JP3422333B2 - トランジスタ構造及び論理装置 - Google Patents
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Description
よびプロセス技術に関し、かつより特定的には、トラン
ジスタの縦方向集積に関する。
ーナトランジスタがしばしば使用されている。プレーナ
トランジスタはチャネル領域によって分離された拡散ソ
ース電極およびドレイン電極を有する。チャネル領域の
上には該チャネル領域からゲート酸化膜によって分離さ
れたゲート電極が横たわっている。プレーナトランジス
タは、数多くの集積回路論理の用途に使用されかつ有用
であるが、領域または面積集約的でありかつトランジス
タごとに多量の基板面積を消費する。さらに、集積回路
の寸法がサブミクロンの範囲に低減するに応じて、プレ
ーナトランジスタは種々の不都合を持つことになる。よ
り小さな形状およびより薄いゲート酸化膜の厚さにおい
ては、ホットキャリア注入、リーケージ電流、アイソレ
ーション、短チャネル作用、およびチャネル長の変動の
ような文献によく記載された問題がプレーナトランジス
タにおいては主な問題となる。
た不都合のいくつかを克服するため、エレベーテッドソ
ースおよびドレイントランジスタ、低ドープドレイン
(LDD)トランジスタおよび他の改良品が開発され
た。これらの改良は上に述べた不都合のいくつかを低減
するが、該改良はいくつかの望ましくない特性を有して
いた。主な望ましくない特性は前記改善されたトランジ
スタは、たいていの場合、プレーナトランジスタと同じ
くらいに領域集約的であるかあるいはプレーナトランジ
スタよりもさらに領域集約的であるという事実である。
くつかを低減しながら、同時に回路表面積を減少させか
つトランジスタの収容密度を増大するために種々の手法
が用いられてきた。サラウンディングゲート・トランジ
スタ(SGT)が開発され、該トランジスタを形成する
ためにはスペーサゲートおよびプレーナ拡散が使用され
ている。SGTはプレーナトランジスタに影響する不都
合のいくつかを低減しかつ縦方向に配置されたスーペー
サゲートにより表面積を低減した。SGTの分布形状
(トポグラフィ)の問題および幾何学的形状のため通常
達成するのが困難なソースおよびドレイン用コンタクト
を生じかつサブミクロン技術を使用して一貫して製造す
るのが困難になっている。さらに、注入によってソース
領域、ドレイン領域、およびチャネル領域をドーピング
することが形状のため困難になることがありかつ特別の
プロセスを必要とする。
膜トランジスタ(TFT)が、特にメモリの用途に開発
されている。TFTを使用することにより小さなメモリ
セル領域を得ることができるが、TFTは高度に抵抗的
でありかつ従ってすべての用途に適切なわけではない。
都合は本発明によって克服されかつ他の利点も達成され
る。本発明はトランジスタおよびその形成方法およびそ
こから形成される論理構造を含む。1つの形態では、該
トランジスタはベース層を有し該ベース層は1つの面を
有する。第1の誘電体層が前記ベース層の上に横たわっ
て形成される。制御電極の導電層が前記第1の誘電体層
の上に横たわって形成される。第2の誘電体層が前記制
御電極導電層の上に形成される。前記第1の誘電体層、
前記制御電極導電層、および前記第2の誘電体層の各々
一部分が除去されて前記ベース層の前記面を露出する開
口を形成する。N個の導電ゲートが前記除去によって前
記制御電極導電層から形成され、この場合Nは整数であ
りかつN個の導電ゲートの各々は側壁を有する。側壁誘
電体が前記N個の導電ゲートの各側壁に隣接して横方向
に形成される。導電領域が前記開口内に形成される。前
記導電領域は第1の電流電極として機能する第1の部分
を有する。該第1の部分は前記第1の誘電体層に横方向
に隣接しかつ前記ベース層の上に横たわる。前記導電領
域はチャネル領域として機能する第2の部分を有する。
該第2の部分は前記側壁誘電体に横方向に隣接し、かつ
前記第1の電流電極の上に横たわる。前記導電領域は第
2の電流電極として機能する第3の部分を有する。該第
3の部分は前記第2の誘電体層に横方向に隣接しかつ前
記チャネル領域に隣接する。
R、NANDおよびインバータ論理ゲートのような積層
論理構造を形成するために使用できる。
明を参照することによりさらに明瞭に理解されるであろ
う。
構造が示されている。トランジスタ10はベース層を有
し、該ベース層は1つの面を有しかつ第1の導電形を有
する基板12である。トランジスタ10が第2のトラン
ジスタ(図示せず)の上に横たわって形成される第1の
トランジスタを表す場合には、該第1のトランジスタの
ためのベース層は下に横たわる第2のトランジスタの導
電性頭部層または頭部電極である。基板12はシリコ
ン、ガリウムひ素、シリコンオンサファイア、エピタキ
シャル形成、ゲルマニウム、ゲルマニウムシリコン、多
結晶シリコン、および/または同様の基板材料から作成
することができる。好ましくは、基板12はシリコンか
ら形成される。拡散14が基板12内に形成される。拡
散14を形成するためには種々の方法を用いることがで
きる。これらの方法は以下に説明する。第1の誘電層1
6は基板12の上に横たわって形成されかつ始めは拡散
14の上に横たわっている。制御電極導電層18が誘電
体層16の上に形成される。好ましい形態では、導電層
18は多結晶シリコンであるが、導電層18は金属、サ
リサイドまたはシリサイド、ゲルマニウムシリコン、そ
の他でもよい。第2の誘電体層20は導電層18の上に
横たわって形成される。
べるすべての他の誘電体はそれらが行う機能に基づき物
理的かつ化学的構成において変化し得る。ここに述べる
誘電体層はウェットまたはドライ二酸化シリコン(Si
O2)、窒化物、テトラエチルオルソシリケート(TE
OS)をベースとした酸化物、ボロフォスフェートシリ
ケートガラス(BPSG)、フォスフェートシリケート
ガラス(PSG)、ボロシリケートガラス(BSG)、
酸化物−窒化物−酸化物(ONO)、5酸化タンタル、
プラズマ増強窒化シリコン(P−SiNx)および/ま
たは同様のものとすることができる。特定の誘電体は特
定の誘電体が好ましいかあるいは必要とされる場合に注
記する。
ず)が誘電体層20の上に被着される。該マスキング層
は伝統的な方法でパターニングされかつエッチングされ
て誘電体層20の一部を露出するマスク開口を形成す
る。誘電体層20の一部は導電層18へと選択的にエッ
チングされ誘電体層20に開口を形成する。導電層18
の一部は誘電体層16へと選択的にエッチングされ導電
層18へのエッチングにより開口を深める。誘電体層1
6の一部は基板12へと選択的にエッチングされ誘電体
層16へとエッチングすることによって開口をさらに深
める。誘電体層16のエッチングは拡散14を露出す
る。誘電体層16および20そして制御電極導電層18
のエッチングによりマスク開口へとセルフアラインされ
る開口を生ずる。該開口はいくつかの場合に「デバイス
開口(device opening)」と称される。
の方法の内の1つによって形成される。1つの形態で
は、拡散14はフォトレジストマスク、酸化物マスク、
窒化物マスクその他の内の1つを使用することによって
選択的に基板内に注入または拡散することができる。同
様にして、拡散14は酸化物または同様の材料を介して
注入し浅い、ドーパントが分散した接合を保証すること
ができる。この注入または拡散は導電層18の形成の前
に行われる。第2の方法においては、拡散14はデバイ
ス開口の形成の後に注入または拡散することができる。
第2の方法は、注入を使用した場合、得られる拡散14
が前記デバイス開口または開口にセルフアラインされる
という事実のため好ましいものである。該開口は任意の
形状または大きさでよいが好ましくは最小リソグラフサ
イズの円形のコンタクトとされる。
を示す。側壁誘電体層22は前記開口の形成から生ずる
導電層18の側壁上に形成される。該誘電体はゲート酸
化膜として機能するという事実により、誘電体層22は
たいていの場合成長されたSiO2層である。誘電体層
22の成長は薄い誘電体層24が拡散14の露出面上に
成長する結果となる。
である。従って、図3は誘電体層24の一部のための誘
電体除去ステップを示す。スペーサ26または同様の形
成物が誘電体層24および隣接する誘電体層22をおお
って形成される。好ましくは、スペーサ26は窒化物で
あり、形状的に円筒形であり、かつ前記デバイス開口の
側壁内にかつ該側壁に隣接して形成される。スペーサ2
6はデバイス開口内の内部開口を形成する。スペーサ2
6は誘電体層22を後の酸化物エッチングから保護する
ために使用される。次に、酸化物エッチングがスペーサ
26および基板12に対し選択的に行われる。該酸化物
エッチングは前記円筒形の誘電体スペーサ26内にある
誘電体層24の部分を除去する。前記スペーサの下にあ
りかつ前記開口の周辺を囲む誘電体層24の部分はエッ
チングされないで残る。スペーサ26は次に伝統的な窒
化物または除去可能なスペーサ技術によって除去され
る。
ースとも称される、第1および第2の電流電極およびチ
ャネル領域が形成される。好ましい形態では、成長され
た導電領域が使用されて前記第1および第2の電流電極
およびチャネル領域を形成する。好ましくは、成長され
た導電領域は材料のベース層のエピタキシャル成長によ
って形成される。
適した1つの機器内に置かれる。トランジスタ10を加
熱することによりかつ拡散14または基板12の露出部
分をジクロロシラン(dichlorosilane)
または同様のシリコン源ガスのような化合物にさらすこ
とにより成長が開始される。
極28がデバイス開口に形成される。電極28は前記第
1の導電形と反対の第2の導電形で形成される。ドレイ
ン電極28を第2の導電形のドーパント原子でドーピン
グするために、イオン注入も可能であるがインサイチュ
ドーピング(in−situ doping)が好まし
い。インサイチュドーピングはドレイン電極28が成長
の間にドーパントガス源によってドーピングされること
を意味する。もし第2の導電形がP形であれば、ボロン
含有ガスまたは同様のドーパントガスがドレイン電極2
8をドーピングするために使用される。もし第2の導電
形がN形であれば、燐含有、ひ素含有、あるいは同様の
ドーパントガスが電極28をドーピングするために使用
される。ドレイン電極28は、インサイチュドーピング
により、前記第1の誘電体層16に隣接して該ドレイン
電極28が図4に示されるように側壁誘電体層22の底
部に隣接するかあるいはほぼ隣接するまで成長される。
ャネル領域30を形成する。チャネル領域30は、好ま
しくはここに説明するインサイチュドーピングにより、
第1の導電形で形成される。誘電層22はゲート酸化膜
でありかつ導電層18はゲートとして作用するという事
実により、チャネル領域30におけるドーピングはしき
い値電圧を調整するために使用できる。該チャネル領域
は、インサイチュドーピングにより、前記電極が図4に
示されるように側壁電極22の頭部に隣接するかあるい
はほぼ隣接するまで成長される。
2の導電形の、ソース電極とも称される、第2の電流電
極を形成する。第2の電流電極は2つのサブ領域を有す
る。これら2つのサブ領域は低ドープ(lightly
doped)電極32および高ドープ(heavil
y doped)電極34である。電極32および34
は成長の間にインサイチュドーピングの濃度を変更する
ことにより形成される。始めに、第2の導電形のドーピ
ングガスは所定の濃度にされる。所定時間の後、かつ従
って所定のエピタキシャル成長厚さになった後、低ドー
プ電極32が形成され、かつドーパント濃度が第2の所
定のレベルに増大される。第2の所定のレベルを維持す
る間に、エピタキシャル成長が続けられて高ドープ電極
34を形成する。
イン(LDD)構造を備えたトランジスタを持つことは
都合がよい。一般に、LDD領域は直列抵抗の増大を生
ずる。もしLDD領域が、該LDD領域が最も必要とさ
れる、ソース電極においてのみ形成できれば、LDD構
成の利点は直列抵抗を低減しながら維持することができ
る。ソースおよびドレイン領域は図4の構造においては
相互交換可能であることに注目すべきである。もしソー
スとドレインとの機能が切り替えられれば(すなわち、
ソースがチャネル領域30の下に横たわって形成されか
つドレインがチャネル領域30の上に横たわって形成さ
れれば)、LDD構造はより下側の電極に対して形成で
きる。また、LDD領域をソースおよびドレインの双方
に対して形成することによりフルLDDトランジスタを
形成できることも明らかである。LDD領域は任意選択
的なものでありかつソースおよびドレイン領域の双方に
対するドーピングは一定とすることが可能なことに注目
することが重要である。
要とし、従って成長を始める前に、伝統的なRCA酸化
クリーン、Ishizaka−Shirakiクリー
ン、または同等のクリーニングサイクルのような、クリ
ーニングサイクルが行われる。さらに、薄膜トランジス
タ(TFT)は上に述べたエピタキシャル手法により形
成できる。もし基板12が単結晶シリコンの代わりに多
結晶シリコンであれば、多結晶シリコンの電極領域およ
びチャネル領域はエピタキシャル的に成長される。この
成長は図4のトランジスタ10と同様の構造の縦形TF
Tを形成する。縦形TFTはメモリセルの設計において
面積を節約することに関して有用である。
極を有する多ゲートトランジスタを形成するために使用
できることに注目することが重要である。複数のゲート
電極または、Nを整数とし、N個のゲートは2つの方法
の内の1つによって形成される。第1の方法はゲート導
電層を形成する段階、リソグラフ的にゲート導電層をマ
スキングする段階、およびN個の物理的に分離した区別
可能なゲートを形成するためにエッチングする段階を含
む。この方法においては、デバイス開口に対するフォト
リソグラフ的なアライメントが重要でありかつ従ってこ
の方法は好まれない。好ましい方法はゲート導電層を単
一領域または層として形成しかつ単一のゲート導電層を
N個の導電ゲート領域に分離するためにデバイス開口の
形成を利用することである。この方法はすべてのゲート
が前記デバイス開口に対しセルフアラインされることを
保証する。図5は、1つの形態で、層18をN個のセル
フアラインされたゲートにエッチングするために使用さ
れるゲート導電層18およびデバイス開口21の頭部斜
視図を示し、図示された例ではNは4である。
誘電体層24は後のエピタキシャル成長のためのエピタ
キシャルシーディング領域(epitaxial se
eding area)を低減する。従って、図6は、
図2〜図3のステップに置き換えて使用できかつより大
きなエピタキシャルシーディング領域を達成する別の方
法を示す。前記開口を形成するために誘電体層16およ
び20および導電層18をエッチングする場合に、通常
誘電層20のエッチングとこれに続く導電層18のエッ
チング、さらにこれに続く誘電体層16のエッチングが
使用されて基板12を露出しかつトランジスタ10の種
々の特徴部をセルフアラインする。もし導電層18のエ
ッチングの間にオーバエッチまたは等方性エッチが行わ
れれば、導電層18は横方向にエッチングされかつ誘電
体層16および20によって規定される側部を有する
「洞窟(cave)」へとくぼむであろう。前記開口の
側壁から後退した導電層18により、誘電体層22′が
図6に示されるように形成できる。誘電体層22′の形
成は除去することができる拡散14の上に横たわる表面
誘電体層(図示せず)を形成する。相違点はスペーサが
もはや必要でないことである。反応性イオンエッチ(R
IE)が行われてくぼんだ誘電体層22′に影響を与え
ることなく拡散14の表面から表面誘電体層を完全に除
去することができる。
lasma damage)によって誘電体層22′が
生じ得る。誘電体層22′はゲート酸化膜として機能す
るという事実のため、誘電体層22′は優れた品質のも
のでなければならない。従って、RIEエッチングの間
のプラズマ損傷を避けまたは低減するために、誘電体層
22′は通常N2,N2O,NH3あるいは等価物によ
って窒化される。窒化酸化物材料は他の酸化物材料より
もプラズマ損傷に抵抗する。窒化酸化物は都合のよいも
のであるがトランジスタ10にとっては任意選択的なも
のである。
の双方が形成できる。もし第1の導電形がN形でありか
つ第2の導電形がP形であれば、Pチャネル縦形トラン
ジスタが形成される。もし第1の導電形がP形でありか
つ第2の導電形がN形であれば、Nチャネル縦形トラン
ジスタが形成される。
はチャネル領域30を完全に囲む導電層18を持つであ
ろう。完全に囲む導電層18は最大の電流伝達能力、よ
り首尾一貫したアスペクト比(トランジスタの幅/トラ
ンジスタの長さの比)、および信頼性あるフォトリソグ
ラフ的なアライメントを可能にする。他の場合には、大
きなパッキング密度がチャネル領域30を導電層18に
よって部分的に囲むことにより達成できる。この大きな
パッキング密度は大部分の多結晶シリコンおよび金属の
設計ルールのための導体間のスペースの要求を避けるこ
とにより達成される。
理ゲートまたは回路を形成するために使用できる。形成
できるゲートのいくつかはN形金属酸化物半導体(NM
OS)NOR,NANDおよびインバータゲート、およ
びP形金属酸化物半導体(PMOS)NOR,NAND
およびインバータゲートである。相補金属酸化物半導体
(CMOS)NOR,NANDおよびインバータゲート
もまたトランジスタ10によって製造できる。さらに、
NMOSまたはPMOSゲートを抵抗負荷、エンハンス
メント負荷トランジスタ、またはデプレッション負荷ト
ランジスタと共に製造できる。上にあげた論理ゲートを
製造するために使用されるすべてのトランジスタは側壁
誘電体形成、LDD領域、ドーピングプロフィール、拡
散、その他に関しトランジスタ10について上に述べた
すべての柔軟性を持つことができる。
の頭部上に縦方向に積層しほぼコンタクト用開口の表面
領域を有する論理ゲートおよび回路を実現することがで
きる。該コンタクト用開口またはデバイス開口は通常サ
ブミクロンのサイズである。例えば、Mを整数として、
複数のM個のトランジスタが互いの上に横たわるように
積層される。各々の積層されたトランジスタは独立にN
チャネルまたはPチャネルの装置とすることができる。
PチャネルはトランジスタがP形にドーピングされたソ
ースおよびドレイン領域を有することを意味する。Nチ
ャネルはトランジスタがN形にドーピングされたソース
およびドレイン領域を有することを意味する。各々の積
層されたトランジスタは1からN個の導電性ゲートを持
ち、NはM個の積層されたトランジスタの各々の間で異
なる値とすることができる。
のトランジスタの第2の電流電極、または頭部電極、は
上に横たわるトランジスタの第1の電流電極、または底
部電極、に接続される。この接続機構により、P形領域
はいくつかの場合N形領域と接触することになりかつP
N接合を生成する。PN接合の間でダイオード電圧降下
を避けるためサリサイド(salicide)、金属、
シリサイド(silicide)、その他の材料が使用
されて該PN接合を電気的に短絡する。
小さな基板の表面領域内に論理ゲートおよび回路を形成
するのに十分適したものである。例えば、図7〜図14
はNMOSまたはPMOS2入力NOR論理ゲート11
の形成に適した方法および構造を示す。デバイスがNM
OSまたはPMOSデバイスであるかはドーピング方法
に依存する。NOR論理ゲート11を形成するためには
2つの積層トランジスタが必要である。
と同様の要素は簡明化のために同じ番号が付されてお
り、かつ従って詳細には説明しない。図1〜図5の各要
素と同様の図7〜図14の各要素は図1〜図5について
ここに述べるすべての変更および修正が可能であるべき
である。図7は実質的に図1〜図2と等価でありかつ誘
電体層16,20および27の形成、導電層18,19
および25の形成、基板12を露出するデバイス開口の
形成、側壁誘電体22および誘電体層24の形成、およ
び拡散14の形成を示している。
ついて説明することが重要である。導電層18および1
9は図5に示されたものと同様にして単一導電層から形
成される。導電層25は誘電体層20の上に横たわるよ
うに形成されかつ論理出力導体として機能する。さら
に、誘電体層27は導電層25の上に横たわるように形
成される。導電層18および19はそれぞれ第1の導電
ゲート電極および第2の導電ゲート電極を形成する。従
って、デバイス開口内にかつ前記導電層18および19
に隣接して形成されるトランジスタはダブルゲートのも
のとなる。
スペーサ26を利用する側壁誘電体方法が示されてい
る。図6において本明細書に提案されたくぼみ側壁手法
は図8のスペーサ方法に対し実行可能な置き換え例であ
りかつ逆も同様である。図8においては誘電体層25の
一部が除去されている。
チャネル領域および電極領域を有しデバイス開口内に形
成されている。図9においては、ハーフLDD構造が示
されている。エピタキシャル成長によって電極およびチ
ャネル領域を形成する方法が図4に関連して詳細に説明
される。前に述べたように、電極およびチャネル領域を
形成する導電領域は任意選択的にフルLDD構造、ある
いはLDD領域を持たない構造で形成できる。導電領域
および導電層18および19は第1のトランジスタを形
成する。
去されて導電層25の一部を露出する。短時間のエピタ
キシャル成長工程または被着およびエッチング手順が使
用されて導電層25と高ドープ電極34との間に電気的
コンタクトを形成する。好ましくは、短時間の(bri
ef)エピタキシャル成長工程はエピタキシャルリンク
層36を介して導電層25を高ドープ領域34にリンク
する。層36と同様のリンク層を形成するために側壁コ
ンタクト、他の形式のエピタキシャル成長、被着および
エッチング手順、その他を使用することができる。
そして導電層40が形成されて第2のトランジスタの形
成を可能にする。第2のトランジスタは導電層18およ
び19によってゲーティングされる第1のトランジスタ
の上に横たわる。第2のトランジスタはベース層として
高ドープ電極34を使用する。ベース層は上に横たわる
第2のトランジスタの形成のためのエピタキシャル品質
の材料を提供する。誘電体層38および42そして導電
層40は図1において説明されたのと同様にして形成さ
れる。
たは第2の開口が誘電層38および42そして導電層4
0によって形成される。側壁誘電体44が図1〜図2に
関して説明したのと同様にして形成される。第2のトラ
ンジスタは導体40により単一ゲートのものとなる。導
体40は第2の開口の周囲を完全に囲むか、あるいは第
2の開口の周囲を部分的に囲む。誘電体層46は、図7
の誘電体層24と同様に、側壁誘電体層44の形成の間
に高ドープ電極34の上に横たわって形成される。
び誘電体除去工程を示す。スペーサの下にない誘電体層
46は除去される。図14において、第2の導電領域が
形成され、該第2の導電領域は第1の電流電極50、チ
ャネル領域52および低ドープドレイン領域54および
高ドープドレイン領域56と称されるサブ領域を有する
第2の電流電極を有する。
ば、NOR論理ゲート11を形成する。NORゲートを
形成するためには、拡散14はグランド電位または基準
電圧端子に接続される。大部分の回路に対するグランド
電位はゼロボルト信号である。いくつかの場合、NMO
S装置、PMOS装置、および種々の回路用途は、+
5.0Vまたは−5.0Vのような、ゼロボルト以内の
値であるグランド電位を必要とする。高ドープ電極56
は電源電位またはターミナルに接続されている。導電層
25はNOR論理ゲート11の出力として機能する。第
1の電流電極50への電気的接続はまたNOR論理ゲー
ト11の出力として機能することに注目することは重要
である。導電層19は第1の入力導体に接続される。従
って、導電層19は論理入力信号Aを伝達するよう配線
される。導電層18は第1の入力導体に接続される。従
って、導電層18は論理入力信号Bを伝達するよう配線
される。
ンハンスメントモード装置として機能するようドーピン
グされれば高ドープ領域56に電気的に接続されまたは
導かれる。導電層40はもし第2のトランジスタがデプ
レッションモード装置として機能するようドーピングさ
れれば導電層25に電気的に接続されあるいは導かれ
る。お互いに対する導電層の相互接続、拡散層の導電層
への電気的接続、および導電領域の金属および同様の導
体への電気的接続は技術的に知られているため特に図示
されていない。さらに、プラグ/平坦化コンタクトおよ
びエピタキシャル成長コンタクトはここに述べる相互接
続を形成するのに適している。
インサイチュドーピングされたP形でありかつチャネル
領域がN形にされれば、得られるNOR論理ゲートはP
MOS NOR論理ゲートである。もし図14の電流電
極が注入されたまたはインサイチュドーピングされたN
形でありかつチャネル領域がP形であれば、得られるN
OR論理ゲートはNMOS NOR論理ゲートである。
本明細書の説明においては、論理ゲートはゲートと称さ
れかつトランジスタのゲート電極と混同すべきではな
い。
NANDゲート、その他のような他のNMOSおよびP
MOSゲートの形成を可能にする。さらに、4入力また
は5入力NORゲート、および3入力NANDゲートの
ような、N入力ゲートの形成もここに開示した図面およ
び明細書により明らかである。インバータ、NANDゲ
ート、その他を作成するために、回路の相互接続は変化
し、積層トランジスタの数は変化し、かつトランジスタ
ごとのゲートの数も変化するが、処理は図1〜図14に
示された情報と同様のものであるべきである。従って、
引き続きNMOSおよびPMOS装置構造がプロセスス
テップに対する最少の強調およびデバイス構造に対する
より多くの強調を持って説明される。
ゲート13を形成するための方法を示す。図7〜図14
は一度に1つのトランジスタがかつセルフアライメント
なしで積層されたトランジスタが形成される技術を示
す。図15〜図20は複数のトランジスタがスタックで
形成され、該トランジスタが互いにセルフアラインされ
る方法を示す。ここで説明する縦形CMOS論理ゲート
は前記セルフアライン方法または非セルフアライン方法
のいずれをも使用できる。さらに、ここで説明するNM
OSおよびPMOS論理ゲートはセルフアライン方法あ
るいは非セルフアライン方法のいずれを使用することも
できる。
が再び示されている。図1〜図14と同様の領域および
層は図15〜図20においても同じ番号が付されてい
る。導電層60,64および68そして誘電体層58,
62,66および70は図示のごとく基板12上に横た
わるように形成されている。誘電体層58,62,66
および70は平坦なものとして図示されている。平坦化
が示されているが機能上の積層デバイスにとっては必要
なものではない。平坦化は地形を改善しかつ、金属層の
ような、上に横たわる導電層における地形的な(top
ographical)問題を低減する。もし平坦化方
法が使用されなければ、「火山形(volcano−s
haped)」の積層論理装置が作成される。
口が形成されている。該開口は側壁を有しかつ導電層6
0,64および68ならびに誘電体層58,62,66
および70の一部をエッチングすることにより形成され
る。導電層60,64および68のエッチングの間に、
導電層60,64および68がオーバエッチングされ図
6に示されるように導電層60,64および68に隣接
する開口の側壁を横方向にくぼませる。このくぼみ形成
は横方向にくぼんだ側壁誘電体層72が誘電体層74の
形成と同時に形成されるようにする。誘電体層72がく
ぼむという事実のため、誘電体層74がここに説明され
るように誘電体層72に影響を与えることなくエッチン
グされる。
5に示されるように導電層60,64および68そして
誘電体層58,62,66および70の形成の前あるい
は形成中に基板12に形成される。好ましい形態におい
ては、拡散14は図16に示されるように開口に対して
セルフアラインされて形成される。図16においては、
互いの頭部に積層されるすべてのトランジスタは互いに
セルフアラインしている。従って、図16はロジックの
積層形成のための完全にセルフアラインされたプロセス
を示す。
ンジスタが一方が他方の頭部上に形成される。図17は
フルLDDトランジスタの使用を示している。第1のト
ランジスタは低ドープ領域76および高ドープ領域74
を有する第1の電流電極を有する。該第1のトランジス
タはチャネル領域78を有する。該第1のトランジスタ
は低ドープ領域80および高ドープ領域82を有する第
2の電流電極を有する。第2のトランジスタは低ドープ
領域86および高ドープ領域84を有する第1の電流電
極を有する。第2のトランジスタはチャネル領域88を
有する。第2のトランジスタは低ドープ領域90および
高ドープ領域92を有する第2の電流電極を有する。誘
電体層94は前記高ドープ領域92を後のエッチングプ
ロセスおよび損傷から保護する。高ドープ領域および低
ドープ領域は一緒に単一の電流電極を形成する。
おけるダイオード電圧降下(通常0.1V〜0.9V)
を避けるべきである。ダイオード電圧降下はPN接合を
サリサイド、金属または同様の材料によって電気的に短
絡することにより避けられる。図18は、図15に示さ
れるプロセスのような、完全にセルフアラインしたプロ
セスが使用される場合にPN接合をサリサイド化(sa
liciding)するために使用できる方法を示す。
エッチングホール96が形成されこれは導電層64を露
出する。エッチング工程が使用されて図18に示される
ように導電層64の一部を除去する。導電層64のエッ
チングにより露出した側壁誘電体72を除去するために
短い誘電体エッチングが使用される。好ましくはフォト
レジストであるマスキング層95が使用されて誘電体層
94を保護する。露出した側壁誘電体72の除去によっ
て高ドープ領域82および84の一部が露出する。
mal)CVDチタンあるいは同様の材料が被着されて
サリサイドアニール工程が行われサリサイド化領域97
が形成される。効果的な短絡回路が今や高ドープ領域8
2および84によって形成されるPN接合の間にブリッ
ジされている。
8が形成されてインバータゲート13への電気的コンタ
クトが作成される。領域98はインバータゲート13の
出力コンタクトを形成し、かつ領域99は電源接続を形
成する。電気的コンタクトを作成するために、誘電体層
94が除去される。
成工程はそれがセルフアラインされた積層トランジスタ
を有するプロセスにおいて行われるため困難であること
に注目することが重要である。図7〜図14のプロセス
は一度に1つのトランジスタが形成されるという事実の
ためサリサイド形成工程にとってより適している。伝統
的な被着、エッチングおよびアニールサイクルによって
第2のトランジスタの高ドープ領域が形成される前に第
1のトランジスタの高ドープ領域の上にサリサイド領域
を形成することができ、それによって得られたPN接合
を電気的に短絡する。この手法に伴う唯一の不都合は得
られるサリサイド領域が高ドープ領域の大きな表面領域
の上に形成されると導電領域のエピタキシャル成長を妨
げることである。他方のものに対して一方の方法の使用
を決定することは設計上の選択でありかつデバイスの用
途、利用可能な機器、および機器の能力に依存する。
れかつドーピングされれば、CMOSインバータが得ら
れる。CMOSインバータが動作するためには、第1の
トランジスタまたは底部トランジスタはNチャネルトラ
ンジスタとすべきであり、この場合電流電極はN形であ
る。第2のトランジスタまたは頭部トランジスタはPチ
ャネルトランジスタとすべきであり、この場合電流電極
はP形である。
子に接続され、かつ高ドープ電流領域92は電源電位ま
たは電源端子に接続される。導電層60および68は一
緒に接続されあるいは導かれて論理信号Aを伝達する
か、あるいは個々に異なるソースから同じ論理信号Aを
伝達する。導電層98または高ドープ領域82または8
4のいずれかに接続された導電層はCMOSインバータ
ゲート13の出力信号を伝達する。
NANDゲートその他のような他のCMOSゲートを形
成するために同様にして適用できる。さらに、3入力C
MOS NORゲートおよび3入力NANDゲートのよ
うな、N入力のゲートの構成も図1〜図20に開示され
た情報が与えられれば明らかである。インバータ、NA
NDゲートその他を作成するために、回路の相互接続が
変わり、積層トランジスタの数が変わり、かつトランジ
スタごとのゲートの数が変化するが、処理は図1〜図2
0に示されたプロセスおよび情報と同じであるべきであ
る。従って、CMOSデバイス構造について処理工程に
対し最小限の強調をもって詳細に説明する。
バータゲート13が頭部斜視図で示されている。導電層
60,64および68のみが図21に開口73として示
されている開口と共に図示されている。
ータ回路が概略的に図示されている。接続100は、抵
抗負荷装置として機能する、頭部トランジスタがエンハ
ンスメントモードのトランジスタであれば形成される。
接続101はもし頭部トランジスタがデプレッションモ
ードのトランジスタであれば形成される。
インバータ回路が概略的に示されている。負荷トランジ
スタに対し同じエンハンスメントおよびデプレッション
のトンジスタ接続が示されているが番号は付けられてい
ない。図23は図22を上下逆に反転したものである。
回路動作の点からは、図22および23は等価である
が、図22および23は各々2つの異なる本発明の積層
トランジスタ構造に対応する。
バータの断面図を示す。図1〜図20の説明から、図2
4の構造を形成する本発明の方法およびステップは明ら
かである。前の図と同様の要素は同じ番号となってい
る。図24は同様に基板12を有する。拡散109が基
板12内に形成されている。底部の第1のトランジスタ
は単一ゲート導電層116、第1の電流電極102、チ
ャネル領域103、低ドープ領域104、高ドープ領域
105、出力導電層120、および誘電体層114およ
び118を有する。上に横たわる第2のトランジスタは
単一ゲート導電層124、第1の電流電極106、チャ
ネル領域108、低ドープ領域110、高ドープ領域1
12および誘電体層122および126を有する。前の
図の領域および層と同様の機能の領域および層は後の図
においても同じ番号が付されておりあるいは番号が付さ
れていない。
高ドープ領域112が電源電位または端子に接続されあ
るいは導かれる。拡散109はグランド電位または基準
電圧端子に接続されあるいは導かれる。領域105、電
流電極106または出力導体層120はインバータの出
力信号を伝達する。導電層116は入力論理信号を伝達
するよう配線される。導電層124は前記第2のトラン
ジスタがエンハンスメントモードのトランジスタであれ
ば高ドープ領域112に接続され、あるいは前記第2の
トランジスタがデプレッションモードのトランジスタで
あれば前記出力導体層120に接続される。デプレッシ
ョンモードまたはエンハンスメントモードの動作は主と
してチャネル領域形成の間のインサイチュドーピング濃
度により決定される。
高ドープ領域112がグランド電位または基準電圧端子
に接続されあるいは導かれる。拡散109は電源電位ま
たは端子に接続されあるいは導かれる。領域105、電
流電極106または出力導体層120はインバータの出
力信号を伝達する。導電層124は入力論理信号Aに接
続される。導電層116は第2の(底部)トランジスタ
がエンハンスメントモードのトランジスタであれば拡散
109に接続されあるいは該第2の(底部)トランジス
タがデプレッションモードのトランジスタであれば前記
出力導体層120に接続される。
図24の双方のトランジスタはNMOS論理に対しNチ
ャネルのトランジスタとして形成されるか、あるいはP
MOS論理に対してPチャネルトランジスタとして形成
される。
ゲートが概略的に示されている。NORゲートのプロセ
スフローがここに提案されているという事実のため、該
デバイスの説明は簡単に行う。図25において、接続1
26または接続127がエンハンスメントまたはデプレ
ッションモードのトランジスタ動作に応じて抵抗負荷装
置として機能するトランジスタを接続するために使用さ
れる。
示されており基板12および拡散128を有する。底部
または第1のトランジスタはダブルゲートのものであり
かつ2つのゲート導電層142および132、出力導電
層136、第1の電流電極144、チャネル領域14
5、低ドープドレイン領域146、高ドープドレイン領
域147、および誘電体層130および134を有す
る。頭部または第2トランジスタは単一ゲートのもので
ありかつ1つのゲート導電層140、第1の電流電極1
48、チャネル領域149、低ドープドレイン領域15
0、高ドープドレイン領域152および誘電体層138
および141を有する。
には、高ドープドレイン領域152は電源電位または端
子に接続されあるいは導かれる。拡散128はグランド
電位または基準電圧端子に接続されあるいは導かれる。
高ドープドレイン領域147、電流電極148または導
電層136はNORゲートの出力信号を通信する。導電
ゲート142は第1の入力信号Aに接続され、あるいは
第1の入力導体として作用し、導電ゲート132は第2
の入力信号Bに接続されあるいは第2の入力導体として
作用する。出力導電層136は出力論理信号(A NO
R B)を提供する。
るようにデプレッションまたはエンハンスメント動作に
対して適切に接続される。さらに、PMOSおよびNM
OSNORゲートはここに述べられているようにドーピ
ング導電形を変更または変化させることにより可能であ
る。
路が概略的に示されている。前と同様に、負荷装置とし
て機能するトランジスタに対し接続153および154
によってそれぞれデプレッションモードおよびエンハン
スメントモードの接続が示されている。
ートが図示されており、これは基板12および拡散16
2を有する。底部または第1のトランジスタは1つのゲ
ート導体層164による単一ゲートのものであり、出力
導電層166を有し、かつ適切なLDD領域、電極およ
びチャネル領域を有する。頭部または第2のトランジス
タはダブルゲートのものでありかつ2つのゲート導電層
156および158を有し、かつすべての適切なLDD
領域、電極およびチャネル領域を有する。
には、高ドープドレイン領域160はグランド電位また
は基準電圧端子に接続されまたは導かれる。拡散162
は電源電位または端子に接続されまたは導かれる。第1
のトランジスタの高ドープドレイン領域147、第2の
トランジスタの第1の電流電極148、または導電層1
66はNORゲートの出力信号を通信する。導電ゲート
156は第1の入力信号Aに接続されあるいは第1の入
力導体として作用し、かつ導電ゲート158は第2の入
力信号Bに接続されあるいは第2の入力導体として作用
する。出力導電層166は論理信号(A NOR B)
を提供する。
るようにデプレッションまたはエンハンスメント動作に
対し適切に接続されている。さらに、PMOSおよびN
MOS NORゲートの双方がドーピング導電形を変更
しあるいは変化させることにより可能である。
が概略的に示されている。前と同様に、デプレッション
モードおよびエンハンスメントモード接続がそれぞれ抵
抗負荷装置として機能するトランジスタに対し接続16
3および165によって図示されている。
Dゲートを形成するのに適した構造が図示されており、
これは基板12および拡散194を有する。底部または
第1トランジスタは1つのゲート導電層186による単
一ゲートのものであり、かつ適切なLDD領域、電極お
よびチャネル領域を有する。中間または第2のトランジ
スタは単一ゲートのものでありかつ1つのゲート導電層
188、出力導電層190およびすべての適切なLDD
領域、電極、およびチャネル領域を有する。頭部または
第3のトランジスタは単一ゲートのものでありかつ1つ
のゲート導電層192、および前記適切なLDD領域、
電極およびチャネル領域のすべてを有する。
めには、高ドープドレイン領域196は電源電位または
端子に接続されまたは導かれる。拡散162はグランド
電位または基準電圧端子に接続されまたは導かれる。第
2のトランジスタの高ドープドレイン領域、第3のトラ
ンジスタの第1の電流電極、または導電層190はNA
NDゲートの出力信号を通信する。導電ゲート186は
第1の入力信号Aに接続されあるいは第1の入力導体と
して作用し、そして導電ゲート188は第2の入力信号
Bに接続されあるいは第2の入力導体として作用する。
導電層190の出力は出力論理信号(A NAND
B)を提供する。
ているようにデプレッションまたはエンハンスメント動
作に対して適切に接続される。さらに、PMOSおよび
NMOS NORゲートがドーピング導電形を変化させ
または変更することにより可能である。
回路が概略的に示されている。前と同様に、デプレッシ
ョンモードおよびエンハンスメントモード接続がそれぞ
れ抵抗負荷装置として機能するトランジスタに対し接続
168および175によって示されている。
Dゲートを形成するのに適した構造が図示されており、
これは基板12および拡散165を有する。底部または
第1のトランジスタは1つのゲート導電層166による
単一ゲートのものであり、かつ出力導電層170を有
し、さらに適切なLDD領域、電極およびチャネル領域
を有する。中間または第2のトランジスタは単一ゲート
のものでありかつ1つのゲート導電層174を有し、そ
して適切なLDD領域、電極およびチャネル領域のすべ
てを有する。頭部または第3のトランジスタは単一ゲー
トのものでありかつ1つのゲート導電層180を有し、
そして適切なLDD領域、電極およびチャネル領域のす
べてを有する。
めには、高ドープドレイン領域184はグランド電位ま
たは基準電圧端子に接続されまたは導かれる。拡散16
2は電源電位または端子に接続されまたは導かれる。第
1のトランジスタの高ドープドレイン領域、第2のトラ
ンジスタの第1の電流電極、または導電層170はNA
NDゲートの出力信号を通信する。導電ゲート174は
第1の入力信号Aに接続されまたは第1の入力導体とし
て作用し、かつ導電ゲート180は第2の入力信号Bに
接続されまたは第2の入力導体として作用する。出力導
体層170は論理信号(A NAND B)を提供す
る。
るようにデプレッションまたはエンハンスメント動作に
対して適切に接続される。さらに、PMOSおよびNM
OSNORゲートの双方がドーピング導電形を変更しあ
るいは変化させることにより可能である。
アップNOR回路が概略的に示されている。いくつかの
場合、デプレッションモードまたはエンハンスメントモ
ードトランジスタは抵抗装置または抵抗器197によっ
て置き換えられる。
ゲートを形成するのに適した構造が図示されており、こ
の構造は基板12および拡散202を有する。単一のト
ランジスタまたは第1のトランジスタは2つのゲート導
電層200および198によるダブルゲートのものであ
る。出力導電層199は第1のトランジスタに接続し、
かつ該第1のトランジスタは適切なLDD領域、電極お
よびチャネル領域を有する。抵抗成長領域204または
プラグは図34に示されている。抵抗層206も図示さ
れている。一般に、抵抗層206または領域204の内
の1つのみが抵抗を作成するのに必要であるが、もし大
きな抵抗が望まれるかあるいは用途によって両方が使用
されることが必要な場合には両方を使用することができ
る。図34に示された抵抗プルアップ装置は容易にNA
NDゲート、インバータおよび他の論理ゲートならびに
NORゲートに適用できることが明らかである。
バータ回路が概略的に示されている。上部トランジスタ
はPチャネル装置でありかつ下部トランジスタはNチャ
ネル装置である。
33の反転ゲート13を形成するのに適切である。図2
0の反転ゲート13の形成は前に説明したから、相互接
続の説明のみを行う。
として機能するためには、高ドープドレイン領域92は
電源電位または端子に接続されまたは導かれる。拡散1
4はグランド電位または基準電圧端子に接続されまたは
導かれる。第1のトランジスタの高ドープ領域82、第
2のトランジスタの高ドープ領域84、または導電層9
8は前記反転ゲートの出力信号を提供する。導電ゲート
60および68は入力信号に接続されまたは第1の入力
導体として作用する。出力導電層98は反転された論理
出力信号を提供する。第1のトランジスタまたは底部ト
ランジスタはNチャネル装置であり、かつ第2のトラン
ジスタまたは頭部トランジスタはPチャネル装置であ
る。
ンバータ回路が概略的に示されている。上部トランジス
タはNチャネル装置でありかつ下部トランジスタはPチ
ャネル装置である。
として機能するためには、高ドープドレイン領域92は
グランド電位または基準電圧端子に接続されまたは導か
れる。拡散14は電源電位または端子に接続されまたは
導かれる。第1のトランジスタの高ドープドレイン領域
82、第2のトランジスタの高ドープドレイン領域8
4、または導電層98は該反転ゲートの出力信号を提供
する。導電ゲート60および68は入力信号に接続され
または第1の入力導体として作用する。出力導電層98
は反転出力論理信号を提供する。第1のトランジスタま
たは底部トランジスタはPチャネル装置であり、かつ第
2のトランジスタまたは頭部トランジスタはNチャネル
装置である。
OR回路が概略的に示されている。下部の2つのトラン
ジスタはNチャネル装置でありかつ上部の2つのトラン
ジスタはPチャネル装置である。
AND回路が概略的に示されている。下部の2つのトラ
ンジスタはPチャネル装置でありかつ上部の2つのトラ
ンジスタはNチャネル装置である。
S NANDゲートを形成するかあるいは図37に従っ
てCMOS NORゲートを形成するのに適した構造が
図示されている。図39は基板12および拡散220を
有する。底部または第1のトランジスタはゲート導電層
208および209によるダブルゲートのものであり、
出力導電層212を有し、サリサイド化(salici
ded)領域218を有し、かつ適切なLDD領域、電
極およびチャネル領域を有する。中間または第2のトラ
ンジスタは単一ゲートのものでありかつ1つのゲート導
電層214を有しかつ適切なLDD領域、電極およびチ
ャネル領域のすべてを有する。頭部または第3のトラン
ジスタは単一ゲートのものでありかつ1つのゲート導電
層216を有し、かつ適切なLDD領域、電極およびチ
ャネル領域のすべてを有する。
には、高ドープドレイン領域222は電源電位または端
子に接続されまたは導かれる。拡散220はグランド電
位または基準電圧端子に接続されまたは導かれる。第1
のトランジスタの第2の電流電極、第2のトランジスタ
の第1の電流電極、または導電層212はNORゲート
の出力信号を提供する。導電ゲート層214および20
9は第1の入力信号Aに接続されまたは第1の入力導体
として作用し、そして導電ゲート216および208は
第2の入力信号Bに接続されまたは第2の入力導体とし
て作用する。出力導電層212は出力論理信号(A N
OR B)を提供する。論理信号AおよびBは図示され
た入力導電層に異なる順序で接続することができること
は明らかである。NANDゲート、NORゲート、およ
びその他に対する入力は、論理機能の観点から、相互交
換可能でありかつ等価であることが分かる。論理信号A
は導電層216または214のいずれかにかつ導電層2
08または209のいずれかに接続される。同様にし
て、論理信号Bは論理信号Aによって使用されない導電
層に接続される。第1のまたは底部トランジスタはNチ
ャネルトランジスタでありかつ第2および第3のトラン
ジスタはPチャネルトランジスタである。
めには、高ドープドレイン領域222はグランド電位ま
たは基準電圧端子に接続されまたは導かれる。拡散22
0は電源電位または端子に接続されまたは導かれる。第
1のトランジスタの第2の電流電極、第2のトランジス
タの第1の電流電極、または導電層212はNANDゲ
ートの出力信号を提供する。導電ゲート層214およひ
209は第1の入力信号Aに接続されまたは第1の入力
導体として作用し、そして導電ゲート216および20
8は第2の入力信号Bに接続されまたは第2の入力導体
として作用する。出力導電層212は出力論理信号(A
NAND B)を提供する。論理信号AおよびBは前
に述べたようにゲート導電層によって異なる構成でゲー
ト導電層に伝達できることは明らかである。第1のトラ
ンジスタはPチャネルトランジスタでありかつ第2およ
び第3のトランジスタはNチャネルトランジスタであ
る。
OR回路が概略的に図示されている。下部の2つのトラ
ンジスタはPチャネル装置でありかつ上部の2つのトラ
ンジスタはNチャネル装置である。
AND回路が概略的に図示されている。下部の2つのト
ランジスタはNチャネル装置でありかつ上部の2つのト
ランジスタはPチャネル装置である。
Dゲートを形成するかあるいは図40に従ってNORゲ
ートを形成するのに適した構造が示されている。図42
は基板12および拡散240を有する。底部または第1
のトランジスタはゲート導電層224による単一ゲート
のものであり、かつ前に述べたLDD領域、電極および
チャネル領域を有する。中間または第2のトランジスタ
は単一ゲートのものでありかつ1つのゲート導電層22
6、出力導電層228、サリサイド領域238および前
に述べたLDD領域、電極、およびチャネル領域を有す
る。頭部または第3のトランジスタはダブルゲートのも
のでありかつ2つのゲート導電層232および234、
および適切なLDD領域、電極およびチャネル領域のす
べてを有する。
に、高ドープドレイン領域236はグランド電位または
基準電圧端子に接続されまたは導かれる。拡散240は
電源電位または端子に接続されまたは導かれる。第2の
トランジスタの第2の電流電極、第3のトランジスタの
第1の電流電極、または導電層228はNORゲートの
出力信号を提供する。導電ゲート層224および232
は第1の入力信号Aに接続されまたは第1の入力導体と
して作用し、そして導電ゲート226および234は第
2の入力信号Bに接続されまたは第2の入力導体として
作用する。出力導電層228は出力論理信号(A NO
R B)を提供する。論理信号AおよびBは上に述べた
のと異なる構成に接続することができることも明らかで
ある。第1および第2のトランジスタはPチャネルトラ
ンジスタでありかつ第3または頭部トランジスタはNチ
ャネルトランジスタである。
めには、高ドープドレイン領域236は電源電位または
端子に接続されまたは導かれる。拡散240はグランド
電位または基準電圧端子に接続されまたは導かれる。第
2のトランジスタの第2の電流電極、第3のトランジス
タの第1の電流電極、または導電層228はNANDゲ
ートの出力信号を提供する。導電ゲート層224および
232は第1の入力信号Aに接続されまたは第1の入力
導体として作用し、そして導電ゲート226および23
4は第2の入力信号Bに接続されまたは第2の入力導体
として作用する。出力導電層228は論理信号(A N
AND B)を提供する。論理信号AおよびBは上に述
べたのと同じ機能を維持しながら異なる順序でゲート導
電層に接続できることも明らかである。第1および第2
のトランジスタはNチャネルトランジスタでありかつ第
3または頭部トランジスタはPチャネルトランジスタで
ある。
構造またはデバイスが形成できる。任意の論理装置を形
成するために、複数のNの階層または階級順に積層され
たトランジスタが形成され、ここでNは整数である。階
級順(rank ordered)は複数のN個の階級
順に積層されたトランジスタにおける第1のトランジス
タが該複数のN個の階級順に積層されたトランジスタの
第2のトランジスタの下にあり、かつ以下同様であるこ
とを意味する。一般に、第1のトランジスタを除き各ト
ランジスタはすぐ下の階級のトランジスタの上に横たわ
る。前記複数のN個の階級順に積層されたトランジスタ
における各トランジスタは第1および第2の電流電極お
よび制御電極を有する。各々のトランジスタに対し、第
1の電流電極は縦方向で第2の電流電極の上に横たわり
あるいは第2の電流電極は縦方向で第1の電流電極の上
に横たわる。トランジスタの制御電極および第1および
第2の電流電極は導体により論理ゲートまたは論理装置
を形成するよう導かれまたは接続される。
ある。図37〜38に示された論理ゲートの構造は同じ
でありかつ図40〜41に示された論理ゲートの構造は
同じである。もし図37〜38の論理ゲートまたは図4
0〜41の論理ゲートがプロセスの流れにおいて同時に
形成されれば、これらのゲートはすべてのゲート電極お
よび出力導体を形成するのにたった4つの導電層を必要
とするのみである。1つの問題は図37と図38との間
ですべての頭部、中間および底部トランジスタが異なる
導電形を持つことである。同様にして、図40と図41
との間で同じ頭部、中間または底部レベルにあるすべて
のトランジスタは異なる導電形を有する。変化する導電
形のトランジスタは同じエピタキシャルまたはドーピン
グ材料によって形成することはできず、従って別個のエ
ピタキシャル、注入または被着プロセスによって形成さ
れなければならない。NANDおよびNORのこの組合
わせに対するドーピングの相違は低温選択エピタキシャ
ル成長にとって問題ではない。
ートと共に集積回路内に形成されれば、種々の論理ゲー
ト内のトランジスタは容易に同時に形成できるが、それ
は同じ縦方向レベルの電極のいくつかの導電型が同じで
あるという事実による。同様にして、もし図38の論理
ゲートが図40の論理ゲートと共に形成されれば、同じ
縦方向レベルの電極のいくつかの導電型が同じてあると
いう事実のため多くのトランジスタが同時に形成でき
る。例えば、図42の底部(第1の)および頭部(第3
の)トランジスタは同じ導電型、PチャネルまたはNチ
ャネル、である。これは第1および第3のトランジスタ
が同じドーピングまたはエピタキシャル工程において形
成できるように、それによって装置が熱に晒されること
が少なくなりかつ処理ステップが低減する。さらに、上
に述べたようして装置を形成することにより、グランド
接続はすべて同じ第1のデバイスレベルにありかつ電源
接続はすべて同じ第2のデバイスレベルにあることにな
る。例えば、すべてのグランド電位領域は拡散でありか
つすべての電源電位領域は第1のレベルの金属を介して
接続される。1つの問題は5つの導電線または5つの多
結晶シリコン層がNANDおよびNORゲートのこの組
合わせを形成するのに必要なことである。5つの層はN
ORゲートおよびNANDゲートの出力導体が同じ縦方
向面にないためである。
AND、AND、OR、XORおよび他の論理機能のよ
うなすべての論理ゲートを集積回路上に形成するために
NANDまたはNORゲートのみを使用することであ
る。技術的にNANDまたはNORゲートを使用してド
モルガンの法則(Demorgan’s law)また
は他の論理法則によって教示される他の論理ゲートを形
成するために使用できることが知られている。
された本発明の方法および装置は小さな表面領域、改善
された短チャネル作用、および少ないチャネル長変動を
有する縦型トランシズタ論理および縦型回路を提供す
る。電流電極およびチャネル領域が基板から絶縁される
ためリーケージ電流が低減する。トランジスタ10の長
さは図1に示される導電層18の被着厚さLによって制
御される。従って、本発明のトランジスタはリソグラフ
に依存せず、リソグラフで可能なものより小さく、かつ
より小さな変動で制御されるゲートおよびチャネル長を
有する。さらに、被着厚さLおよび増大しない基板表面
積を使用してPチャネル装置のアスペクト比およびデバ
イス特性を調整しNチャネルのデバイス特性と整合させ
ることができる。
表面積の伝統的なプレーナトランジスタよりも大きい
が、それは円筒または円柱型トランジスタのチャネル幅
は該円筒の周囲の長さ(circumference)
であるためである。該円筒(cylinder)は丸い
ことが要求されず、かつ三角、四角、長円形、正方形、
または他の幾何学的形状とすることが可能なことに注意
すべきである。より短いチャネル長およびより大きなチ
ャネル幅のため、本トランジスタ論理の電流伝達能力は
論理回路の表面積を増大することなく増大する。ほとん
どすべての場合において、基板の表面積は論理的な用途
については少なくなるであろう。
得られるロジックは集積回路においてリソグラフ的に最
も小さな性能サイズのコンタクト内に形成される。さら
に、ロジックの形成は該ロジックが図15〜16のよう
に完全にセルフアラインされて形成されればたった一度
のフォトリソグラフ工程を要求するのみとすることがで
きる。各トランジスタが一度に1つずつ順次形成される
場合でもトランジスタのソース電極、ドレイン電極およ
びチャネル領域の形成に必要なすべてのものは1つのマ
スクでよい。拡散およびゲートのような、ここに開示さ
れたトランジスタの多くの特徴部分はセルフアラインす
ることができる。非対象ソースおよびドレイン電極が生
成されかつLDDおよびハーフLDDトランジスタが容
易に形成される。チャネル領域のバルク反転はサブミク
ロンのチャネル領域寸法に対して達成できる。ロー論理
のオフ電流、知られたクロストーク現象、および基板へ
の電流リーケージは多くの拡散が直列的に配置されかつ
基板から分離されるという事実のため最小化される。
て互いに物理的に接近して配置され、より大きなアスペ
クト比を有し、かつ数多くの多結晶シリコン、シリコン
および金属接合を避けるという事実のため、論理装置の
動作速度は増大する可能性を有している。
完全に使い尽くすまたは空乏化する(deplete)
にはあまりにも大きすぎる開口に形成される。完全に空
乏化したトランジスタおよびバルク反転トランジスタは
有利でありかつもし小さなリソグラフ寸法が達成されれ
ばここに教示するトランジスタについて可能である。全
チャネル領域デプレッションまたはバルクチャネル反転
はまた改善された性能を達成するために大きな寸法のト
ランジスタについても望ましい。もし側壁コンタクトが
本発明のトランジスタのチャネル領域に作成されかつ該
側壁コンタクトが、デバイスの導電型に応じて、基板ま
たは電源に接続されれば、改善されたデプレッションが
達成できる。前記側壁コンタクトは非ゲート(non−
gated)側壁部分または部分的に囲まれたチャネル
領域を有するトランジスタチャネル領域を有する論理ゲ
ートについて可能である。ここに提案された部分的に囲
むゲート構造のため、チャネルコンタクトを作成できか
つデプレッションが改善される。
つ説明されたが、当業者にはこれ以外の変更および改善
をなすことができる。例えば、XORゲート、トランス
ファゲート、トライステートバッファ、バッファ、OR
ゲート、ANDゲートおよび他の積層デジタル論理装置
または回路のような他の論理ゲートおよび回路装置を本
発明のプロセスおよびトランジスタによって作成でき
る。側壁誘電体形成のための種々の技術が存在しかつ種
々のスペーサ技術を本発明と組合わせて用いることがで
きる。種々のシリサイド化方法が存在する。本発明の装
置の多くの特徴部分が任意選択的にセルフアラインされ
あるいはセルフアラインされないようにすることができ
る。LDDなし、ハーフLDD、フルLDD、ダブルL
DDおよびインサイチュー・グレーデッドLDD電極構
造のような、数多くのデバイス構造が可能である。窒化
ゲート酸化物を使用して側壁ゲート誘電体へのRIE
(反応性イオンエッチング)の損傷を低減することがで
きる。広範囲の論理構造およびデバイスのドーピングに
おける種々の差異のため種々のプロセス統合機構が可能
である。2入力NANDおよびNORゲートが特にここ
に述べられている。ここに教示される方法および装置は
2入力より多くの入力の論理ゲートを形成するために使
用できることが明らかである。従って、本発明はここに
示された特定の形態に限定されるものではなくかつ添付
の請求の範囲においてこの発明の精神および範囲から離
れることのないすべての変形をカバーするものと考えて
いることが理解されるべきである。
法を示す断面図である。
法を示す断面図である。
法を示す断面図である。
法を示す断面図である。
ために図1の方法が使用される方法を示す頭部斜視図で
ある。
体形成の別の方法を示す断面図である。
2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図で
ある。
2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図で
ある。
2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図で
ある。
S2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
S2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
S2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
S2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
S2入力NORゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
OSインバータゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
OSインバータゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
OSインバータゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
OSインバータゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
OSインバータゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
OSインバータゲートおよびその形成方法を示す断面図
である。
図である。
図である。
である。
図である。
である。
断面図である。
図である。
示す断面図である。
である。
す断面図である。
気回路図である。
す断面図である。
を示す回路図である。
Rゲートを示す断面図である。
る。
である。
である。
図である。
ゲートの形成に適した構造を示す断面図である。
である。
図である。
ゲートの形成に適した構造を示す断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 トランジスタ構造であって、 複数のMの積層されたトランジスタであって、この場合
Mは整数であり、Mの積層されたトランジスタの各々
は、第1の誘電体層、 該第1の誘電体層の上に横たわるNの制御電極であっ
て、この場合Nは整数であるもの、 前記Nの制御電極の上に横たわる第2の誘電体層、前記
第1の誘電体層および前記第2の誘電体層を通り単結晶
半導体領域および エピタキシャル半導体領域からなるグループから選択さ
れた半導体領域を露出する開口、 前記開口内にありかつベース層の上に横たわる第1のソ
ース/ドレイン電極、 前記開口内にありかつ前記第1のソース/ドレイン電極
の上に横たわるチャネル領域であって、前記Nの制御電
極の少なくとも1つはゲート誘電体を介して前記開口の
側壁部分を通って前記チャネル領域に動作可能に結合さ
れているもの、 前記チャネル領域の上に横たわる第2のソース/ドレイ
ン電極、 を有し、前記複数のMの積層されたトランジスタは全て
お互いに動作可能に結合され、この場合Mの積層された
トランジスタの内の1つの下側のトランジスタの前記第
2のソース/ドレイン電極が前記Mの積層されたトラン
ジスタの内の1つの上側のトランジスタの前記第1のソ
ース/ドレイン電極に電気的に結合され、そして 前記トランジスタ構造は少なくとも1つの出力信号導体
を有し、該出力信号導体は前記Mの積層されたトランジ
スタの内の1つの前記第1のソース/ドレイン電極また
は前記第2のソース/ドレイン電極の少なくとも1つに
電気的に結合されている、ことを特徴とするトランジス
タ構造。 - 【請求項2】 論理装置であって、 最上部の面を有する基板、 複数のNの階層順に積層されたトランジスタであって、
この場合Nは整数であり、その第1のトランジスタを除
き各々のトランジスタはすぐ下の階層のトランジスタの
上に横たわり、各々のトランジスタは、 第1のソース/ドレイン電極、チャネル領域および第2
のソース/ドレイン電極、および少なくとも1つの制御
電極を有し、前記第1のソース/ドレイン電極、前記チ
ャネル領域および前記第2のソース/ドレイン電極は開
口内でお互いに垂直に整列されており、より高い階層の
トランジスタの前記第1のソース/ドレイン電極はより
低い階層のトランジスタの前記第2のソース/ドレイン
電極の上に横たわりかつ電気的に結合されているもの、 前記複数の積層されたトランジスタ内で各々の制御電極
に結合されて前記チャネル領域を通って流れる電流を変
えるために前記トランジスタに制御電圧を提供する導電
層、そして Nの階層順に積層されたトランジスタ内の所定のソース
/ドレイン電極に結合された出力導体であって、前記ト
ランジスタの内の少なくとも1つは少なくとも2つの独
立した制御電極を有するもの、 を備えた前記トランジスタ、 を具備することを特徴とする論理装置。 - 【請求項3】 論理装置であって、 頭部面を有する基板、 第1の縦型トランジスタであって、該第1の縦型トラン
ジスタは電源、グランドおよび基準電圧からなるグルー
プから選択された電位を有する第1の導電領域に結合さ
れた第1のソース/ドレイン電極、該第1のソース/ド
レイン電極の上に横たわる第2のソース/ドレイン電極
および前記第1のソース/ドレイン電極と前記第2のソ
ース/ドレイン電極とを分離する第1のチャネル領域を
有し、前記第1のソース/ドレイン電極、前記チャネル
領域および前記第2のソース/ドレイン電極は全て第1
の開口内に含まれており、前記第1の縦型トランジスタ
はさらに第1の側部および第2の側部を有する第1のゲ
ート誘電体層を有し、前記第1の側部は前記チャネル領
域に当接しかつ前記第2の側部は第1のゲート電極の少
なくとも1つに当接し、前記第1のゲート誘電体層は前
記第1のチャネル領域と前記第1のゲート電極の内の少
なくとも1つを分離するもの、そして 前記第1の縦型トランジスタの上に横たわる第2の縦型
トランジスタであって、該第2の縦型トランジスタは前
記第1の縦型トランジスタの前記第2のソース/ドレイ
ン電極に結合された第3のソース/ドレイン電極、該第
3のソース/ドレイン電極の上に横たわり電源、グラン
ドおよび基準電圧からなるグループから選択された電位
を有する第2の導電領域に結合された第4のソース/ド
レイン電極、前記第3のソース/ドレイン電極および前
記第4のソース/ドレイン電極を分離する第2のチャネ
ル領域を有し、前記第2のチャネル領域、前記第3のソ
ース/ドレイン電極および前記第4のソース/ドレイン
電極の一部は全て前記第1の開口の上に横たわる第2の
開口内に含まれ、前記第2の縦型トランジスタはさらに
第1の側部および第2の側部を有する第2のゲート誘電
体層を有し、前記第1の側部は前記第2のチャネル領域
に当接しかつ前記第2の側部は第2のゲート電極の少な
くとも1つに当接し、前記第2のゲート誘電体層は前記
第2のチャネル領域と第2のゲート電極の内の少なくと
も1つを分離するもの、そして 前記第1および第2のトランジスタの間のある位置に結
合された出力導体層であって、該出力導体層は前記第1
および第2の縦型トランジスタから出力信号を提供し、
前記論理装置は前記出力導体層を介して提供される1つ
の論理出力および少なくとも2つの論理入力を有するも
の、 を具備することを特徴とする論理装置。 - 【請求項4】 論理装置であって、 第1のソース/ドレイン電極、第1のチャネル領域を介
して前記第1のソース/ドレイン電極の上に横たわる第
2のソース/ドレイン電極、および前記第1のソース/
ドレイン電極と前記第2のソース/ドレイン電極との間
の電流を制御する第1の制御電極を有する第1の縦型ト
ランジスタであって、前記第1のソース/ドレイン電極
および前記第2のソース/ドレイン電極は第1の開口内
に配置されているもの、そして 第3のソース/ドレイン電極、第2のチャネル領域を介
して前記第3のソース/ドレイン電極の上に横たわる第
4のソース/ドレイン電極および前記第3のソース/ド
レイン電極と前記第4のソース/ドレイン電極との間の
電流を制御する第2の制御電極を有する第2の縦型トラ
ンジスタであって、前記第4のソース/ドレイン電極は
第2の開口内で前記第3のソース/ドレイン電極の上に
横たわり、かつ前記第3のソース/ドレイン電極は前記
第1の縦型トランジスタの前記第2のソース/ドレイン
電極に電気的に結合されているもの、 を具備し、前記第1および第2の縦型トランジスタは電
気的に相互接続されて、少なくとも部分的に、前記論理
装置を形成し、前記論理装置はAND,OR,NAN
D,NORおよびXORからなるグループから選択され
た所定の論理機能を達成することを特徴とする論理装
置。
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