of the photolithography process.

本発明の別の態様によれば、第1のコンタクトホールの長さは、最小特徴長よりも短い。 According to another aspect of the invention, the length of the first contact hole is shorter than the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、第1の導電性領域の長さは、最小特徴長に等しいか或いは実質的に等しい。 According to another aspect of the invention, the length of the first conductive region is equal to or substantially equal to the minimum feature length.

本発明の別の態様によれば、第1のコンタクトホールは、第1の導電性領域の上方に位置付けられる。 According to another aspect of the invention, the first contact hole is positioned over the first conductive region.

本発明は、添付の図面を参照して、一例として更に例示される。
本発明の実施形態に従った小型化された金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(mMOSFET)の頂面図を示す図である。 本発明の別の実施形態に従ったmMOSFETの製造方法を示すフローチャートである。 図2Aを示す図である。 図2Aを示す図である。 図2Aを示す図である。 図2Aを示す図である。 図2Aを示す図である。 パッド窒化物層及びSTI-酸化物1の頂面図を示す図である。 図3に示すX方向に沿った断面図を示す図である。 ゲート構造のエッジをmMOSFETのソースとSTI-酸化物1との間の境界のエッジ整列させるためのフォトリソグラフィ不整列許容度(PMT)を示す図である。 PMTの上述した負の効果を解消することができる新しい構造を示す図である。 堆積されているスピンオン誘電体(SOD)を示す図である。 堆積及びエッチングされている良好に設計されたゲートマスク層を示す図である。 ダミーシールドゲート(DSG)、窒化物層、誘電絶縁体、及び異方性エッチング技術によって除去されているDSGに対応するp型基板を示す図である。 除去されているゲートマスク層、エッチングされているSOD層、及びSTI-酸化物2を形成するために堆積されている酸化物2層を示す図である。 実ゲート(TG)の位置とダミーシールドゲートの位置との関係を示す図である。 実ゲート(TG)の位置とダミーシールドゲートの位置との関係を示す図である。 実ゲート(TG)の位置とダミーシールドゲートの位置との関係を示す図である。 実ゲート(TG)の位置とダミーシールドゲートの位置との関係を示す図である。 酸化物3スペーサを形成するために堆積及びエッチングされている酸化物3層、p型基板内に形成されている低濃度ドープされたドレイン(LDD)、窒化物スペーサを形成するために堆積及びエッチバックされている窒化物層、及び除去されている誘電絶縁体を示す図である。 選択的エピタキシー成長(SEG)技術によって成長させられている真性シリコン電極を示す図である。 堆積及びエッチバックされているCVD-STI-酸化物3層、除去されている真性シリコン電極、及び形成されているmMOSFETのソース(n+ソース)及びドレイン(n+ドレイン)を示す図である。 コンタクトホール開口を形成するために堆積及びエッチングされている酸化物スペーサを示す図である。 金属1相互接続部を形成するために堆積及びエッチングされている金属1層を示す図である。 形成されている金属1相互接続部と、本発明の別の実施形態に従った合体した半導体接合部及び金属導体(MSMC)構造を使用することによって形成されているソース及びドレインとを示す図である。 ゲートマスク層が除去され、次に、水平シリコン表面(HSS)上のトレンチ及び他の空孔を満たすために酸化物2層が堆積されてSTI-酸化物2が形成され、次に、化学機械研磨(CMP)によってSTI-酸化物2が平坦化されていることを示す図である。 酸化物3スペーサを形成するために堆積及びエッチングされている酸化物3層、p型基板内に形成されている低濃度ドープされたドレイン(LDD)、窒化物スペーサを形成するために窒化物層が堆積及びエッチバックされている窒化物層、及び除去されている誘電絶縁体を示す図である。 選択的エピタキシー成長(SEG)技術によって成長させられている真性シリコン電極を示す図である。 コンタクトホール開口を形成するために堆積及びエッチングされている酸化物スペーサを示す図である。 金属1相互接続部を形成するために堆積及びエッチングされている金属1層を示す図である。
The invention is further illustrated by way of example with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 shows a top view of a miniaturized metal oxide semiconductor field effect transistor (mMOSFET) according to an embodiment of the present invention; 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an mMOSFET according to another embodiment of the invention; FIG. 2B is a diagram showing FIG. 2A; FIG. 2B is a diagram showing FIG. 2A; FIG. 2B is a diagram showing FIG. 2A; FIG. 2B is a diagram showing FIG. 2A; FIG. 2B is a diagram showing FIG. 2A; FIG. 3 shows a top view of the pad nitride layer and STI-oxide 1; It is a figure which shows sectional drawing along the X direction shown in FIG. FIG. 10 shows the photolithographic misalignment tolerance (PMT) for aligning the edge of the gate structure to the edge of the interface between the source of the mMOSFET and the STI-oxide 1; Fig. 3 shows a new structure that can overcome the above-mentioned negative effects of PMT; FIG. 3 shows a spin-on dielectric (SOD) being deposited; FIG. 10 shows a well-designed gate mask layer being deposited and etched; Fig. 2 shows a dummy shield gate (DSG), a nitride layer, a dielectric insulator, and a p-type substrate corresponding to the DSG being removed by an anisotropic etching technique; FIG. 3 shows the gate mask layer being removed, the SOD layer being etched, and the oxide 2 layer being deposited to form STI-Oxide 2; FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the positions of real gates (TG) and the positions of dummy shield gates; FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the positions of real gates (TG) and the positions of dummy shield gates; FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the positions of real gates (TG) and the positions of dummy shield gates; FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the positions of real gates (TG) and the positions of dummy shield gates; Oxide 3 layer deposited and etched to form oxide 3 spacers, lightly doped drain (LDD) formed in p-type substrate, deposited and etched to form nitride spacers. FIG. 4 shows the nitride layer being backed and the dielectric insulator being removed; Fig. 2 shows an intrinsic silicon electrode being grown by selective epitaxy (SEG) technique; Fig. 3 shows the CVD-STI-oxide tri-layer being deposited and etched back, the intrinsic silicon electrode being removed, and the source (n+source) and drain (n+drain) of the mMOSFET being formed. FIG. 12 shows oxide spacers being deposited and etched to form contact hole openings; FIG. 1 shows a Metal 1 layer being deposited and etched to form a Metal 1 interconnect; FIG. 3 shows a metal 1 interconnect being formed and a source and drain being formed by using a merged semiconductor junction and metal conductor (MSMC) structure according to another embodiment of the present invention; be. The gate mask layer is removed, then an oxide 2 layer is deposited to fill trenches and other vacancies on the horizontal silicon surface (HSS) to form STI-Oxide 2, followed by chemical-mechanical FIG. 4 shows that the STI-oxide 2 has been planarized by polishing (CMP). 3 layers of oxide deposited and etched to form oxide 3 spacers, a lightly doped drain (LDD) formed in a p-type substrate, a nitride layer to form nitride spacers. is deposited and etched back, and the dielectric insulator being removed. Fig. 2 shows an intrinsic silicon electrode being grown by selective epitaxy (SEG) technique; FIG. 12 shows oxide spacers being deposited and etched to form contact hole openings; FIG. 1 shows a Metal 1 layer being deposited and etched to form a Metal 1 interconnect;

本発明は、不整列許容度(misalignment tolerance)、Delta-Lamda(Δλ)を追加することなく、ウエハ(例えば、シリコンウエハ)上に印刷又は作成されることが可能にされる、最小特徴サイズ(minimum feature size)、Lamda(λ)と同程度に小さいことができる、トランジスタのソース(又はドレイン)の線形寸法(linear dimensions)を正確に制御するための新しい方法を開示する。その上、λより小さい線形寸法を有するコンタクトホールが、ドレイン(又はソース)内で達成されることができる。従って、本発明は、トランジスタのゲートのエッジからトランジスタ分離(transistor isolation)のエッジに隣接するソース(又はドレイン)のエッジまでの最小特徴サイズを有し、λ未満の線形寸法を有するソース及びドレインにコンタクトホールを有する、ソース及びドレインの新しい構造をもたらす。従って、本発明は、ソース及びドレインの両方をそれぞれ形成する際に、フォトリソグラフィマスキング技術によって引き起こされる不整列許容度を回避する。 The present invention is the smallest feature size ( We disclose a new method for precisely controlling the linear dimensions of the source (or drain) of a transistor, which can be as small as the minimum feature size, Lambda(λ). Moreover, contact holes with linear dimensions smaller than λ can be achieved in the drain (or source). Thus, the present invention has a minimum feature size from the edge of the gate of the transistor to the edge of the source (or drain) adjacent to the edge of the transistor isolation, and is suitable for sources and drains with linear dimensions less than λ. A new structure of source and drain with contact holes is provided. Thus, the present invention avoids misalignment tolerances caused by photolithographic masking techniques in forming both the source and drain, respectively.

図1を参照のこと。図1は、本発明のある実施形態に従った小型化された金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(mMOSFET)100の頂面図を示す図である。図1に示すように、mMOSFET100は、(1)ゲート構造101が、長さG(L)と、幅G(W)とを有し、(2)ゲート構造101の左側に、ソース103が、ゲート構造101のエッジから分離領域105のエッジまでの線形寸法である長さS(L)と、幅S(W)とを有し、(3)ゲート構造101の右側に、ドレイン107が、ゲート構造101のエッジから分離領域105のエッジまでの線形寸法である長さD(L)と、幅D(W)とを有し、(4)ソース103の中心で、自己整列技術(self-alignment technology)によって形成されたコンタクトホール109(接触穴)が、C-S(L)及びC-S(W)とそれぞれ印された開口の長さ及び幅を有し、(5)同様に、ドレイン107の中心で、自己整列技術によって形成されたコンタクトホール111が、C-D(L)及びC-D(W)とそれぞれ印された開口の長さ及び幅を有する。 See FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a top view of a miniaturized metal oxide semiconductor field effect transistor (mMOSFET) 100 according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, mMOSFET 100 has (1) gate structure 101 having length G(L) and width G(W), and (2) to the left of gate structure 101, source 103 having (3) to the right of gate structure 101, drain 107 has a length S(L), which is the linear dimension from the edge of gate structure 101 to the edge of isolation region 105, and a width S(W); It has a length D(L), which is the linear dimension from the edge of the structure 101 to the edge of the isolation region 105, and a width D(W); (5) Similarly, a contact hole 109 (contact hole) formed by a At the center of 107, a contact hole 111 formed by a self-aligned technique has opening lengths and widths marked CD(L) and CD(W), respectively.

mMOSFET100を形成するために、第1のフォトリソグラフィプロセスを利用して、活性領域の幅G(W)及び擬似長(pseudo length)を画定することができ、第2のフォトリソグラフィプロセスを利用して、活性領域における長さG(L)を画定することができ、第2のフォトリソグラフィプロセスを更に利用して、ゲート構造101と分離領域105との間の長さS(L)を制御し、一例において、第1のフォトリソグラフィプロセスによって画定される活性領域の擬似長は、最小特徴長λの約4倍である。一実施形態において、長さG(L)は、最小特徴長λに等しいか或いは実質的に等しいことができる。もちろん、別の例において、長さG(L)は、最小特徴長λよりも大きいことができる。 To form mMOSFET 100, a first photolithography process can be used to define the width G(W) and pseudo length of the active region, and a second photolithography process can be used to define , a length G(L) in the active region can be defined, and a second photolithographic process is further utilized to control the length S(L) between the gate structure 101 and the isolation region 105; In one example, the pseudo-length of the active region defined by the first photolithographic process is approximately four times the minimum feature length λ. In one embodiment, the length G(L) can be equal or substantially equal to the minimum feature length λ. Of course, in another example, the length G(L) can be greater than the minimum feature length λ.

本発明の第1の特徴は、長さS(L)及び長さD(L)の両方が、不可避のフォトリソグラフィ不整列許容度(PMT:photolithographic misalignment tolerances)の影響を受けることなく、ウエハの表面上に生成されることができる標的寸法に従って正確に設計及び画定され得ることである。 A first feature of the present invention is that both length S(L) and length D(L) can be aligned with the wafer without being subject to unavoidable photolithographic misalignment tolerances (PMT). It can be precisely designed and defined according to the target dimensions that can be produced on the surface.

本発明の第2の特徴は、長さS(L)及び長さD(L)の両方を最小特徴長λと同程度に小さくし得ることであり、それは処理ノードにおいて定義される処理限界である(例えば、最小長S(L)又は最小長D(L)は、それぞれ、指定された7nmノードで7nm、指定された28nmノードで28nm、又は指定された180nmノードで180nmである)。 A second feature of the present invention is that both length S(L) and length D(L) can be made as small as the minimum feature length λ, which is the processing limit defined at the processing node. (eg, minimum length S(L) or minimum length D(L) is 7 nm at the designated 7 nm node, 28 nm at the designated 28 nm node, or 180 nm at the designated 180 nm node, respectively).

本発明の第3の特徴は、長さG(L)がλであるように設計されるならば、mMOSFET100の長さ方向に沿う最小寸法(すなわち、ソース103の左縁からドレイン107の右縁までの距離)は、3λ(すなわち、長さS(L)については1λ、長さD(L)については1λ、長さG(L)については1λ)と同程度に小さくし得ることである。次に、分離領域105を含まないときには、mMOSFET100の長さ方向に沿う線形寸法を達成するために、mMOSFET100を3λのみに小型化することができる。 A third feature of the present invention is the minimum dimension along the length of mMOSFET 100 (i.e., from the left edge of source 103 to the right edge of drain 107) if length G(L) is designed to be λ. ) can be as small as 3λ (i.e., 1λ for length S(L), 1λ for length D(L), and 1λ for length G(L)). . Second, when not including isolation region 105, mMOSFET 100 can be scaled to only 3λ to achieve linear dimensions along the length of mMOSFET 100. FIG.

本発明の第4の特徴は、自己整列技術によって明確に定義される長さS(L)及び長さD(L)が、フォトリソグラフィ不整列許容度によって制限されることなく、コンタクトホール109のより狭い長さC-S(L)及びコンタクトホール111のより狭い長さC-D(L)をそれぞれ生成することができることである。何故ならば、コンタクトホール109、111を生成する最も重要なマスキングステップは除去されているからである。その上、金属1をソース103及びドレイン107の両方にそれぞれ接続する天然の金属接点を形成するようにコンタクトホール109、111に十分に充填されることができる金属1の蒸着相互接続層が、金属1の狭い幅(すなわち、コンタクトホール開口及びPMTの2倍の和)を達成するために効果的にフォトリソグラフィマスキング技術によって画定されることができる。 A fourth feature of the present invention is that the well-defined lengths S(L) and D(L) of the contact hole 109 are not limited by photolithographic misalignment tolerances. A narrower length CS(L) and a narrower length CD(L) of the contact hole 111 can be produced, respectively. This is because the most critical masking steps that produce contact holes 109, 111 have been eliminated. Moreover, a metal 1 deposited interconnect layer that can be sufficiently filled in the contact holes 109, 111 to form native metal contacts connecting metal 1 to both the source 103 and drain 107, respectively. It can be effectively defined by photolithographic masking techniques to achieve a narrow width of 1 (ie, the sum of the contact hole opening and twice the PMT).

上述の発明により、MOSFET構造は、不可避のフォトリソグラフィ不整列許容度によって拡大されることなく、(金属1の分離及び相互接続を含む)最小のデバイス長寸法で小型化されることができる。 With the above invention, MOSFET structures can be scaled down to minimum device length dimensions (including metal 1 isolation and interconnects) without being magnified by unavoidable photolithographic misalignment tolerances.

図2A~図2F、図3、図4、図6~図19を参照のこと。図2Aは、本発明の一実施形態に従ったmMOSFETの製造方法を示すフローチャートであり、図2AにおけるmMOSFETの製造方法は、mMOSFETのソース及びドレインの両方において正確に制御可能な長さを有するmMOSFETを作ることができる。詳細なステップは、以下の通りである。
ステップ10:開始する。
ステップ20:基板102に基づいて、活性領域(active region)及びトレンチ構造(trench structure)を形成する。
ステップ30:基板102の水平シリコン表面(HSS:horizontal silicon surface)の上方にmMOSFETの真ゲート(true gate)及びダミーシールドゲート(dummy shield gates)を形成する。
ステップ40:ダミーシールドゲートを分離領域と置き換えてソース/ドレイン領域の境界を画定する。
ステップ50:mMOSFETのソース領域及びドレイン領域を形成する。
ステップ60:ソース領域とドレイン領域との境界内により小さなコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを通じてソース領域又はドレイン領域と接触する金属1相互接続部を形成する。
ステップ70:終了する。
See FIGS. 2A-2F, 3, 4, 6-19. FIG. 2A is a flowchart illustrating a method of fabricating an mMOSFET according to one embodiment of the present invention, wherein the method of fabricating an mMOSFET in FIG. can be made. The detailed steps are as follows.
Step 10: Start.
Step 20: Form active regions and trench structures on the substrate 102 .
Step 30: Form mMOSFET true gates and dummy shield gates above the horizontal silicon surface (HSS) of substrate 102 .
Step 40: Replace the dummy shield gates with isolation regions to define the boundaries of the source/drain regions.
Step 50: Form the source and drain regions of the mMOSFET.
Step 60: Form smaller contact holes in the boundaries of the source and drain regions and form metal 1 interconnects that contact the source or drain regions through the contact holes.
Step 70: End.

図2B並びに図3及び図4を参照のこと。ステップ20は、以下を含むことができる。
ステップ202:パッド酸化物層302が形成され、パッド窒化物層304が基板102上に堆積される。
ステップ204:mMOSFETの活性領域が画定され、活性領域の外側のシリコン材料の一部が除去されて、トレンチ構造を作成される。
ステップ206:酸化物1層がトレンチ構造内に堆積され、エッチバックされて(etched back)、HSSの下方に浅いトレンチ分離(STI-酸化物1)306が形成される。
ステップ207:パッド酸化物層302及びパッド窒化物層304が除去され、誘電絶縁体402がHSSの上に形成される。
See FIG. 2B and FIGS. 3 and 4. FIG. Step 20 can include:
Step 202 : A pad oxide layer 302 is formed and a pad nitride layer 304 is deposited over the substrate 102 .
Step 204: An mMOSFET active area is defined and a portion of the silicon material outside the active area is removed to create a trench structure.
Step 206: An oxide 1 layer is deposited in the trench structure and etched back to form shallow trench isolation (STI-oxide 1) 306 below the HSS.
Step 207: Pad oxide layer 302 and pad nitride layer 304 are removed and dielectric insulator 402 is formed over HSS.

図2C及び図6を参照のこと。ステップ30は、以下を含むことができる。
ステップ208:ゲート層602及び窒化物層604が、HSSの上に堆積される。
ステップ210:ゲート層602及び窒化物層604がエッチングされて、mMOSFETの真ゲート及び真ゲートに対して所望の線形距離を有するダミーシールドゲートが形成される。
See FIG. 2C and FIG. Step 30 may include the following.
Step 208: A gate layer 602 and a nitride layer 604 are deposited over the HSS.
Step 210: Gate layer 602 and nitride layer 604 are etched to form the true gate of the mMOSFET and a dummy shield gate with a desired linear distance to the true gate.

図2D及び図7~図10を参照のこと。ステップ40は、以下を含むことができる。
ステップ212:スピンオン誘電体(SOD:spin-on dielectrics)702を堆積させ、次に、SOD702をエッチバックする。
ステップ214:フォトリソグラフィマスキング技術によって、上手く設計されたゲートマスク層802を形成する。
ステップ216:異方性エッチング技術を利用して、ダミーシールドゲート(DSG)の上方の窒化物層604を除去し、DSG、DSGに対応する誘電絶縁体402の一部、及びDSGに対応するp型基板102を除去する。
ステップ218:ゲートマスク層802を除去し、SOD702をエッチングし、STI-酸化物2 1002を堆積させ、次に、エッチバックする。
See Figure 2D and Figures 7-10. Step 40 can include:
Step 212: deposit spin-on dielectrics (SOD) 702, then etch back SOD 702;
Step 214: Form well-designed gate mask layer 802 by photolithographic masking techniques.
Step 216: Using an anisotropic etching technique, remove the nitride layer 604 above the dummy shield gate (DSG), the DSG, the portion of the dielectric insulator 402 corresponding to the DSG, and the p-layer corresponding to the DSG. The mold substrate 102 is removed.
Step 218: Remove gate mask layer 802, etch SOD 702, deposit STI-Oxide 2 1002, then etch back.

図2E及び図15~図17を参照のこと。ステップ50は、以下を含むことができる。
ステップ220:酸化物3層を堆積及びエッチバックして酸化物3スペーサ1502を形成し、p型基板102内に低濃度ドープされたドレイン(LDD:lightly doped drains)1504を形成し、窒化物層を堆積及びエッチバックして窒化物スペーサ1506を形成し、誘電体絶縁体402を除去する。
ステップ222:選択的エピタキシー成長(SEG:selective epitaxy growth)技術を利用して、真性シリコン電極1602を成長させる。
ステップ224:CVD-STI-酸化物3層1702を堆積及びエッチバックし、真性シリコン1602を除去し、mMOSFETのソース領域(n+ソース)1704及びドレイン領域(n+ドレイン)1706を形成する。
See Figure 2E and Figures 15-17. Step 50 can include:
Step 220: Deposit and etch back an oxide 3 layer to form oxide 3 spacers 1502, form lightly doped drains (LDDs) 1504 in p-type substrate 102, and a nitride layer. is deposited and etched back to form nitride spacers 1506 and remove dielectric insulator 402 .
Step 222: Growing the intrinsic silicon electrode 1602 using selective epitaxy growth (SEG) technique.
Step 224: Deposit and etch back a CVD-STI-Oxide 3 layer 1702, remove the intrinsic silicon 1602, and form the source region (n+source) 1704 and drain region (n+drain) 1706 of the mMOSFET.

図2F並びに図18及び図19を参照のこと。ステップ60は、以下を含むことができる。
ステップ226:酸化物スペーサ1802を堆積及びエッチングしてソース及びドレイン領域の上方にコンタクトホール開口を形成する。
ステップ228:金属1層1902を堆積及びエッチングして金属1相互接続部を形成する。
See FIG. 2F and FIGS. 18-19. Step 60 can include:
Step 226: Deposit and etch oxide spacers 1802 to form contact hole openings above the source and drain regions.
Step 228: Deposit and etch Metal 1 layer 1902 to form Metal 1 interconnects.

パートI.ゲートレベルマスク上に追加されたダミーシールドゲート(DSG)を利用して、フォトリソグラフィ不整列許容度(PMT)を回避することによってウエハ上に鋭く並びにドレイン(GEBEDI)上に同様に、ゲートエッジからソースと分離領域(GEBESI)との間の境界エッジまでの設計された距離を作ることを達成する。 Part I. Sharp on wafer as well as on drain (GEBEDI) by avoiding photolithographic misalignment tolerance (PMT) by utilizing dummy shield gate (DSG) added on gate level mask from gate edge It achieves to make the designed distance to the boundary edge between the source and the isolation region (GEBESI).

n型MOSFETを一例として挙げると、基板102は、p型基板102であり、前述の製造方法の詳細な記述は、以下の通りである。ステップ20で開始し、図2B並びに図3及び図4を参照のこと。ステップ202において、パッド酸化物層302は、p型基板102のHSSの上に形成され、次に、パッド窒化物層304は、パッド酸化物層302の上に堆積される。 Taking an n-type MOSFET as an example, the substrate 102 is a p-type substrate 102, and a detailed description of the aforementioned fabrication method follows. Beginning at step 20, see FIG. 2B and FIGS. At step 202 , a pad oxide layer 302 is formed over the HSS of p-type substrate 102 and then a pad nitride layer 304 is deposited over pad oxide layer 302 .

ステップ204において、mMOSFETの活性領域は、フォトリソグラフィマスキング技術によって画定されることができ、活性領域の外側のHSSは、相応して露出される(曝される)。活性領域パターンの外側のHSSは露出されるので、活性領域の外側のシリコン材料の部分は、異方性エッチング技術によって除去されて、トレンチ構造が形成されることができる。 At step 204, the active area of the mMOSFET can be defined by photolithographic masking techniques, and the HSS outside the active area is correspondingly exposed. Since the HSS outside the active area pattern is exposed, portions of the silicon material outside the active area can be removed by an anisotropic etching technique to form the trench structure.

ステップ206では、図4に示すように、トレンチ構造を完全に満たすために、酸化物1層は堆積され、次に、HSSの下方にSTI-酸化物1 306を形成するために、酸化物1層はエッチバックされる。図4は、図3に示すX方向に沿う断面図である。加えて、図3は頂面図であるので、図3は、パッド窒化物層304及びSTI-酸化物1 306のみを示している。次に、ステップ207において、活性領域上のパッド酸化物層302及びパッド窒化物層304は除去され、(高いKを有する)誘電絶縁体402が、HSSの上に形成される。 In step 206, an Oxide 1 layer is deposited to completely fill the trench structure and then an Oxide 1 layer to form STI-Oxide 1 306 below the HSS, as shown in FIG. The layer is etched back. 4 is a cross-sectional view along the X direction shown in FIG. 3. FIG. Additionally, since FIG. 3 is a top view, FIG. 3 only shows pad nitride layer 304 and STI-oxide 1 306. FIG. Next, in step 207, the pad oxide layer 302 and pad nitride layer 304 over the active area are removed and a dielectric insulator 402 (with high K) is formed over the HSS.

図5は、より小さな寸法でゲート領域とトランジスタ分離領域(STI)との間の幾何学的関係を達成するための通常の最先端の設計及び処理方法を示している。(高いKを有する)誘電絶縁体402がHSSの上に形成された後に、ゲート層404(金属ゲート)が誘電絶縁体402の上方に堆積され、次に、上手く設計された厚さを有する窒化物層406(窒化物キャップ)がゲート層404の上方に堆積される。次に、図5に示すように、フォトリソグラフィマスキング技術を利用して、ゲート構造1のための領域を画定し、ゲート構造1は、ゲート構造1が、mMOSFETの適切な閾値電圧を達成するためにMIS(metal insulator to substrate)(基板に対する金属絶縁体)の所要の仕事関数を送達する適切な金属ゲート材料を有するようにするために、ゲート層404及び窒化物層406を含む。加えて、STI-酸化物1 306は、HSSの下方に作られるので、(図5に示す)Tri-gate又はfin電界効果トランジスタ(FinFET)構造が形成されている。 FIG. 5 illustrates typical state-of-the-art design and processing methods for achieving geometric relationships between gate regions and transistor isolation regions (STIs) at smaller dimensions. After a dielectric insulator 402 (with high K) is formed over the HSS, a gate layer 404 (metal gate) is deposited over the dielectric insulator 402 and then nitrided with a well-designed thickness. A nitride layer 406 (nitride cap) is deposited over the gate layer 404 . Next, as shown in FIG. 5, photolithographic masking techniques are utilized to define regions for the gate structure 1, the gate structure 1 is formed in such a way as to achieve a suitable threshold voltage of the mMOSFET. A gate layer 404 and a nitride layer 406 are included to have a suitable metal gate material that delivers the required work function of the MIS (metal insulator to substrate). In addition, STI-Oxide 1 306 is made underneath the HSS, thus forming a tri-gate or fin field effect transistor (FinFET) structure (shown in FIG. 5).

活性領域の疑似長を画定するために利用される第1のフォトリソグラフィプロセス、及び活性領域における長さG(L)を画定するために利用される第2のフォトリソグラフィプロセスの後に、ゲート構造のエッジからmMOSFETのソース(又はmMOSFETのドレイン)とGEBESI(又はGEBEDI)と呼ぶ浅いトレンチ分離との間の境界のエッジまでの距離が、図5に示されるように画定されることができる。 After a first photolithographic process used to define the pseudolength of the active area and a second photolithographic process used to define the length G(L) in the active area, the gate structure The distance from the edge to the edge of the boundary between the mMOSFET source (or mMOSFET drain) and the shallow trench isolation called GEBESI (or GEBEDI) can be defined as shown in FIG.

しかしながら、図5に示すように、mMOSFETのソースと(同様にmMOSFERTのドラインの他の側にある)STI-酸化物1 306との間の境界のエッジに対してゲート構造1のエッジを整列させるためのフォトリソグラフィマスキング技術の間にフォトリソグラフィ不整列許容度(PMT)と呼ばれる不可避の理想的でない要因が存在する。X方向に沿う線形寸法において測定されたPMTがΔλであるならば、Δλは、指定された処理ノードのために利用可能な機器のフォトリソグラフィ分解能(photolithographic resolution)によって決定されるような最小特徴サイズ(minimal feature size)に相関されなければならない。例えば、7nmプロセスノードは、7nmに等しいλを有さなければならず、PMTのΔλは、3.5nm程度でなければならない。従って、mMOSFETのソース(又はmMOSFETのドレイン)の所望の実際の物理的長さがλ(例えば7nm)を標的とするならば、従来技術プロセス方法の下のmMOSFETのソース(又はmMOSFETのドレイン)の設計長は、λ及びΔλの和よりも大きくなければならない(例えば>10.5nm)。 However, as shown in FIG. 5, align the edge of gate structure 1 with the edge of the boundary between the source of the mMOSFET and the STI-Oxide 1 306 (also on the other side of the drain of the mMOSFET). There is an unavoidable non-ideal factor called photolithographic misalignment tolerance (PMT) during photolithographic masking techniques for photolithography. If the PMT measured in the linear dimension along the X direction is Δλ, then Δλ is the minimum feature size as determined by the photolithographic resolution of the equipment available for the specified processing node. (minimal feature size). For example, a 7 nm process node should have λ equal to 7 nm, and Δλ for PMT should be on the order of 3.5 nm. Therefore, if the desired actual physical length of the mMOSFET source (or mMOSFET drain) is targeted at λ (eg, 7 nm), then the length of the mMOSFET source (or mMOSFET drain) under prior art process methods is The design length must be greater than the sum of λ and Δλ (eg >10.5 nm).

従って、本発明は、PMTの上述の負の効果を除去することができる新しい構造を利用する。すなわち、ゲート構造のエッジからmMOSFETのソース(又はmMOSFETのドレイン)とGEBESI(又はGEBEDI)と呼ぶ浅いトレンチ分離との間の境界のエッジまでの距離のあらゆる寸法が達成されることが望ましく、mMOSFET100の長さ方向(すなわち、図4及び図5に示すX方向)に沿うPMTのための余分な寸法を残しておく必要はない。 Accordingly, the present invention utilizes a new structure that can eliminate the above-mentioned negative effects of PMT. That is, any dimension of the distance from the edge of the gate structure to the edge of the boundary between the source of the mMOSFET (or the drain of the mMOSFET) and the shallow trench isolation called GEBESI (or GEBEDI) should be achieved; No extra dimension needs to be left for the PMT along the length direction (ie the X direction shown in FIGS. 4 and 5).

ステップ208では、図6に示すように、(高いKを有する)誘電絶縁体402が、HSSの上に形成された後に、ゲート層602及び窒化物層604が堆積される。次に、ステップ210において、ゲート層602及び窒化物層604はエッチングされて、ゲート構造が構成される(ゲート層602は、mMOSFETのゲート構造であり得る)。図6に示す新しい構造と図5に示す構造との間の主な違いは、mMOSFETの真ゲート(TG)がフォトリソグラフィマスキング技術によって画定されるときに、ダミーシールドゲート(DSG)も所望のTGに対して平行に画定されるので、標的線形距離(例えば、7nmプロセスノードにおける7nmのようなλ)が、PMTのための余分な寸法(すなわち、Δλ)を残しておくことなく、DSGとTGとの間に存在することである。同じマスク上で設計されるDSG及びTGの両方を、活性領域を覆う誘電絶縁体402の頂部に同時に形成することができる。加えて、図6に示すように、TG2及びTG3は、他のmMOSFETに対応する。 In step 208, a gate layer 602 and a nitride layer 604 are deposited after a dielectric insulator 402 (with high K) is formed over the HSS, as shown in FIG. Next, at step 210, the gate layer 602 and nitride layer 604 are etched to form the gate structure (the gate layer 602 may be the gate structure of an mMOSFET). The main difference between the new structure shown in FIG. 6 and the structure shown in FIG. 5 is that when the mMOSFET true gate (TG) is defined by photolithographic masking techniques, the dummy shield gate (DSG) is also defined by the desired TG. , so that the target linear distance (e.g., λ as 7 nm at the 7 nm process node) is between DSG and TG without leaving an extra dimension (i.e., Δλ) for the PMT. It is to exist between Both the DSG and TG designed on the same mask can be formed simultaneously on top of the dielectric insulator 402 covering the active area. In addition, TG2 and TG3 correspond to other mMOSFETs, as shown in FIG.

以下のステップは、ダミーシールドゲートを、HSSの上方に持ち上げられる分離領域とどのように置き換えるかを記載する。ステップ212において、図7に示すように、SOD702を堆積させ、化学機械研磨(CMP:chemical mechanical polishing)技術を利用してSOD702をエッチバックし、SOD702の頂部を窒化物層604の頂部と同程度の高さにする。 The following steps describe how to replace the dummy shield gate with an isolation region raised above the HSS. In step 212, deposit SOD 702 and etch back SOD 702 using a chemical mechanical polishing (CMP) technique to make the top of SOD 702 even with the top of nitride layer 604, as shown in FIG. height.

ステップ214では、図8に示すように、ゲートマスク層802を堆積させ、次に、フォトリソグラフィマスキング技術によってゲートマスク層802をエッチングして、TG、TG2、TG3を覆うが、GEBESI及びGEBEDIのそのような長さの中間で、安全なPMTマージンΔλでDSGを露出させる、標的(ターゲット)を達成する(図8)。 In step 214, as shown in FIG. 8, gate mask layer 802 is deposited and then etched by photolithographic masking techniques to cover TG, TG2, TG3, but not that of GEBESI and GEBEDI. A target is achieved that exposes the DSG with a safe PMT margin Δλ in between such lengths (FIG. 8).

明確にするために、図8におけるゲートマスク層802の下にあるTGとその左側DSG(右側DSG)との間の距離をGEBESI(又はGEBEDI)として印すこともできる。何故ならば、以下の図9~図10に記載する分離領域によってDSGを置き換えた後に、図8におけるTGとDSGとの間の距離は、図5において前述のGEBESI(又はGEBEDI)のように、TGのエッジからmMOSFETのソース(又はmMOSFETのドレイン)と分離領域との間の境界のエッジまでの距離になるからである。 For clarity, the distance between the TG under the gate mask layer 802 and its left DSG (right DSG) in FIG. 8 can also be marked as GEBESI (or GEBEDI). Because after replacing the DSG by the isolation region described in FIGS. 9-10 below, the distance between TG and DSG in FIG. This is because it is the distance from the edge of the TG to the edge of the boundary between the source of the mMOSFET (or the drain of the mMOSFET) and the isolation region.

ステップ216では、図9(a)に示すように、異方性エッチング技術を利用して、DSG及びDSGに対応する窒化物層604をエッチングし、更に、HSSに到達するよう、DSGに対応する誘電絶縁体402の一部をエッチングし、次に、異方性エッチング技術を利用して、HSSの下方のp型基板102のシリコン材料を除去して、HSSの下のトレンチ902を形成し、トレンチ902の深さは、STI-酸化物1 306の底の深さに等しいことができる。従って、図9(a)に示すように、PMTは、GEBESI及びGEBEDIのそれぞれの正確に制御された長さの生成において回避される。GEBESI及びGEBEDIの長さは、同じマスク上のTG及びDSGによって明確に画定されるので、図1に示すソース領域の長さS(L)及びドレイン領域の長さD(L)の両方が、かくして明確に画定され、作成される。すなわち、この単一のフォトリソグラフィマスキング技術は、TG及びDSGを画定するために使用されるだけでなく、GEBESI及びGEBEDIの長さを制御するためにも使用される。従って、長さS(L)と長さD(L)の寸法は、最小特徴サイズλと同程度に小さい最適に最小化された寸法を達成するためにさえも、正確に制御されることができる。長さS(L)及び長さD(L)は、λに等しいことができるので、長さS(L)及び長さD(L)は、TG(すなわちゲート構造)の長さに実質的に等しい。加えて、図9(b)は、図9(a)に対応する頂面図である。 In step 216, an anisotropic etching technique is used to etch the DSG and the nitride layer 604 corresponding to the DSG, as shown in FIG. etching a portion of the dielectric insulator 402 and then using an anisotropic etching technique to remove the silicon material of the p-type substrate 102 under the HSS to form a trench 902 under the HSS; The depth of trench 902 can be equal to the depth of the bottom of STI-Oxide 1 306 . Therefore, as shown in FIG. 9(a), PMT is avoided in the generation of precisely controlled lengths of GEBESI and GEBEDI, respectively. Since the lengths of GEBESI and GEBEDI are well defined by TG and DSG on the same mask, both the length S(L) of the source region and the length D(L) of the drain region shown in FIG. It is thus clearly defined and created. That is, this single photolithographic masking technique is used not only to define TG and DSG, but also to control the length of GEBESI and GEBEDI. Therefore, the dimensions of length S(L) and length D(L) can be precisely controlled, even to achieve optimally minimized dimensions as small as the minimum feature size λ. can. Since length S(L) and length D(L) can be equal to λ, length S(L) and length D(L) are substantially the length of TG (i.e. gate structure) be equivalent to. In addition, FIG. 9(b) is a top view corresponding to FIG. 9(a).

ステップ218では、図10(a)に示すように、ゲートマスク層802及びSOD702が除去される。次に、STI-酸化物2層1002を堆積させて、トレンチ902及びHSS上の他の空孔を満たし、STI-酸化物2層1002を、図10(a)に示すように、HSSに等しい表面レベルまでエッチバックすることができる。図10(b)は、図10(a)に対応する頂面図である。 In step 218, gate mask layer 802 and SOD 702 are removed, as shown in FIG. 10(a). Next, a STI-Oxide 2 layer 1002 is deposited to fill trenches 902 and other vacancies on the HSS, leaving the STI-Oxide 2 layer 1002 equal to the HSS as shown in FIG. 10(a). It can be etched back down to surface level. FIG. 10(b) is a top view corresponding to FIG. 10(a).

従って、一時的に形成されるDSGは、ソース/ドレイン領域の境界を画定するために、STI-酸化物2層1002によって置き換えられる。次に、低濃度ドープされたドレイン(LDD)、TGを取り囲むスペーサ、ソース領域、及びドレイン領域を形成する既存の任意の方法を用いて、mMOSFETを完成させることができ、ソース領域及びドレイン領域は、それぞれ、正確に制御されたGEBESI及びGEBEDIに従って形成される。 The temporarily formed DSG is therefore replaced by the STI-oxide bilayer 1002 to define the boundaries of the source/drain regions. Any existing method of forming a lightly doped drain (LDD), spacers surrounding the TG, source and drain regions can then be used to complete the mMOSFET, where the source and drain regions are , are formed according to precisely controlled GEBESI and GEBEDI, respectively.

パートII.適応ダミーシールドゲート(DSG)設計による(活性領域(AA)マスク上の)活性領域の可変形状のためのダミーシールドゲート(DSG)設計原理を用いて、GEBESI及びGEBEDIの標的長をそれぞれ達成する。 Part II. A dummy shield gate (DSG) design principle for variable shape of the active area (on the active area (AA) mask) by adaptive dummy shield gate (DSG) design is used to achieve the target lengths of GEBESI and GEBEDI, respectively.

トランジスタの分離領域の形状及びトランジスタから隣接するトランジスタへの絶縁領域の位置は(上述の実施形態からさえも)全く異なり得るので、上述の実施形態の原理を拡張することによって適応DSGをどのように設計するかに関する別の構造発明が以下に記載される。 Since the shape of the isolation region of a transistor and the location of the isolation region from a transistor to an adjacent transistor can be quite different (even from the above embodiments), how to implement an adaptive DSG by extending the principles of the above embodiments. Another structural invention for designing is described below.

図11は、隣接するトランジスタの活性領域が図6とは異なって配置される異なる幾何学的状態を示している。例えば、図6に示すように、隣接するトランジスタの隣接する活性領域は、真ゲート(TG)、真ゲート2(TG2)、真ゲート3(TG3)及びダミーシールドゲート(DSG)が堆積される前に接続されるように作られ、次に、DSGは、接続された活性領域を、DSGの長さによって個々の正確に標的化された距離に分割するために使用される。しかしながら、図11に示すように、トランジスタのソース(又はドレイン)上の活性領域は、トランジスタのTGが画定される前及び後に、任意の他の活性領域から(分離領域1102によって)完全に分離されると仮定される。従って、ここで提案されているのは、ソース側の活性領域と(ドレインについて同様に)後述するような適応DSGの両方をどのように設計するかである。例えば、GEBESIの最終的な長さがλ(又は任意の他の標的長L(S))で標的とされるならば、GEBESI側に対応する活性領域マスク(「AAマスク」)の長さは、λとΔλの和(又は長さL(S)とΔλの和)に等しいように設計されなければならない。次に、ゲートマスク上で、DSGは、図11に示すような形状を有することができる。すなわち、DSGの長方形の形状は、λに等しい長さと、活性領域の幅と2Δλの和に等しい幅とを有する(各側は、それぞれ、0.5Δλを共有する)。ソース側上のTGとDSGとの間の設計された距離は、依然としてGEBESIの長さ、例えば、λであるに過ぎない。 FIG. 11 shows a different geometry in which the active areas of adjacent transistors are arranged differently than in FIG. For example, as shown in FIG. 6, the adjacent active areas of adjacent transistors may be separated before true gate (TG), true gate 2 (TG2), true gate 3 (TG3) and dummy shield gate (DSG) are deposited. The DSG is then used to divide the connected active regions into individual precisely targeted distances by the length of the DSG. However, as shown in FIG. 11, the active area on the source (or drain) of the transistor is completely isolated (by isolation region 1102) from any other active area before and after the TG of the transistor is defined. is assumed to be So what is proposed here is how to design both the active region on the source side and (similarly for the drain) an adaptive DSG as described below. For example, if the final length of GEBESI is targeted at λ (or any other target length L(S)), then the length of the active area mask (“AA mask”) corresponding to the GEBESI side is , λ plus Δλ (or length L(S) plus Δλ). Then, on the gate mask, the DSG can have a shape as shown in FIG. That is, the rectangular shape of the DSG has a length equal to λ and a width equal to the width of the active region plus 2Δλ (each side shares 0.5Δλ). The designed distance between TG and DSG on the source side is still only the length of GEBESI, eg, λ.

ウエハレベル上の図11の活性領域及びゲートのマスクレベルから導かれた結果が図12に示されている。図12に示すように、TGがフォトリソグラフィマスキング技術によって画定されるとき、DSGは、DSGとTGとの間の標的距離(例えば、7nmプロセスノードにおける7nmのようなλ)でTGに対して平行に作られる。公称処理結果(すなわち、フォトリソグラフィ処理によって有意な不整列が誘発されない)により、DSGは、距離Δλだけ(ソースに対応する)活性領域を部分的に覆い、TG及びDSGの両方が、活性領域を覆う誘電絶縁体402の頂部に印刷される。TGとDSGの両方の頂部には窒化物キャップ層がある。 Results derived from the active area and gate mask levels of FIG. 11 on wafer level are shown in FIG. As shown in FIG. 12, when the TG is defined by photolithographic masking techniques, the DSG is parallel to the TG at a target distance between the DSG and the TG (eg, λ such as 7 nm at a 7 nm process node). made in With nominal processing results (i.e. no significant misalignment induced by photolithographic processing), the DSG partially covers the active area (corresponding to the source) by a distance Δλ, and both the TG and the DSG cover the active area. It is printed on top of the overlying dielectric insulator 402 . Both the TG and DSG have a nitride cap layer on top.

PMTが活性領域の右側に向かってTG及びDSGの両方のシフト(例えばΔλ)を引き起こすならば(図13)、パートIにおける前述の処理ステップによって記載されるようなこの以前に存在したDSG場所の場所で正確に分離領域(すなわち、STI-酸化物2)を達成するためにDSGを除去する後続の処理は、長さλを有するSTI-酸化物2層をもたらすはずであり、STI-酸化物2層は、λに等しいGEBESI長を有するソース領域の物理的幾何学的形状になる(何故ならば、TGとDSGとの間の距離は、λに等しいように設計されるからである)。他方、PMTが活性領域の左側に向かってTG及びDSGの両方のシフト(例えば、Δλ)を引き起こすならば(図14)、DSGを除去し且つSTI-酸化物2層を形成する後続の処理ステップは、長さλを有するSTI-酸化物2層をもたらし、ソース領域は、λに等しいそのGEBESI長を依然として有する。 If the PMT causes a shift (e.g., Δλ) of both TG and DSG toward the right side of the active region (Fig. 13), then this previously existing DSG location as described by the previous processing steps in Part I Subsequent processing to remove the DSG to achieve isolation regions (i.e., STI-Oxide 2) precisely in place should result in an STI-Oxide 2 layer with length λ. The two layers result in the physical geometry of the source region with a GEBESI length equal to λ (because the distance between TG and DSG is designed to equal λ). On the other hand, if the PMT causes a shift (eg, Δλ) of both TG and DSG toward the left side of the active region (FIG. 14), then subsequent processing steps to remove the DSG and form the STI-oxide bilayer yields an STI-oxide bilayer with length λ, the source region still has its GEBESI length equal to λ.

PMTが活性領域の幅方向(すなわち、上又は下方向)に沿う望ましくないシフトを引き起こすとき、活性領域の幅及び2Δλの和の幅を有するそのような適応ダミーシールドゲートの設計は、活性領域の幾何学的寸法に影響を与えてならない。適応ダミーシールドゲートを使用する新しい設計は、(例えば、λのように狭い)設計された標的に適合する長さλ及びGEBESIの長さを有するSTI-酸化物2を常にもたらすことができる。本発明は、それらのそれぞれ個々の標的長をそれぞれ有するソース及びドレインの分離領域の全ての様々な形状に確実に適用されることができる。 Such an adaptive dummy shield gate design with a width that is the sum of the width of the active region and 2Δλ reduces the width of the active region when the PMT causes an undesirable shift along the width of the active region (i.e., up or down). Do not affect geometric dimensions. New designs using adaptive dummy shield gates can always yield STI-oxide 2 with lengths λ and GEBESI that match the designed target (eg narrow as λ). The present invention can certainly be applied to all different shapes of source and drain isolation regions each having their respective individual target lengths.

パートIII.正確に画定されたソース(又はドレイン)領域は、自己整合スペーサによって正確に制御されたコンタクトホール開口が、コンタクトマスク及びホール開口プロセスステップを排除することを可能にする。 Part III. Accurately defined source (or drain) regions allow precisely controlled contact hole openings with self-aligned spacers to eliminate contact mask and hole opening process steps.

GEBESIとGEBEDIの両方が(λの程度に小さいことができる)正確に制御された小さな寸法にどのように最適に設計及び製造されることができるかを開示した後に、別の新しい発明は、GEBESIとGEBEDIのそれぞれの長さよりも小さな(図1においてそれぞれ画定されるような長さC-S(L)及び長さC-D(L)と呼ぶ)寸法をどのように作り出すかである。2つの設計及びプロセス形成が以下に記載される。 After disclosing how both GEBESI and GEBEDI can be optimally designed and manufactured to precisely controlled small dimensions (which can be as small as λ), another new invention is GEBESI and GEBEDI (referred to as length CS(L) and length CD(L) as defined respectively in FIG. 1). Two designs and process formulations are described below.

A.設計及びプロセス(I)
図10(a)を続行し、TGを利用して、以下に説明することによって、ステップ220において、図15(a)に示すように、酸化物3層を堆積させ、エッチバックして、酸化物3スペーサ1502を形成し、酸化物3スペーサ1502は、TGを覆う。次に、低濃度ドープされたゾーンをp型基板102内に形成し、低濃度ドープされたゾーン上で高速熱アニーリング(RTA:rapid thermal annealing)を行って、TGに隣接して低濃度ドープされたドレイン(LDD)1504を形成する。次に、窒化物層を堆積させ、エッチバックして、窒化物スペーサ1506を形成し、窒化物スペーサ1506は、酸化物3スペーサ1502を覆う。窒化物スペーサ1506及び酸化物3スペーサ1502によって覆われない誘電絶縁体402は除去される。加えて、図15(b)は、図15(a)に対応する頂面図である。
A. Design and process (I)
Continuing with FIG. 10(a), using TG, in step 220 three layers of oxide are deposited, etched back and oxidized as shown in FIG. 15(a). A material 3 spacer 1502 is formed and an oxide 3 spacer 1502 covers the TG. Next, a lightly doped zone is formed in the p-type substrate 102 and a rapid thermal annealing (RTA) is performed on the lightly doped zone to form a lightly doped zone adjacent to the TG. A drain (LDD) 1504 is formed. A nitride layer is then deposited and etched back to form nitride spacers 1506 , which cover oxide 3 spacers 1502 . Dielectric insulator 402 not covered by nitride spacers 1506 and oxide 3 spacers 1502 is removed. In addition, FIG. 15(b) is a top view corresponding to FIG. 15(a).

ステップ222では、図16(a)に示すように、露出されたHSSをシリコン成長シードとして利用することによって、選択的エピタキシー成長(SEG)技術を利用して、(TGの頂部の上の)窒化物キャップ604の頂部と同程度に高い高さまで、露出されたHSSの上方のみで真性シリコン1602を成長させる。加えて、図16(b)は、図16(a)に対応する頂面図である。 In step 222, the selective epitaxy (SEG) technique is used to perform nitridation (on top of the TG) by utilizing the exposed HSS as a silicon growth seed, as shown in FIG. 16(a). Intrinsic silicon 1602 is grown only above the exposed HSS to a height as high as the top of the material cap 604 . In addition, FIG. 16(b) is a top view corresponding to FIG. 16(a).

ステップ224では、図17(a)に示すように、CVD-STI-酸化物3層1702が堆積させて、全ての空孔を満たし、CMP技術によって平坦化させて、TGの頂部の上にある窒化物キャップ604の頂部まで水平な平坦な表面を達成する。次に、CVD-STI-酸化物3層1702及び窒化物スペーサ1506によって囲まれるソース及びドレイン領域に対応するHSSを露出するよう、真性シリコン1602を除去する。 In step 224, a CVD-STI-Oxide 3 layer 1702 is deposited to fill all the holes and planarize by CMP technique to overlie the top of the TG, as shown in FIG. 17(a). A horizontal flat surface is achieved to the top of the nitride cap 604 . The intrinsic silicon 1602 is then removed to expose the HSS corresponding to the source and drain regions surrounded by the CVD-STI-oxide tri layer 1702 and nitride spacers 1506 .

真性シリコン1602は、コンタクトホールが後に割り当てられる領域を囲む或いは遮断するために自己整列ピラー(SPR:self-alignment pillar)のようなものであるに過ぎない。そのような自己整列ピラーは、必ずしもシリコン材料に限定されない。選択的エピタキシー成長のために露出されるシードの材料に依存して、自己整列ピラーは、金属材料又は(SiC、SiGe、GaNなどのような)他の半導体材料であることができる。更に、基板は、シリコン基板、SiC基板、SiGe基板、又はGaN基板であることができる。 Intrinsic silicon 1602 is only like a self-alignment pillar (SPR) to surround or block areas where contact holes will later be allocated. Such self-aligned pillars are not necessarily limited to silicon materials. Depending on the seed material exposed for selective epitaxy growth, the self-aligned pillars can be of metallic material or other semiconductor material (such as SiC, SiGe, GaN, etc.). Furthermore, the substrate can be a silicon substrate, a SiC substrate, a SiGe substrate, or a GaN substrate.

mMOSFETのソース領域(n+ソース)1704及びドレイン領域(n+ドレイン)1706を形成する任意の既存の方法を実行して、ソース領域1704及びドレイン領域1706の平坦な表面をHSSで達成することができ、ソース領域(n+ソース)1704は、第1の導電性領域であることができ、ドレイン領域(n+ドレイン)1706は、第2の導電性領域であることができる。加えて、図17(a)に示すように、チャネル領域が、低濃度ドープされたドレイン(LDD)1504の間とHSSの下に存在し、チャネル領域は、ソース領域(n+ソース)1704及びドレイン領域(n+ドレイン)1706に電気的に結合される。加えて、図17(a)に示すように、ソース領域(n+ソース)1704は、ゲート構造(すなわち、TG(ゲート層602))とゲート構造の左側に位置するSTI-酸化物2 1002とCVD-STI-酸化物3層1702との間に位置し、ゲート構造の左側に位置するSTI-酸化物2 1002及びCVD-STI-酸化物3層1702の両方を第1の分離領域と呼ぶことができ、第1の分離領域は、第1の導電性領域(すなわち、ソース領域(n+ソース)1704)に隣接する。加えて、図17(a)に示すように、ドレイン領域(n+ドレイン)1706は、ゲート構造とゲート構造の右側に位置するSTI-酸化物2 1002とCVD-STI-酸化物3層1702との間に位置し、ゲート構造の右側に位置するSTI-酸化物2 1002及びCVD-STI-酸化物3層1702の両方を第2の分離領域と呼ぶことができ、第2の分離領域は、第2の導電性領域(すなわち、ドレイン領域(n+ドレイン)1706)に隣接する。加えて、図17(a)に示すように、第1の分離領域及び第2の分離領域がHSSから上向き及び下向きに延びることは明らかである。加えて、図17(b)は、図17(a)に対応する頂面図である。 Any existing method of forming the source region (n+ source) 1704 and the drain region (n+ drain) 1706 of the mMOSFET can be performed to achieve a flat surface for the source region 1704 and the drain region 1706 with HSS; A source region (n+source) 1704 can be a first conductive region and a drain region (n+drain) 1706 can be a second conductive region. In addition, a channel region exists between the lightly doped drain (LDD) 1504 and under the HSS, as shown in FIG. It is electrically coupled to region (n+ drain) 1706 . In addition, as shown in FIG. 17(a), the source region (n+ source) 1704 is formed between the gate structure (ie, TG (gate layer 602)) and the STI-Oxide 2 1002 and CVD Both the STI-Oxide 2 1002 and the CVD-STI-Oxide 3 layer 1702 located between the STI-Oxide 3 layer 1702 and on the left side of the gate structure can be referred to as first isolation regions. The first isolation region can be adjacent to the first conductive region (ie, source region (n+ source) 1704). In addition, as shown in FIG. 17(a), a drain region (n+ drain) 1706 is formed between the gate structure and the STI-Oxide 2 1002 and CVD-STI-Oxide 3 layers 1702 located to the right of the gate structure. Both the STI-Oxide 2 1002 and the CVD-STI-Oxide 3 layer 1702 located in between and on the right side of the gate structure can be referred to as second isolation regions, the second isolation region being the second isolation region. 2 conductive regions (ie, the drain region (n+ drain) 1706). In addition, it is apparent that the first isolation region and the second isolation region extend upward and downward from the HSS, as shown in FIG. 17(a). In addition, FIG. 17(b) is a top view corresponding to FIG. 17(a).

コンタクトホールを形成するステップ226では、図18(a)に示すように、分離領域の上方に位置するCVD-STI-酸化物3層1702及びTGを取り囲む窒化物スペーサ1506は、4つの側壁としてHSSよりも高いので、上手く設計された(コンタクトホール用の酸化物スペーサ(酸化物-SCH)と呼ぶ)酸化物スペーサ1802を4つの側壁の外側に作り出して、第1の導電性領域(すなわち、ソース領域(n+ソース)1704)の上方に位置し且つソース領域1704の境界内にも位置する第1のコンタクトホール1804を形成する。同様に、第2のコンタクトホール1806は、第2の導電性領域(すなわち、ドレイン領域(n+ドレイン)1706)の上方に位置し且つドレイン領域1706の境界内にも位置する。従って、図18(a)に示すように、コンタクトホール1804及び1806は、コンタクトホール開口を行うための如何なるエッチング技術も使用しないそのような自己整列方法において自然に形成され、そして、厚さtOSCHを有する酸化物-SCHの適切な設計によって、そのようなコンタクトホール開口が、GEBESI及びGEBEDIのそれぞれの長さよりも短い長さ寸法を有する。ここで新しいことは、コンタクトホール開口がソース領域(又はドレイン領域)の境界のほぼ中心に位置し、コンタクトホール開口の長さがλよりも短く設計され得ることである(何故ならば、コンタクトホールの長さ=GEBESIの長さ-厚さtOSCHの2倍であるからである。従って、例えば、厚さtOSCH=0.2λであり、GEBESIの長さ=λであるならば、コンタクトホールの長さ=0.6λである)。従って、コンタクトホールの長さは、酸化物-SCH1802の厚さtOSCHによって主に支配されるので、第1のコンタクトホール1804(及び第2のコンタクトホール1806)の周囲は、フォトリソグラフィマスキングプロセスから独立しており、図18(b)に示すように、第1のコンタクトホール1804の周囲が第1の導電性領域の周囲内にあり、第2のコンタクトホール1806の周囲が第2の導電性領域の周囲内にあることは明らかである。 In the contact hole forming step 226, as shown in FIG. 18(a), the CVD-STI-oxide tri-layer 1702 overlying the isolation region and the nitride spacer 1506 surrounding the TG have HSS as the four sidewalls. , creating well-designed oxide spacers 1802 (referred to as oxide spacers for contact holes (Oxide--SCH)) outside the four sidewalls to form the first conductive region (i.e., the source A first contact hole 1804 is formed overlying the region (n+ source) 1704 and also within the boundaries of the source region 1704 . Similarly, a second contact hole 1806 is located above and within the boundary of the second conductive region (ie, drain region (n+ drain) 1706). Therefore, as shown in FIG. 18(a), contact holes 1804 and 1806 are naturally formed in such a self-aligned method that does not use any etching technique to perform contact hole opening, and have a thickness of tOSCH. With proper design of the oxide-SCH having such contact hole opening, such contact hole opening has a length dimension shorter than the length of each of GEBESI and GEBEDI. What is new here is that the contact hole opening is located approximately in the center of the boundary of the source region (or drain region) and the length of the contact hole opening can be designed shorter than λ (because the contact hole This is because the length = length of GEBESI - twice the thickness tOSCH, so for example if the thickness tOSCH = 0.2λ and the length of GEBESI = λ, then the length of the contact hole height = 0.6λ). Therefore, the perimeter of the first contact hole 1804 (and the second contact hole 1806) is independent of the photolithographic masking process because the length of the contact hole is primarily governed by the thickness tOSCH of the oxide-SCH 1802. 18(b), the periphery of the first contact hole 1804 is within the periphery of the first conductive region, and the periphery of the second contact hole 1806 is the second conductive region. is clearly within the perimeter of .

加えて、図18(a)に示すように、コンタクトホール開口の長さは、λよりも短いので、第1のコンタクトホール1804の長さは(第2のコンタクトホール1806の長さも)、ゲート構造の長さよりも短い(何故ならば、図6に示すように、ゲート構造の長さは、λに等しいからである)。加えて、図18(a)に示すように、酸化物スペーサ1802は厚さtOSCHを有し、GEBESIの長さはゲート構造の長さに等しいので、ゲート構造の(ゲート構造の左側に位置する)第1の側壁とゲート構造から離れた第1のコンタクトホール1804の側壁との間の水平距離がゲート構造の長さ(すなわち、λ)よりも短いことは明らかである。加えて、図18(a)に示すように、ゲート構造の第1の側壁とゲート構造から離れた第1の導電性領域(すなわち、ソース領域1704)の側壁との間の水平距離がゲート構造の長さにほぼ等しいことも明らかである。同様に、図18(a)に示すように、ゲート構造の(ゲート構造の右側に位置する)第2の側壁とゲート構造から離れた第2の分離領域の側壁との間の水平距離は、ゲート構造の長さに実質的に等しい。 In addition, as shown in FIG. 18(a), since the length of the contact hole opening is shorter than λ, the length of the first contact hole 1804 (also the length of the second contact hole 1806) is less than that of the gate. shorter than the length of the structure (because the length of the gate structure is equal to λ, as shown in FIG. 6). In addition, as shown in FIG. 18(a), the oxide spacer 1802 has a thickness tOSCH and the length of the GEBESI is equal to the length of the gate structure so that it is located on the left side of the gate structure. ) It is clear that the horizontal distance between the first sidewall and the sidewall of the first contact hole 1804 away from the gate structure is less than the length of the gate structure (ie, λ). Additionally, as shown in FIG. 18(a), the horizontal distance between the first sidewall of the gate structure and the sidewall of the first conductive region (ie, source region 1704) remote from the gate structure is the gate structure. It is also clear that it is approximately equal to the length of . Similarly, as shown in FIG. 18(a), the horizontal distance between the second sidewall of the gate structure (located to the right of the gate structure) and the sidewall of the second isolation region away from the gate structure is substantially equal to the length of the gate structure.

加えて、図18(a)に示すように、ゲート構造の左側に位置し且つゲート構造の付近に位置する酸化物スペーサ1802(すなわち、第1のスペーサ)は、ゲート構造の第1の側壁を覆い、ゲート構造の左側に位置し且つゲート構造から離れて位置する酸化物スペーサ1802(すなわち、第2のスペーサ)は、第1の分離領域1702の側壁を覆い、第1のコンタクトホール1804は、第1のスペーサと第2のスペーサとの間に形成される。 In addition, as shown in FIG. 18(a), an oxide spacer 1802 (i.e., first spacer) located to the left of the gate structure and located near the gate structure limits the first sidewall of the gate structure. Overlying oxide spacers 1802 (i.e., second spacers) positioned to the left of and away from the gate structure cover sidewalls of first isolation regions 1702, and first contact holes 1804 are It is formed between the first spacer and the second spacer.

加えて、図18(a)に示すように、ゲート構造の右側に位置し且つゲート構造の付近に位置する酸化物スペーサ1802(すなわち、第3のスペーサ)は、ゲート構造の(ゲート構造の右側に位置する)第2の側壁を覆い、ゲート構造の右側に位置し且つゲート構造から離れて位置する酸化物スペーサ1802(すなわち、第4のスペーサ)は、第2の絶縁領域の側壁を覆い、第2のコンタクトホール1806は、第3のスペーサと第4のスペーサとの間に形成される。 In addition, as shown in FIG. 18(a), oxide spacers 1802 (i.e., third spacers) located on the right side of the gate structure and located near the gate structure an oxide spacer 1802 (i.e., a fourth spacer) covering the second sidewalls of the gate structure and positioned to the right of the gate structure and away from the gate structure covering the sidewalls of the second insulating region; A second contact hole 1806 is formed between the third spacer and the fourth spacer.

加えて、図18(b)に示すように、第1のコンタクトホール1804の周囲が第1の導電性領域(又はソース領域)の周囲に囲まれていること、第1のコンタクトホール1804の周囲の形状が第1の導電性領域の周囲の形状に類似していること、及び第1の導電性領域の周囲が長方形のような形状を有することも明らかである。同様の状況が、第2のコンタクトホール1806及び第2の導電性領域(又はドレイン領域)に適用される。 In addition, as shown in FIG. 18(b), the first contact hole 1804 is surrounded by the first conductive region (or source region), and the first contact hole 1804 is surrounded by the first conductive region (or source region). is similar to the shape of the perimeter of the first conductive region, and that the perimeter of the first conductive region has a rectangular-like shape. A similar situation applies to the second contact hole 1806 and the second conductive region (or drain region).

本発明によれば、この自己整列コンタクトホールは、λよりも小さいそのような寸法においてフォトリソグラフィマスキングプロセスを使用すること並びに複雑なエッチングプロセス技術を更に使用することによってコンタクトホール開口を作成する従来技術の設計及びプロセスのコンタクト長よりも短いコンタクト長として現れるはずである。加えて、本発明は、(ソース領域及びドレイン領域のためのコンタクトホールのような)金属1コンタクトを画定及び作成するための最も制御が困難であり且つ最も高価なマスクと、コンタクトホール開口を穿孔するという後続のタスクを排除する。加えて、図18(b)は、図18(a)に対応する頂面図である。 According to the present invention, this self-aligned contact hole is achieved by using photolithographic masking processes at such dimensions smaller than λ, as well as by using complex etching process techniques as well as the prior art techniques for creating contact hole openings. It should appear as a contact length shorter than the contact length of the design and process. In addition, the present invention eliminates the most difficult to control and most expensive masks for defining and making metal 1 contacts (such as contact holes for source and drain regions) and drilling contact hole openings. eliminate the subsequent task of In addition, FIG. 18(b) is a top view corresponding to FIG. 18(a).

金属1接続を形成するステップ228において、図19を参照のこと。金属1層1902を堆積させてコンタクトホールを満たした後に、フォトリソグラフィマスキング技術を用いて金属1層1902を画定することができる。図19に示すように、金属1層1902は、コンタクトホールの開口部を完全に覆い且つ正確に制御された寸法においてあらゆる不可避のPMTを残しておく幅を有さなければならない。すなわち、金属1層1902の幅は、(ソース領域の上方の)コンタクトホール開口の長さC-S(L)に2Δλを加えたものであり、等しくドレイン領域の上方のコンタクトホール開口上で、コンタクトホールの長さC-D(L)に2Δλを加えたものである。コンタクトホール開口の長さが(コンタクトホール内の酸化物スペーサ1802の寸法は、計算において上述のように十分に制御され得るので制御下にあるはずである)0.6λに制御され得るならば、金属1層1902の幅は、コンタクトホール開口の長さ及び2Δλの和として小さくあることができる(本発明の1つの実施形態において、Δλ=0.5λ(すなわち、ゲート構造の長さの半分)であり、コンタクトホール開口の長さ=0.6λであるならば、金属1層1902の幅は、不可避のPMTの下でコンタクトホール開口を完全に覆うために1.6λの程度に狭いことができ、すなわち、金属1層1902の幅は、不可避のPMTの下でコンタクトホール開口を完全に覆うために、第1のコンタクトホール1804の長さにゲート構造の長さを加えたものに等しいことができる)。本発明によれば、1.6λぐらい狭い金属1層1902の幅は、金属1相互接続部の最小幅の1つであることができる。加えて、2つの最も近い金属1相互接続部の間の最小スペース1904は、λより小さくあるべきでない。加えて、図19に示すように、金属1層1902(すなわち、第1の金属領域)は、第1のコンタクトホール1804内に充填され、第1の導電性領域(すなわち、ソース1704)と接触し、第1の金属領域は、第1の導電性領域から窒化物層604(すなわち、キャップ層)の頂部よりも高い所定の位置まで上方に延びる。 See FIG. 19 in step 228 of forming metal 1 connections. After depositing the metal 1 layer 1902 to fill the contact holes, the metal 1 layer 1902 can be defined using photolithographic masking techniques. As shown in FIG. 19, the metal 1 layer 1902 must have a width that completely covers the contact hole opening and leaves any unavoidable PMT in precisely controlled dimensions. That is, the width of metal 1 layer 1902 is the length CS(L) of the contact hole opening (above the source region) plus 2Δλ, and equally over the contact hole opening above the drain region: 2Δλ is added to the contact hole length CD(L). If the length of the contact hole opening (which should be under control since the dimensions of the oxide spacers 1802 in the contact hole can be well controlled as described above in the calculations) can be controlled to 0.6λ, then The width of metal 1 layer 1902 can be as small as the sum of the length of the contact hole opening and 2Δλ (Δλ=0.5λ (ie half the length of the gate structure) in one embodiment of the present invention. and the length of the contact hole opening=0.6λ, then the width of the metal 1 layer 1902 should be as narrow as 1.6λ to completely cover the contact hole opening under the unavoidable PMT. That is, the width of the metal 1 layer 1902 is equal to the length of the first contact hole 1804 plus the length of the gate structure to completely cover the contact hole opening under the unavoidable PMT. can be done). According to the present invention, a width of metal 1 layer 1902 as narrow as 1.6λ can be one of the minimum widths of a metal 1 interconnect. Additionally, the minimum space 1904 between the two closest Metal 1 interconnects should be no less than λ. Additionally, as shown in FIG. 19, Metal 1 layer 1902 (ie, first metal region) is filled into first contact hole 1804 and contacts first conductive region (ie, source 1704). However, the first metal region extends upward from the first conductive region to a predetermined position above the top of the nitride layer 604 (ie, the cap layer).

加えて、例えば、mMOSFETのp型基板102に直接的に接続され且つ接地されるソース(及び/又はドレイン)のために(その全文が参照により本明細書に援用される2020年8月12日に出願された特許文献1に開示される)併合された半導体接合部及び金属導体(MSMC)構造を用いることによって、図20に示すように、隣接する金属1相互接続部がないならば、ダミーシールドゲートによって画定されるCVD-STI-酸化物3層1702の幅を、隣接する金属1相互接続部の間の空間によって制限されることなく、最小特徴サイズλぐらいに小さくすることができる。加えて、図20に示すように、ソース領域は、第1の半導体領域(N+高濃度ドープされた半導体領域)1906と、第1の金属含有領域1908とを含み、ドレイン領域は、第2の半導体領域(N+高濃度ドープされた半導体領域)1910と、第2の金属含有領域1912とを含み、第1の酸化物ガード層(OGL:oxide guard layer)1914が、第1の金属含有領域1908の側壁のみを覆い、第1の金属含有領域1908の底を覆わず、(図20に示す凹部内の)第2の酸化物ガード層1916は、第2の金属含有領域1912の側壁及び底を覆う。従って、第1の金属含有領域1908は、第1の金属含有領域1908の底を通じてp型基板102に結合される。 In addition, e.g. By using a merged semiconductor junction and metal conductor (MSMC) structure, as shown in FIG. 20, if there is no adjacent metal 1 interconnect, dummy The width of the CVD-STI-Oxide-3 layer 1702 defined by the shield gate can be made as small as the minimum feature size λ without being limited by the space between adjacent Metal-1 interconnects. Additionally, as shown in FIG. 20, the source region includes a first semiconductor region (N+ heavily doped semiconductor region) 1906 and a first metal-containing region 1908, and the drain region includes a second It includes a semiconductor region (N+ heavily doped semiconductor region) 1910 and a second metal-containing region 1912 , a first oxide guard layer (OGL) 1914 overlying the first metal-containing region 1908 . The second oxide guard layer 1916 (in the recess shown in FIG. 20) covers only the sidewalls of the first metal-containing region 1908 and does not cover the bottom of the first metal-containing region 1908 , covering the sidewalls and bottom of the second metal-containing region 1912 . cover. Thus, first metal-containing region 1908 is coupled to p-type substrate 102 through the bottom of first metal-containing region 1908 .

本発明の重要な利点は、GEBESI、GEBEDI及びコンタクトホール開口の長さ、並びに金属1相互接続部の幅のような殆ど全ての臨界寸法を、PMTの不確実性に影響されることなく正確に制御でき、従って、臨界寸法の均一性に起因するそれらの再現性、品質及び信頼性を保証できることである。 An important advantage of the present invention is that almost all critical dimensions such as GEBESI, GEBEDI and contact hole opening lengths, as well as metal 1 interconnect widths, can be accurately measured without being affected by PMT uncertainties. controllable, thus ensuring their reproducibility, quality and reliability due to the uniformity of critical dimensions.

B.設計及びプロセス(II)
上述のような原理を以下の実施形態において採用するが、唯一の違いは、スペーサ及びコンタクトホール開口をどのように形成するかである。図9(a)を続行することによって、図21(a)に示すように、ゲートマスク層802を除去し、次に、酸化物2層を堆積させて、トレンチ902及びHSS上の他の空孔を満たして、STI-酸化物2 2102を形成し、次に、CMPによってSTI-酸化物2 2102を平坦化して、STI-酸化物2 2102の頂部をSOD702の頂部及びTGの上にある窒化物層604の頂部までの高さぐらいにする。加えて、図21(b)は、図21(a)に対応する頂面図である。
B. Design and process (II)
The principles as described above are adopted in the following embodiments, the only difference being how the spacers and contact hole openings are formed. Continuing with FIG. 9(a), as shown in FIG. 21(a), the gate mask layer 802 is removed and then an oxide bilayer is deposited to provide trenches 902 and other voids above the HSS. Fill the holes to form STI-Oxide 2 2102, then planarize STI-Oxide 2 2102 by CMP to nitride the top of STI-Oxide 2 2102 on top of SOD 702 and TG. It should be about as high as the top of the layer 604 . In addition, FIG. 21(b) is a top view corresponding to FIG. 21(a).

次に、図22(a)に示すように、SOD702を除去する。酸化物3層を体積させ、異方性エッチング技術によってエッチバックして、酸化物3スペーサ2202を形成し、酸化物3スペーサ2202は、TGを覆う。次に、p型基板102内に低濃度ドープされたゾーンを形成し、低濃度ドープされたゾーン上で高速熱アニーリングを行って、TGの隣に低濃度ドープされたドレイン(LDD)2204を形成する。次に、窒化物層が堆積させ、エッチバックして、窒化物スペーサ2206を形成し、窒化物スペーサ2206は、酸化物3スペーサ2202を覆う。そして、次に、以前に存在するSOD702の下にある誘電絶縁体402を除去する。加えて、図22(b)は、図22(a)に対応する頂面図である。 Next, as shown in FIG. 22(a), the SOD 702 is removed. An oxide 3 layer is deposited and etched back by an anisotropic etching technique to form an oxide 3 spacer 2202, which covers the TG. Next, a lightly doped zone is formed in the p-type substrate 102 and a rapid thermal annealing is performed on the lightly doped zone to form a lightly doped drain (LDD) 2204 next to the TG. do. A nitride layer is then deposited and etched back to form nitride spacers 2206 , which cover oxide 3 spacers 2202 . And then the dielectric insulator 402 underlying the previously existing SOD 702 is removed. In addition, FIG. 22(b) is a top view corresponding to FIG. 22(a).

次に、図23(a)に示すように、露出されたHSS領域をシリコン成長シードとして使用することによって、選択的エピタキシー成長(SEG)技術を利用して、TGの頂部の上方にある窒化物キャップ604の頂部と同じくらい高い高さまで、露出されたHSSの上方だけの真性シリコン2302を成長させる。パートIIIの以前のセクションAとの違いは、SEG真性シリコン2302の形状をより良く制御し得ることである。何故ならば、SEG真性シリコン2302の2つの側面がSTI-酸化物2 2102とTGとの間に挟まれ、SEG真性シリコン2302の他の2つの側面が活性領域の崖エッジ(cliff edge)の上方の空気に面し、活性領域が誘電絶縁体402によって依然として覆われ、隣接するSTI-酸化物1の上方にあるからである。次に、(図23(b)に示す)CVD-STI-酸化物層3層2304を堆積させて、全ての空孔を満たし、CMP技術によって平坦化させて、(TGの頂部の上の)窒化物キャップ604の頂部まで水平にされた平坦な表面を達成する。加えて、図23(b)は、図23(a)に対応する頂面図である。 Next, as shown in FIG. 23(a), the selective epitaxy growth (SEG) technique is utilized to grow the nitride over the top of the TG by using the exposed HSS regions as silicon growth seeds. Grow intrinsic silicon 2302 only above the exposed HSS to a height as high as the top of cap 604 . A difference from the previous Section A of Part III is that the shape of the SEG intrinsic silicon 2302 can be better controlled. Because two sides of SEG intrinsic silicon 2302 are sandwiched between STI-Oxide 2 2102 and TG, the other two sides of SEG intrinsic silicon 2302 are above the active area cliff edge. , the active area is still covered by the dielectric insulator 402 and above the adjacent STI-oxide 1 . Next, a CVD-STI-Oxide layer 3 layer 2304 (shown in FIG. 23(b)) is deposited to fill all the vacancies and planarized by a CMP technique (on top of the TG). A flat surface leveled to the top of the nitride cap 604 is achieved. In addition, FIG. 23(b) is a top view corresponding to FIG. 23(a).

更に、図24(a)に示すように、CVD-STI-酸化物3層2304の2つの壁、STI-酸化物2 2102上の窒化物スペーサ2206の壁、及びTGを囲む窒化物スペーサ2206の壁によって囲まれる、ソース(n+ソース)2402及びドレイン(n+ドレイン)2404のための領域においてHSSを露出させるように、真性シリコン2302を除去する。mMOSFETのソース領域2402及びドレイン領域2404を形成する任意の既存の方法を実行して、HSSでソース領域2402及びドレイン領域2404の平坦な表面を達成することができる。 Further, as shown in FIG. 24(a), two walls of the CVD-STI-Oxide 3 layer 2304, a wall of the nitride spacer 2206 on the STI-Oxide 2 2102, and a wall of the nitride spacer 2206 surrounding the TG. The intrinsic silicon 2302 is removed to expose the HSS in the areas for the source (n+source) 2402 and drain (n+drain) 2404, surrounded by walls. Any existing method of forming the source and drain regions 2402 and 2404 of the mMOSFET can be performed to achieve a planar surface for the source and drain regions 2402 and 2404 in HSS.

図24(a)に示すように、CVD-STI-酸化物3層2304の2つの壁、STI-酸化物2 2102上の窒化物スペーサ2206、及びTGを囲む窒化物スペーサ2206は、全て、4つの側壁としてHSSよりも高いので、別の上手く設計された4つの(コンタクトホール用の酸化物スペーサ、酸化物-SCHと呼ぶ)酸化物スペーサ2406を新たに作成して、4つの側壁を覆うことができる。従って、コンタクトホール開口は、コンタクトホールを作成する如何なるエッチング技術も使用しないそのような自己整列方法において自然に形成され、tOSCHの厚さを有する酸化物-SCHの適切な設計によって、そのようなコンタクトホール開口は、GEBESI及びGEBEDIのそれぞれの長さよりも短い長さ寸法を有する。ここで新しいことは、コンタクトホール開口がソース領域及びドレイン領域の境界の両方の中心にそれぞれ位置し、コンタクトホール開口の長さをλより短く設計し得ることである(何故ならば、コンタクトホールの長さ=GEBESIの長さからtOSCHの2倍を減算したものであるからである。従って、例えば、tOSCH=0.2λであり、GEBESI=λであるならば、コンタクトホールの長さ=0.6λである)。本発明によれば、この自己整列コンタクトホールは、フォトリソグラフィマスキングプロセスステップを使用すること及びλよりも短いそのような寸法において複雑なエッチングプロセス技術を使用することによってコンタクトホール開口を作成することの任意の従来技術の設計及びプロセスのコンタクト長よりも短いコンタクト長として現れるはずである。加えて、本発明は、金属1接点を画定及び作成するための最も制御が困難であり最も高価なマスク並びにコンタクトホール開口を穿孔するという後続のタスクを排除する。加えて、図24(b)は、図24(a)に対応する頂面図である。 As shown in FIG. 24(a), the two walls of the CVD-STI-Oxide 3 layer 2304, the nitride spacers 2206 on the STI-Oxide 2 2102, and the nitride spacers 2206 surrounding the TG are all 4 As one sidewall is taller than HSS, another well-designed four new oxide spacers 2406 (referred to as oxide spacers for contact holes, oxide-SCH) are made to cover the four sidewalls. can be done. Therefore, contact hole openings are naturally formed in such a self-aligned method that does not use any etching techniques to create contact holes, and by proper design of oxide-SCH with a thickness of tOSCH, such contacts The hole opening has a length dimension that is less than the respective lengths of GEBESI and GEBEDI. What is new here is that the contact hole opening is located at the center of both the boundaries of the source and drain regions, respectively, and the length of the contact hole opening can be designed shorter than λ (because the contact hole This is because the length is the length of GEBESI minus twice tOSCH, so if, for example, tOSCH=0.2λ and GEBESI=λ, then the length of the contact hole=0.2λ. 6λ). According to the present invention, this self-aligned contact hole is achieved by using photolithographic masking process steps and creating contact hole openings at such dimensions shorter than λ by using complex etching process techniques. It should appear as a shorter contact length than that of any prior art design and process. In addition, the present invention eliminates the most difficult to control and most expensive mask for defining and making metal 1 contacts and the subsequent task of drilling contact hole openings. In addition, FIG. 24(b) is a top view corresponding to FIG. 24(a).

図25は、金属1層2502を堆積させてコンタクトホール開口を満たし、次に、フォトリソグラフィマスキング技術を使用して金属1層2502を画定することができる後の結果を示している。図25に示すように、金属1層2502は、コンタクトホール開口を完全に覆い、正確に制御された寸法において不可避のPMTを残しておく、その幅を有さなければならない。すなわち、金属1層2502の幅は、コンタクトホール開口の長さC-S(L)に2Δλを加えたものであり、等しくドレイン上では、コンタクトホール開口の長さC-D(L)に2Δλを加えたものである。コンタクトホール開口を(コンタクトホール内の酸化物スペーサ2406の寸法を計算において上述のように上手く制御し得るので制御の下にあり得る)0.6λに制御し得るならば、金属1層2502の幅は、コンタクトホール開口の長さ及び2Δλの和ぐらいに小さくあり得る(Δλ=0.5λであり、コンタクトホール開口の長さ=0.6λであるならば、金属1層2502の幅は、不可避のPMTの下でコンタクトホール開口を完全に覆うために1.6λぐらいに狭くあり得る)。本発明によれば、1.6λぐらいに狭い金属1層1902の幅は、金属1相互接続部の最小の幅のうちの1つであり得る。2つの最も近い金属1相互接続部の間の最小の空間2504は、λより小さくてはならない。本発明の重要な利点は、GEBESI、GEBEDI及びコンタクトホール開口の長さ、並びに金属1相互接続部の幅のような殆ど全ての臨界寸法を、PMTの不確実性に影響されることなく正確に制御でき、よって、これらの臨界寸法の均一性に起因するそれらの再現性、品質及び信頼性を保証できることである。 FIG. 25 shows the result after a Metal 1 layer 2502 is deposited to fill the contact hole openings and then Photolithographic masking techniques can be used to define the Metal 1 layer 2502 . As shown in FIG. 25, Metal 1 layer 2502 must have a width that completely covers the contact hole opening, leaving unavoidable PMTs in precisely controlled dimensions. That is, the width of the metal 1 layer 2502 is the contact hole opening length C−S(L) plus 2Δλ, and equally above the drain is the contact hole opening length CD(L) plus 2Δλ. is added. If the contact hole opening can be controlled to 0.6λ (which can be under control since the dimensions of the oxide spacers 2406 in the contact hole can be well controlled as described above in the calculations), the width of the metal 1 layer 2502 is can be as small as the sum of the length of the contact hole opening and 2Δλ (if Δλ=0.5λ and the length of the contact hole opening=0.6λ, then the width of metal 1 layer 2502 is unavoidably (can be as narrow as 1.6λ to completely cover the contact hole opening under the PMT). According to the present invention, a width of metal 1 layer 1902 as narrow as 1.6λ can be one of the minimum widths of a metal 1 interconnect. The minimum space 2504 between the two closest Metal 1 interconnects should not be less than λ. An important advantage of the present invention is that almost all critical dimensions such as GEBESI, GEBEDI and contact hole opening lengths, as well as metal 1 interconnect widths, can be accurately measured without being affected by PMT uncertainties. control, thus ensuring their reproducibility, quality and reliability due to the uniformity of these critical dimensions.

要約すると、フォトリソグラフィ不整列許容度を回避することによって、特に、ゲートとソース、ゲートとドレイン、金属1とソース/ドレインとの間のコンタクトホール開口の間の幾何学的関係に関する、並びに金属1相互接続部の幅及びコンタクトホールを充填する自己整列方法に関する設計及び処理に関する基本的な改良を有することによって、MOSFET構造に関する本発明の上記実施形態に由来する将来の集積回路設計のための幾つかの主要な改良がある。 In summary, by avoiding photolithographic misalignment tolerances, particularly with respect to geometric relationships between contact hole openings between gate and source, gate and drain, metal 1 and source/drain, and metal 1 Some for future integrated circuit designs that derive from the above embodiments of the invention for MOSFET structures by having fundamental improvements in design and processing regarding interconnect widths and self-aligned methods of filling contact holes. There are major improvements in

(1)フォトリソグラフィ不整列許容度に起因する不確実性を除去することによってゲートの2つのエッジから長さS(L)及び長さD(L)を正確に画定する。 (1) Accurately define the lengths S(L) and D(L) from the two edges of the gate by removing uncertainties due to photolithographic misalignment tolerances.

(2)長さS(L)及び長さD(L)の両方をフォトリソグラフィマスキング及び処理分解能によって可能にされる最小特徴サイズλに設計及び作成することができ、それはソース及びドレインのサイズを有意に最小化し、よって、MOSFETの領域並びに待機電流及び活性電流及び電力の両方を低減し、MOSFETの動作速度を相応して向上させる。 (2) Both length S(L) and length D(L) can be designed and fabricated to the minimum feature size λ allowed by photolithographic masking and processing resolution, which allows the size of the source and drain to be Significantly minimized, thus reducing both the area of the MOSFET and the standby and active currents and power, with a corresponding increase in the operating speed of the MOSFET.

(3)長さS(L)及び長さD(L)の両方が正確に制御されるので、ソース及びドレインの両方を囲む4つの側壁からそれぞれスペーサを作ることによる本発明の自己整列技術は、ソース及びドレインの両方の中心付近で制御可能な形状及びサイズをそれぞれ有する自己整列コンタクトホール(SACH:self-alignment contact holes)を、それぞれ正確に作ることができる。 (3) Since both the length S(L) and the length D(L) are precisely controlled, the self-aligning technique of the present invention by making each spacer out of four sidewalls surrounding both the source and drain is , self-aligned contact holes (SACH) with controllable shapes and sizes near the center of both the source and drain, respectively, can be precisely made.

(4)SACHの長さを最小特徴サイズλよりも小さい寸法、例えば、0.6λぐらいに小さい寸法又はより一層狭い寸法に設計することができる。 (4) The length of the SACH can be designed to a dimension smaller than the minimum feature size λ, eg, as small as 0.6λ or even narrower.

(5)そのようなSACHの他の幅寸法は、自己整列スペーサ及び明確に画定された活性領域の幅によって上手く設計されることができる。何故ならば、このSACHは、制御可能な厚さを有する化学膜堆積を利用し且つコンタクトホールの制御が困難な不整列許容度及び形状を伴うフォトリソグラフィマスキング技術によってコンタクトホールを画定する最新技術方法の代わりに異方性エッチング技術を使用する十分に開発された技術に依存するスペーサ技術によって形成されるので、本発明のコンタクトホール開口は、上手く設計及び画定されることができる(コンタクトホールは、均一な正方形のコンタクト形状を有さないことがあるが、コンタクトホールは、明確に画定された長方形の形状を有し、充填結果は、実際には、コンタクトホールの狭い長さ寸法に依存する)。 (5) Other width dimensions of such a SACH can be successfully engineered with self-aligned spacers and a well-defined active area width. Because SACH is a state-of-the-art method of defining contact holes by photolithographic masking techniques that utilize chemical film deposition with controllable thickness and with misalignment tolerances and geometries that are difficult to control. The contact hole openings of the present invention can be well designed and defined because they are formed by spacer technology that relies on well-developed techniques that use anisotropic etching techniques instead of Although they may not have a uniform square contact shape, the contact hole has a well-defined rectangular shape and the filling result actually depends on the narrow length dimension of the contact hole). .

(6)最も挑戦的であり且つ高価であるコンタクト作成ステップ及びマスクを排除する。 (6) eliminates the most challenging and expensive contact fabrication steps and masks;

(7)コンタクトホール設計を、複数のコンタクトホールの間で完全に分離された1つの正方形の穴又は複数の正方形の穴から、単一のコンタクトホール又は単一のコンタクトトレンチの長方形の形状に変更する。その結果、ゲート幅の幅と複数の正方形のコンタクトホールを有することがあるソース(又はドレイン)の幅との間の寸法差を調整するために、ドッグボーンレイアウト(dog-bone layout)を用いることによって制限されることなく、ソース(又はドレイン)の幅(又は長さ)をゲートの幅(又は長さ)とほぼ同じにすることができる。 (7) Change the contact hole design from one square hole or multiple square holes with complete isolation between multiple contact holes to rectangular shape with single contact hole or single contact trench. do. As a result, a dog-bone layout is used to accommodate the dimensional difference between the width of the gate width and the width of the source (or drain), which may have multiple square contact holes. , the width (or length) of the source (or drain) can be approximately the same as the width (or length) of the gate.

(8)上手く設計された厚さを有する金属1相互接続部は、全ての既存のコンタクトホールを確実に満たすことができる。何故ならば、この充填の成功は通常SACHの長さであるコンタクトホールの最小寸法に依存するので、(タングステンスタッドプロセス及び金属1ダマスカスプロセス(damascene process)として知られるタングステン充填に平坦化プロセスを加えたプロセスのような)コンタクトスタッドを形成するための最先技術の2つのステップを1つの金属1堆積プロセスに単純化することができる。 (8) Metal 1 interconnects with well-designed thickness can reliably fill all existing contact holes. Because the success of this fill depends on the minimum dimension of the contact hole, which is usually the length of the SACH, a planarization process is added to the tungsten fill (known as the tungsten stud process and the metal 1 damascene process). The state-of-the-art two steps for forming contact studs) can be simplified into one Metal 1 deposition process.

(9)そのような統合されたSACH及び金属1形成プロセスでは、ゲートは、窒化物キャップの下に埋められ、スペーサによって保護され、それらの両方は、SACHの外側の残りの領域に平坦な台地部(plateau)を作り、金属1相互接続部は、金属1の最適に分散された相互接続ネットワークを作り出す複数のレイアウト方法を有するように設計されることができる。 (9) In such an integrated SACH and metal 1 formation process, the gate is buried under the nitride cap and protected by spacers, both of which are flattened to the rest of the area outside the SACH. Creating a plateau, the metal-1 interconnects can be designed with multiple layout methods to create an optimally distributed interconnect network of metal-1.

(10)上記利点を組み合わせることによって、新しいmMOSFET構造は、4λの最小の長さ寸法を有する(すなわち、長さS(L)=λ、長さD(L)=λ、ゲート長=λ、左側分離を説明するための1/2λ、右側分離を説明するための1/2λを含む)非常に小さいサイズを有するように作られることができ、2λの最小の幅寸法、すなわち、ソース及びドレインの両方にそれぞれ接触させる上で、コンタクトホール及び金属1相互接続の両方を有する世界最小の単一のトランジスタを8λの面積(領域)で達成することができる。 (10) By combining the above advantages, the new mMOSFET structure has a minimum length dimension of 4λ (i.e. length S(L)=λ, length D(L)=λ, gate length=λ, 1/2λ to account for left separation, 1/2λ to account for right separation) can be made to have very small sizes, with a minimum width dimension of 2λ, i.e. source and drain. The world's smallest single transistor with both contact holes and metal 1 interconnects can be achieved with an area of 8λ2 .

もちろん、設計要件に依存して、長さG(L)、長さS(L)又は長さD(L)は、最小特徴長λよりも大きくなり得る。 Of course, depending on design requirements, length G(L), length S(L) or length D(L) can be larger than the minimum feature length λ.

(11)全ての利点は、単一のMOSFETに適用されることによって制限されるだけでなく、それらの領域に関する多くの最適化された機能セルのような、CMOS(相補型金属酸化物半導体)回路に適用されることによっても制限される。例えば、SRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)、NANDゲート、NORゲート、及びランダムロジックゲートは、フォトリソグラフィ不整列許容度からの不確実性を除去し、新規な自己整列設計及びプロセス技術を採用することによって本発明に起因する正確さ、再現性、均一性、及びロバスト限界を伴って、チップ面積、電流、電力及び速度を減少させるために、本明細書で発明された設計及び製作原理を使用することによって、達成されることができる。 (11) All advantages are limited by being applied to a single MOSFET, but also CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) like many optimized functional cells for their area It is also limited by the circuit applied. For example, SRAMs (static random access memories), NAND gates, NOR gates, and random logic gates have been developed by removing uncertainty from photolithographic misalignment tolerances and employing novel self-aligned design and process techniques. Using the design and fabrication principles invented herein to reduce chip area, current, power and speed with the accuracy, reproducibility, uniformity, and robust limits resulting from the invention. can be achieved by

米国特許出願第16/991,044号明細書U.S. Patent Application No. 16/991,044

Claims (15)

ゲート構造と第1の導電性領域とを含むトランジスタの製造方法であって、
基板に基づいて活性領域を形成するステップを含み、
前記活性領域の上方に前記ゲート構造及びダミーシールドゲート構造を形成するステップと、
前記ダミーシールドゲート構造を置き換わる第1の分離領域を形成するステップと、
前記活性領域の上方に自己整列ピラーを形成するステップと、
前記自己整列ピラーを除去するステップ及び前記ゲート構造と前記第1の分離領域との間に前記第1の導電性領域を形成するステップとによって特徴付けられる、
製造方法。
A method of manufacturing a transistor including a gate structure and a first conductive region, comprising:
forming an active region based on the substrate;
forming the gate structure and a dummy shield gate structure over the active area;
forming a first isolation region that replaces the dummy shield gate structure;
forming self-aligned pillars above the active area;
characterized by removing the self-aligned pillars and forming the first conductive region between the gate structure and the first isolation region;
Production method.
前記自己整列ピラーを除去するステップの前に、当該製造方法は、
前記第1の分離領域の上方に第2の分離領域を形成するステップを含み、前記自己整列ピラーは、前記ゲート構造と前記第2の分離領域との間にあることにおいて更に特徴付けられる、
請求項1に記載の製造方法。
Prior to removing the self-aligned pillars, the method includes:
forming a second isolation region above the first isolation region, further characterized in that the self-aligned pillars are between the gate structure and the second isolation region;
The manufacturing method according to claim 1.
前記自己整列ピラーを除去した後に、当該製造方法は、
コンタクトホールを画定するために前記ゲート構造と前記第1の分離領域との間にスペーサを形成するステップを含み、
前記コンタクトホールは、前記第1の導電性領域の上方にあることにおいて更に特徴付けられる、
請求項1に記載の製造方法。
After removing the self-aligned pillars, the manufacturing method includes:
forming a spacer between the gate structure and the first isolation region to define a contact hole;
further characterized in that the contact hole is above the first conductive region;
The manufacturing method according to claim 1.
前記コンタクトホールの長さが最小特徴長よりも短いことにおいて更に特徴付けられる、請求項3に記載の製造方法。 4. The manufacturing method of claim 3, further characterized in that the length of the contact hole is shorter than the minimum feature length. 前記コンタクトホールを画定することがフォトリソグラフィプロセスから独立していることにおいて更に特徴付けられる、請求項3に記載の製造方法。 4. The method of claim 3, further characterized in that defining said contact hole is independent of a photolithography process. 前記基板は、シリコン基板であり、前記自己整列ピラーは、選択的エピタキシー成長によって形成される真性シリコンピラーであることにおいて更に特徴付けられる、請求項1に記載の製造方法。 2. The fabrication method of claim 1, further characterized in that said substrate is a silicon substrate and said self-aligned pillars are intrinsic silicon pillars formed by selective epitaxy growth. 前記自己整列ピラーは、コンタクトホールを前記第1の導電性領域の上方に割り当てるように構成されることにおいて更に特徴付けられる、請求項1に記載の製造方法。 2. The method of claim 1, further characterized in that the self-aligned pillars are configured to allocate contact holes over the first conductive regions. 前記第1の分離領域は、前記活性領域の上方に上向きに延在することにおいて更に特徴付けられる、請求項1に記載の製造方法。 2. The method of claim 1, further characterized in that said first isolation region extends upwardly above said active region. 前記ゲート構造の幅及び前記活性領域の長さを画定するように構成される第1のフォトリソグラフィプロセスを実施するステップと、
前記活性領域内の前記ゲート構造の長さを画定するように構成される第2のフォトリソグラフィプロセスを実施するステップとを含み、
前記第2のフォトリソグラフィプロセスは、前記第1の導電性領域の長さを画定するように更に構成されることにおいて更に特徴付けられる、
請求項1に記載の製造方法。
performing a first photolithographic process configured to define the width of the gate structure and the length of the active area;
performing a second photolithographic process configured to define a length of the gate structure within the active area;
The second photolithography process is further characterized in that it is further configured to define a length of the first conductive region.
The manufacturing method according to claim 1.
前記第1のフォトリソグラフィプロセスによって画定される前記活性領域の長さが、最小特徴長の約4倍に等しいことにおいて更に特徴付けられる、請求項9に記載の製造方法。 10. The method of manufacturing of claim 9, further characterized in that the length of the active region defined by the first photolithography process is equal to approximately four times the minimum feature length. 半導体表面を備える半導体基板と、
長さを備えるゲート構造と、
チャネル領域と、
前記チャネル領域に電気的に結合される第1の導電性領域とを含み、
コンタクトホールが前記第1の導電性領域の上方に位置付けられ、
前記コンタクトホールの周囲が前記第1の導電性領域の外周によって囲まれていることによって特徴付けられる、
トランジスタ構造。
a semiconductor substrate comprising a semiconductor surface;
a gate structure having a length;
a channel region;
a first conductive region electrically coupled to the channel region;
a contact hole positioned over the first conductive region;
characterized by the perimeter of the contact hole being surrounded by the perimeter of the first conductive region;
transistor structure.
前記ゲート構造の側壁と前記ゲート構造から離れている前記コンタクトホールの側壁との間の水平距離が、前記最小特徴長よりも短いことにおいて更に特徴付けられる、請求項11に記載のトランジスタ構造。 12. The transistor structure of claim 11, further characterized in that a horizontal distance between sidewalls of said gate structure and sidewalls of said contact hole remote from said gate structure is less than said minimum feature length. 前記半導体表面から上向き及び下向きに延在する分離領域と、
前記ゲート構造の第1の側壁を覆う第1のスペーサ及び前記分離領域の側壁を覆う第2のスペーサとを含み、
前記コンタクトホールは、前記第1のスペーサと前記第2のスペーサとの間にあることにおいて更に特徴付けられる、
請求項11に記載のトランジスタ構造。
isolation regions extending upwardly and downwardly from the semiconductor surface;
a first spacer overlying a first sidewall of the gate structure and a second spacer overlying a sidewall of the isolation region;
further characterized in that the contact hole is between the first spacer and the second spacer;
12. The transistor structure of claim 11.
前記ゲート構造を覆うキャップ層と、
前記コンタクトホールを満たし、前記第1の導電性領域と接触する、第1の金属領域とを含み、
前記第1の金属領域は、前記第1の導電性領域から前記キャップ層の頂部よりも高い所定の位置まで上向きに延在していることにおいて更に特徴付けられる、
請求項11に記載のトランジスタ構造。
a cap layer covering the gate structure;
a first metal region filling the contact hole and in contact with the first conductive region;
further characterized in that the first metal region extends upwardly from the first conductive region to a predetermined position above the top of the cap layer;
12. The transistor structure of claim 11.
前記コンタクトホールの周囲がフォトリソグラフィプロセスから独立していることにおいて更に特徴付けられる、請求項11に記載のトランジスタ構造。 12. The transistor structure of claim 11, further characterized in that the contact hole perimeter is photolithographic process independent.
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