JP3859439B2 - Method for manufacturing MOSFET structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積回路の製造、詳しくは置き換えゲートを用いて形成されたMOSFETデバイスの製造に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】
MOSFET半導体の製造は、当該分野において周知である。このような構造は、Chowらにより米国特許第4,702,792号に示され、小型伝導チャネル製作のための技術を開示している。
【0003】
この置き換え、または「鋳造(cast)」プロセスは、ゲート材料に広範な選択性を有するトランジスタを製造するための有望な方法である。しかし現在の技術におけるプロセス制御性の問題のため、このプロセスは広く使用されていない。置き換えゲートプロセスの使用の主な障害は、ゲート置き換えプロセス中、ゲートの厳密な寸法を制御することである。
【0004】
Chatterjeeらは、置き換えゲートプロセス、詳しくは置き換えゲート材料としてポリシリコンの使用について、IDEM Tech.Digest,777頁,1998に書いている。置き換えゲート材料としてポリシリコンを使用する不利益は、ウェットエッチングプロセスを使用して、選択的に二酸化ケイ素を覆っているポリシリコンを除去する際の困難さにある。
【0005】
Yagishitaらもまた、置き換えゲートプロセスについて、IEDM Tech.Digest,785頁,1998に書いている。またYagishitaは、置き換えゲート材料としてポリシリコンの使用を開示している。
【0006】
Evansらは、1998年2月23日に出願された本願の一部継続出願である特許出願第09/028,157号において、置き換えゲート材料として窒化シリコンの使用を開示している。置き換えゲート材料として窒化シリコンを使用することは効果的であるが、ドライエッチングプロセスを使用して窒化シリコン置き換えゲートをパターニングすることは困難であり得る。ドライ窒化シリコンエッチングを最適化するため、シリコンおよび二酸化ケイ素の両方に対し、エッチング選択性を有する必要がある。
【0007】
これまで、MOSFETデバイスの製造中、シリコンゲルマニウムおよび他のIV−B族元素合金は、ダミーゲート、すなわち置き換えゲートとして使用されなかった。
【0008】
置き換えゲート材料とスペーサおよび他の構造で使用される隣接する材料との間で高いエッチング選択性を備えた置き換えゲートMOSFET製造プロセスを有することは、有利である。上述の参考文献は、MOSFETデバイスの製造を議論しているが、それらは本発明の利点を提供しない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ゲートの形成の前にソース領域およびドレイン領域が形成されることを特徴とするMOSFETデバイスの製造方法を提供することである。
【0010】
本発明の別の目的は、MOSFETデバイスが通常のシリコンおよび絶縁体上シリコン(SOI)の両方の基板上に構築され得るMOSFETデバイスを提供することである。
【0011】
本発明のさらなる目的は、任意のタイプのゲート誘電体材料の使用を可能にするMOSFETデバイスの製造を提供することである。
【0012】
さらに本発明の別の目的は、ゲート電極として高融点金属または銅のような高導電性材料を有するMOSFETデバイスの製造を提供することである。
【0013】
本発明のさらなる目的は、高いエッチング制御性が図れる製造プロセスの適用が可能となり、所望の厳密なゲート寸法を達成することを特徴とする、MOSFETデバイスの製造を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明による基板上にMOSFET構造を製造する方法は、上記基板内のゲート領域上に島を形成し、上記島がIV−B族元素の合金から形成される、ステップと、上記島の周りに側壁を形成するステップと、上記基板内にソース領域およびドレイン領域を形成するステップと、上記側壁を除去することなく上記島を選択的に除去し、それによって上記ゲート領域上にボイドを残すステップと、上記ボイドをゲート構造で埋めるステップとを含み、それにより上記目的が達成される。
【0015】
上記IV−B族元素の合金が、Si1-XGeXであり、xが約0.05〜約1.0の範囲であってもよい。
【0016】
上記島を形成するステップの前に、上記基板上に5〜30nmの間の厚さを有する酸化物層を堆積するステップを含み、上記島を形成するステップが、上記酸化物層上に島を形成するステップ含んでもよい。
【0017】
上記島を形成するステップは、上記酸化物層上に約150〜約500nmの厚さのIV−B族元素の合金から形成される材料の層を堆積するステップを含んでもよい。
【0018】
上記島を形成するステップが、上記酸化物層上にIV−B族元素の合金から形成される材料の層を堆積するステップと、上記島の領域に該堆積した層をマスキングするステップと、上記ゲート領域上の領域を除く層を除去するために上記堆積した層をエッチングするステップをさらに含んでもよい。
【0019】
上記IV−B族元素の合金の島を除去するステップが、上記島、その周りの上記側壁、および上記ソース領域および上記ドレイン領域上に非島状材料層を堆積するステップと、上記島の上部の構造を化学的機械研磨するステップと、溶剤で上記島を溶解させ、それによって上記ボイドを残すステップとを含んでもよい。
【0020】
上記非島状材料層はポリシリコンであって、上記非島材料層が第1のポリシリコン層であり、上記ボイドを埋めるステップは、残りの第1のポリシリコン層および上記ボイド上にゲート材料層を堆積するステップと、上記第1のポリシリコン層の上部のレベルまで材料を除去するために上記構造を化学的機械研磨するステップとを含んでもよい。
【0021】
上記ゲート材料は、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、または窒化タングステン(WN)およびポリシリコンゲルマニウムのようなバリア金属と組合せて用いられるポリシリコン、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)からなる群から選択されてもよい。
【0022】
上記非島状材料層が第1の誘電体材料層であってもよい。
【0023】
上記第1の誘電体材料層は、窒化シリコンおよび酸化物からなる群から選択されてもよい。
【0024】
上記ボイドをゲート構造で埋めるステップの次に、化学的機械研磨によって上記構造の上面を平坦化するステップを含んでもよい。
【0025】
上記構造を平坦化するステップの次に、平坦化した構造上に第2の誘電体材料層を堆積するステップと、上記第2の誘電体材料層を通して前記ゲート構造まで開口部を形成するステップと、上記第2の誘電体材料層および上記第1の誘電体材料層を通じて前記ソースおよびドレイン領域まで開口部を形成するステップと、上記構造上および上記開口部内に金属層を堆積し、上記ソース領域、上記ゲート領域、および上記ドレイン領域と電気的に接触するように電極を形成するステップとを含んでもよい。
【0026】
上記島のまわりに側壁を生成するステップは、窒化シリコンおよび酸化物からなる群から選択される材料の上記側壁を形成するステップを含んでもよい。
【0027】
上記ボイドは、0.10と0.2ミクロンとの間の上記ソース領域から上記ドレイン領域まで広がる長さを有してもよい。
【0028】
上記ボイドをゲート構造で埋めるステップは、上記ソース領域、上記ドレイン領域、および上記ボイド上のゲート誘電体層を堆積し、それによってゲート誘電体の層が上記ボイド内に堆積される、ステップと、次いで上記ゲート誘電体の層上にゲート電極材料の層を堆積するステップとを含んでもよい。
【0029】
上記ゲート誘電体を形成するステップは、高誘電率および高耐圧強度を有する材料を堆積するステップを含んでもよい。
【0030】
上記堆積されるゲート誘電体は、Ta2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、Siをドープされる以下の材料、Ta2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、およびAlをドープされる以下の材料、Ta2O5、TiO2、ZrO2、HfO2を含む群から選択される材料を含んでもよい。
【0031】
上記ゲート誘電体層を堆積するステップは、以下の物理的気相成長法(PVD)、化学的気相成長法(CVD)、およびプラズマ化学的気相成長法(PECVD)から選択されるプロセスによって実施されてもよい。
【0032】
上記ボイドをゲート構造で埋めるステップの次に、化学的機械研磨によって前記構造の上面を平坦化するステップを含んでもよい。
【0033】
上記構造の上面を平坦化するステップの次に、上記構造の上面に金属層が堆積され、上記構造を金属化して、上記ソース領域、上記ゲート領域、および上記ドレイン領域と電気的に接触するように電極を形成してもよい。
【0034】
上記構造の上面に金属層を堆積するステップに続き、上記構造を金属化するステップに先立って、サリサイドプロセスを促進するために上記構造をアニーリングするステップを含んでもよい。
【0035】
本発明によるMOSFETを製造する方法は、シリコン基板上の酸化物層を堆積するステップと、上記基板内のゲート領域上にシリコン錫合金の島を形成するステップと、上記シリコン錫合金の島の周りに側壁を形成するステップと、上記基板内にソース領域およびドレイン領域を形成するステップと、上記シリコン錫合金の島を除去し、それによって上記ゲート領域上にボイドを残すステップと、上記ボイドおよび上記ソース領域および上記ドレイン領域上の領域を埋めるステップと、化学的機械研磨によって構造の上面を平坦化するステップと、を含み、それにより上記目的が達成される。
【0036】
上記シリコン錫合金はSi1-XSnXと表され、ここでxは約0.05〜約1.0の範囲にあってもよい。
【0037】
上記シリコン錫合金島の周りの側壁を形成するステップは、窒化シリコンおよび酸化物からなる群から選択される側壁材料から上記側壁を形成するステップを含んでもよい。
【0038】
本発明によるMOSFETを製造するプロセスは、シリコン基板上に酸化物層を堆積するステップと、上記基板内のゲート領域上にシリコンゲルマニウム合金の島を形成するステップと、上記シリコンゲルマニウム合金の島の周りに側壁を形成するステップと、上記基板内にソース領域およびドレイン領域を形成するステップと、
上記シリコンゲルマニウム合金の島を除去し、それによって上記ゲート領域上にボイドを残す、ステップと、上記ボイドおよび上記ソース領域および上記ドレイン領域上の領域を埋めるステップと、化学的機械研磨によって構造の上面を平坦化するステップと、を含み、それにより上記目的が達成される。
【0039】
上記シリコンゲルマニウム合金はSi1-XGeXと表され、ここでxは約0.05〜約1.0の範囲であってもよい。
【0040】
上記シリコンゲルマニウム合金の島の周りに側壁を形成するステップは、窒化シリコンおよび酸化物からなる群から選択される側壁材料から上記側壁を形成するステップを含んでもよい。
【0041】
従って、本発明の方法は、基板内のゲート領域上にシリコンゲルマニウムまたは同様の合金の島を形成し、合金の材料は好適には元素周期律表のIV−B族の元素から選択されるステップと、シリコンゲルマニウムの島のまわりに酸化物または窒化物の側壁を形成するステップと(シリコンゲルマニウムは、使用されるべきIV−B族の元素好適な合金の代表例として本明細書中で使用されている)、基板内にソース領域およびドレイン領域を形成するプロセスと、島の周りの側壁を除去することなくシリコンゲルマニウムの島を除去し、それによってゲート領域上にボイドを残すステップと、好適にはボイド内のゲート領域上にゲート誘電体を形成するステップ、およびボイドの残りをゲート電極材料で埋めるステップと、を含む。
【0042】
シリコンゲルマニウム(または他のIV−B族合金)の島を除去するステップは好適には、島上およびソース領域およびドレイン領域上の領域に非島状材料層を堆積するステップを含み、非島状材料層は、堆積された非島状材料層を同時に除去することなく島の合金が選択的に溶解されるか別の方法で除去されることを可能にする。非島状材料層は、積み上げソース/ドレイン領域が提供される場合はポリシリコン(あるいは多結晶性のシリコンのように当業者に公知なもの)、または通常のソース/ドレイン領域が提供される場合窒化シリコンまたは酸化物のような適した誘電体のいずれかであり得る。ボイドをゲート構造で埋めた後、その方法は好適には化学的機械研磨によってその構造の上面を平坦化するステップを含む。積み上げソース/ドレイン領域が形成されることを特徴とする本発明の実施形態において、その方法は、好適にはその構造の上面に金属層を堆積するステップ、およびソース領域、ゲート領域およびドレイン領域を電気的に接触する電極を形成するために構造を金属化するステップをさらに含む。
【0043】
【発明の実施の形態】
本願は、David Russel EvansおよびSheng TengHsuにより発明され、「Fabrication of a PlanarMOSFET with Raised Source/Drain by Chemical Mechanical Polishing and Nitride Replacement」と称される、1998年2月23日に出願された第09/028,157号の一部継続出願を基礎とする優先権を主張する。
【0044】
図1〜12は、積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続するステップを示す。
【0045】
ここで図面、初めに図1を注目すると、基板は、この場合単結晶シリコン基板であり、一般に20で示される。本明細書中で使用される「基板」または「シリコン基板」はバルクシリコン、単結晶基板または酸素注入シリコン(SIMOX)基板を含む絶縁体上シリコン(SOI)基板を意味する。基板20は、本明細書中で記述される後のデバイスの製造に適した電気的に活性および/または絶縁された領域を形成するために特別に加工されている。前処理は、限りなく存在し、通常のnウェルおよび/またはpウェルの規定および分離、ポリシリコンまたは酸化物を再充填したトレンチ分離、通常の局所酸化(LOCOS)または完全なリセス局所酸化(LOCOS)、および/またはLOCOSまたはエッチングのいずれかにより生成されたSOIメサ構造、を含む。このようなステップを組合せてもよいし、または個々に使用されてもよい。絶縁体上シリコン(SOI)基板は、その後のアニーリングと共に単結晶シリコンに高ドーズ酸素の注入により製造されるSIMOX、貼り合わせシリコンウェハおよびエッチバック、ヘテロエピタクシーなどである。SIMOXの例は、1×1018〜2×1018cm-2の酸素ドーズを有し、約200keVにおける酸素の注入である。ウェハはその後、1300℃〜1350℃で4時間〜10時間アニールされる。埋め込み酸化物の厚さは約300nmである。前処理が完了すると、基板は平坦化、すなわち、化学的機械研磨(CMP)により全体的に平坦化され得る。
【0046】
酸化物層22が基板20上に約5〜約30nmの厚さに形成される(図面は一定拡大比でないことに留意されたい)。酸化物層22は本明細書中においてパッド酸化物層22と称される。次いで周期律表のIV−B族元素の合金である材料の層が、酸化物の層22の上に堆積される。本明細書中で最初に記述される例示において、IV−B族元素の合金は、好適には化学的気相成長法(CVD)によって約150nm〜約500nmの厚さに堆積されるポリシリコンゲルマニウムである。シリコンゲルマニウムは、本明細書中でIV−B族元素の適した合金の代表的な例として用いられ、それにより以下に記述するように「島」材料として機能する。
【0047】
シリコンゲルマニウム層は、好適にはSi1-XGeXと表される。ここでxは典型的には0.1〜0.5の範囲であるが、約0.05〜約1.0の範囲内にあればどこでもよい。シリコンゲルマニウム合金層は、堆積したシリコンゲルマニウム層のフォトリソグラフィおよびプラズマ異方性エッチングプロセスによって、図1のシリコンゲルマニウム島24に形成される。エッチングによって除去されたシリコンゲルマニウム領域は、図1の23に点線で示されている。島領域24以外の領域23のエッチングは、パッド酸化物層22で停止される。すなわち、シリコンゲルマニウム層23は、ゲート領域内でマスクされ、次いでシリコンゲルマニウムの残りの部分がエッチングされ、島24を形成する。マスクされた「島」領域24の外側のパッド酸化物層22は、部分的にエッチングされ得るか、またはこのエッチングプロセス中に完全に除去され得るが、パッド酸化物層22はまた、後のステップのエッチングストップとして機能するために残っていてもよい。本明細書中の図解の実施形態において、パッド酸化物層22は除去されていない。
【0048】
シリコンゲルマニウム島24は、ゲート電極のため置き換え「鋳造(cast)」を形成する。すなわち、シリコンゲルマニウム島24は、ゲート電極となるものの誘電体イメージを形成する。このイメージは好適には、後に本明細書中で記述するように更なるフォトリソグラフィーステップを追加することなく、金属ゲート電極、あるいは別の材料からなるゲート電極形成用のパターンまたはフォームとして使用され得る。たとえば、島24のイメージが、高不純物ポリシリコンまたはポリシリコンゲルマニウム合金材料のゲート電極に写される。
【0049】
本明細書中で図面は、nチャネル型またはpチャネル型のいずれかであり得るMOSFETトランジスタの形成を示している。製造中に両方の型が同時に形成される場合、p-低ドーズ(または低不純物)ドレイン(LDD)イオン注入の間、nチャネルトランジスタをマスクするためにフォトレジストが使用される。図1に示されるp-LDD領域26および28は、BF2イオン注入またはプラズマドーピングによって形成される。好適なイオンドーズは5×1013〜50×1013cm-2であり、BF2のイオンエネルギーは10keV〜80keVである。イオンエネルギーは十分小さいので、イオンがシリコンゲルマニウム層を通じて注入されることはない。その後フォトレジストを剥がし、n-LDDイオン注入用の新しいフォトレジストを用いてpチャネルトランジスタをマスクする。n-LDD領域はヒ素または燐イオンの注入によって形成される。このとき、イオンドーズは5×1013〜50×1013cm-2であり、ヒ素の場合のイオンエネルギーが40〜100keV、または燐の場合のイオンエネルギーが10〜60keVである。図面に示される例示的なトランジスタはnチャネルまたはpチャネルいずれかのトランジスタを表している。
【0050】
またパッド酸化物22を厚くする目的のため、酸化のステップが行われてもよい。その結果、図2の30および32に示されているように、島のエッジに「バーズビーク」を形成する。バーズビークは、ゲート電極のエッジでのゲート酸化物の降伏電圧を向上させる。酸化ステップは、酸素中で図1の構造を加熱することにより実行され、周知のように「島」24により覆われていないパッド酸化物領域22を厚くする。この酸化ステップの間、LDD領域内のイオンは拡散され、図2に示されるようにバーズビークの長さを越えて広がる。窒化シリコン層34は、プラズマ化学的気相成長法(PECVD)または低圧化学的気相成長法(LPCVD)のような任意の最先端技術プロセスによってその構造に亘って堆積され、図2に示される構成となる。別の実施形態においては、酸化物が層34のの材料として使用され得る。
【0051】
窒化シリコンが層34(図2)で使用されると仮定すると、次いでウェハは異方性窒化物エッチングを受け、図3に示されるようにシリコンゲルマニウム層の側壁の周りに窒化物の薄い層36および38を残す。
【0052】
ここで図4を参照すると、島24で使用したIV−B族元素の合金と異なる材料の層が、図3の構造上に堆積される。層40(図4)は非島状材料から形成される層を指す。なぜなら層40で使用された材料を同時に除去することなく島の好都合な除去を可能にするために、島24の材料と異なる必要があるからである。本発明の第1の実施形態において、層40は、好適にはポリシリコンが堆積される。ポリシリコン層40は、ウェハ上の合金の島、島の側壁およびソースならびにドレイン領域上に堆積される。層40はシリコンゲルマニウム層24より「T」の量だけ厚くなる。層40は本明細書中では第1のポリシリコン層40と代わりに称される。図5に示されるように、その後この構造はCMPによって処理されて、シリコンゲルマニウム島24を露出する。
【0053】
その後、フォトレジストマスク33が、デバイスの活性領域を覆うために塗布される。フィールド領域35(図6内の平行線模様で示す)内のポリシリコン層40はレジストで覆われていない。ポリシリコン層40および基板20の任意の適切な部分がエッチングされ、フィールド領域35を除去する。次いでレジスト層33が剥がされる。この時点において、p-チャネルおよびn-チャネルトランジスタの両方のソース領域26およびドレイン領域28のみが、ポリシリコン層40で覆われる。その後、ウェハは酸化物層(図6の点線37で示す)でコーティングされる。酸化物層は、フィールド領域35内に堆積される酸化物の深さに等しいかまたはより深い厚さを有する。酸化物はCMP平坦化され、ポリシリコンおよびシリコンゲルマニウム層の上面で停止する。ポリシリコンより速く酸化物を除去する高い選択性のスラリーがこのプロセスには望ましい。この結果、図7および図8に示されるようにポリシリコン層40を囲む酸化物領域41により基板上のデバイスを互いから絶縁する。領域41は、図7および図8のみに示しているが、図5および図6を用いて説明したステップの後の状態を示す他の図面の構成においてもこの領域は存在する。
【0054】
次のステップは、図5〜図7において残っているポリシリコン領域40へのソース/ドレインイオン注入である。pおよびnチャネルデバイスの両方が処理され、そして注入がまずpチャネルデバイスに関して行なわれると仮定すると、nチャネルトランジスタをマスクするためにフォトレジストが形成される。図5においてポリシリコン領域40を含むpチャネルソース/ドレイン領域は、BF2イオンを注入される。好適なイオンドーズは1.0×1015〜5.0×1015cm-2であり、BF2のイオンエネルギーは10keV〜80keVである。この場合もまた、イオンエネルギーが十分小さいので、ゲート誘電体層を通じチャネル領域まで注入されるイオンは存在しない。このイオン注入により、pチャネルトランジスタ用の積み上げp+ソース領域およびp+ドレイン領域を作製する。フォトレジストは剥がされ、そして新しいフォトレジストがnチャネルソース/ドレインイオン注入のためにpチャネルトランジスタをマスクするのに使用される。
【0055】
nチャネルソース/ドレイン領域は、1.0×1015〜5.0×1015のイオンドーズで、40keV〜100keVのイオンエネルギーのヒ素、または10keV〜60keVのイオンエネルギーの燐のイオン注入により形成される。マスキングレジストを剥がし、ウェハを不活性ガス雰囲気中において、約800℃〜約1100℃の範囲の温度で、15秒〜60分間アニールした。pチャネルトランジスタのソースおよびドレインはp+にドープされ、一方nチャネルトランジスタの対応する領域はn+にドープされる。
【0056】
図9を参照して、シリコンゲルマニウム島24は、いくつかの方法のうち任意の1つ(例えば、高い選択性ウェットエッチング)によって除去される。シリコン上のシリコンゲルマニウムを選択的に除去するいくつかのウェットエッチングプロセスがあり、例えば酢酸、硝酸およびHFの混合液によるウェットエッチングプロセスでは、シリコンゲルマニウム対シリコンが100対1、シリコンゲルマニウム対二酸化ケイ素が1000対1よりも優れたエッチングの選択性を示す。NH4OH、H2O2および水の混合液では、シリコンよりもシリコンゲルマニウムを少なくとも5倍早く選択的にエッチングし得る。またH2O2、HFおよび水の混合液は、シリコン上のシリコンゲルマニウムを選択的にエッチングし得る。いずれのウェットエッチングプロセスも、図9に示される構成となり得る。シリコンゲルマニウム島24のエッチングの間利用できる、高い選択性およびパターン制御により厳密な寸法、すなわち、ゲート長が制御され得る。すなわち、スペーサ36および38の内側の側壁は、本明細書で開示されるプロセスの間、ゲート領域の表面とほぼ垂直であるので、ゲートの厳密な寸法は製造ステップの間変化しない。示された実施形態において、ゲートは、0.10〜0.2ミクロンの間、好適には約0.13ミクロンの厳密な寸法を有し、領域26から領域28のゲート領域の幅に亘って広がる。島24が除去された領域(最終的に完成したトランジスタのチャネル領域42となるものに亘る領域)は、本明細書中ではボイド45と称される。ボイド45は、代わりにゲート領域上のボイドと称される。
【0057】
シリコンゲルマニウムを除去すると、最初のパッド酸化物22の残りの部分が露出され、図9の線22によってのみ示される。この酸化物層はゲート誘電体として機能出来るが、シリコンゲルマニウム島の除去後、残りのパッド酸化物が、汚染されてないか、またはダメージのない状態であるとは考えられない。パッド酸化物22は、マスクされていない閾値調整注入のための遮蔽酸化物として機能する。当然マスクされていない閾値調整注入は、必ず酸化物パッド22を汚染する。従って、酸化物パッド22は、ゲート誘電体として望ましくなく、酸化物パッド22を除去した後、チャネル領域42を露出し、その上になんらかのゲート誘電体の形成を必要とする。
【0058】
ゲート誘電体の形成の最も簡単なアプローチは、チャネル領域42内の露出されたシリコン上に誘電体を再成長させることであるが、このような再成長はエッジを薄くさせ得、最終的に得られるデバイスが望ましくない低ゲート破壊電圧を有することになる。この影響は、図2を参照して記述された上述の酸化ステップの適切な設計によって減少し得る。酸化ステップ中、バーズビーク30および32はシリコンゲルマニウム島の周囲に形成され、ゲートのエッジにおけるパッド酸化物を厚くする。残ったパッド酸化物を制御性良く除去すれば、「抑え(toe)」がスペーサ(36および38)の下部に形成され、エッジの薄膜化を防ぐ。
【0059】
あるいは、なんらかの堆積方法によってゲート誘電体を形成し得る。これは、酸化シリコン以外の材料が使用されてもよく、AlN、Al2O3、TiO2、ZrO2、またはTa2O5のような他の材料は、高誘電率および/または高耐圧強度などの望ましい物性を有しているので、有利である。さらに、アルミニウムドープド酸化ジルコニウム、シリコンドープド酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムドープド酸化ハフニウム、およびシリコンドープド酸化ハフニウムなどの酸化ジルコニウムおよび酸化ハフニウム化合物が使用されてもよい。これらの例において、上述の酸化ステップによるバーズビークの形成は必要とされず、プロセス経路からそのステップを省略してもよい。この材料は、CVD、PVD、または原子層堆積法(ALD)によって堆積され得る。いずれの方法を使用するかに係らず、最終結果は、図10に示されるようにゲート誘電体層44を形成する。
【0060】
ゲート誘電体44の形成後、ゲート電極材料46が構造全体に堆積され、図10に示される構成となる。堆積された層46はポリシリコンである。しかし、ポリシリコン以外の材料にてボイドを埋めると伴に、ソース、ゲートおよびドレイン領域に亘って堆積してもよい。タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)のような高融点金属、または銅(Cu)のような高導電率金属が、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、または窒化タングステン(WN)のようなバリア金属と組合せて使用され得る。別の実施形態において、ポリシリコンゲルマニウムもまたゲート形成のために使用される。その構造が選択されたいずれの金属で覆われても、その構造はCMPにより全体的な平坦化を行って、ポリシリコン層40およびゲート材料層46の一部分、ならびに側壁スペーサ36および38の一部分を除去し、その結果、図11に示す構造になる。
【0061】
任意のサリサイド(自己整合シリサイド)プロセスはゲート、ソース、およびドレイン電極の寄生抵抗を最小にするように実行される。図12を参照して、シリサイド層52および54は、任意の最先端技術のサリサイドプロセスによって形成される。サリサイドの従来技術における問題は、スペーサ36および38上に残るエッチングされなかった金属によって、ゲートがソースおよび/またはドレインとショートし得ることである。この問題は、「接触研磨(touch polish)」、極めて短いCMPステップによって解決される。
【0062】
ここで図12のデバイスは、導体のメタライゼーションの準備の完了した状態である。導体のメタライゼーションは、当業者に周知の任意の技術によって達成され、ソース領域、ゲート領域、およびドレイン領域用の電極を形成する。それらの電極は、それぞれの領域と電気的に接触した状態にある。この導体のメタライゼーションは、アルミニウム合金を用いるような従来のパターニングおよびエッチングメタライゼーションにより達成される。しかし、表面はすでに全体的に平坦化されているので、銅の埋め込み及びCMPによるダマシン型メタライゼーションも容易に実行され得る。
【0063】
ここで図13を参照すると、バルクシリコン層60および埋め込み酸化物層62を有するSIMOX基板上に適用した構造が示されている。同一の要素について用いられた参照番号を用いて残りの構造を示す。
【0064】
図14および図15は、本発明の別の実施形態を示し、ここでバリア層は図9のボイド45内に堆積されている。バリア層70は、好適には、続いてボイド45内に堆積される銅ゲート電極73に対しバリア性を有する窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、または窒化タングステン(WN)のような適したバリア金属である(図15を参照されたい)。ソースおよびドレイン領域上の余分なバリア金属は、CMPによって取り除かれ、その結果示されるように、ゲート電極73に対してバリア材料は自然に自己整合的に形成される。図16はSIMOX基板上の図15の実施形態を示す。図14〜図16におけるゲート誘電体44は、例えばTa2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、これらにSiおよびAlのいずれかをドープした任意の材料等の高誘電率材料、または他の適した誘電体材料の堆積のようないずれかの適した手段によって提供され、それらのうちのいくつかが任意にSiまたはAlのいずれか一方、または他の適した誘電体材料にドープされ得る。図10を参照して説明された実施形態において、同様のプロセスがゲート誘電体44を提供するため使用され得る。
【0065】
またSiSnのような他のIV−B族合金が、上述のプロセスにおいて、ダミーゲート(すなわち置き換えゲート)として使用されてもよい。類似の処理ステップおよびプロセスの改変が、これらの材料の同様の化学的性質に基づいたシリコンゲルマニウムおよびシリコン錫合金プロセスで使用され得る。これらの新しいダミーゲート材料はまた、強誘電体メモリのような他のデバイスの製造のために使用されてもよい。
【0066】
前述の発明の実施形態は、積み上げソース/ドレイン構成を使用する。図17〜図22の実施形態は従来のソース/ドレイン構造を有する。図17、18,19および20はそれぞれ、図3、4、5および9に示された第1の実施形態に等価なステップを示し、両方の図において同一の参照番号が同一の要素について用いられる。図17において、島24および側壁スペーサ36および38の形成後、注入ステップを実行し、適したpまたはn型ドーパント(形成されるデバイスの伝導型に依存して)を基板20に注入する。ドーパントを活性化するため適したアニールが実行された後、その結果、ソース領域100およびドレイン領域102が形成される。
【0067】
この実施形態において、次のステップ(図18)は、二酸化ケイ素のような誘電体106の層を合金の島、島の側壁、およびソースならびにドレイン領域上に堆積することである。層106はまた、上述した構造上に堆積された非島状材料または「第1の誘電体材料層」と呼ばれる。図4の層40と同様に、層106はシリコンゲルマニウム(「島」)層24より「T」の量(図4を参照されたい)だけ厚い。次いで図19に示すように、その構造はCMPによって処理され、シリコンゲルマニウム島24が露出する。図19において、ソース/ドレイン領域100/102は、それぞれ二酸化ケイ素層110/112によって覆われる。素子分離のためのフィールド領域の形成は、上記の図6〜図8を参照して示し、説明されるように実行される。
【0068】
ここで、シリコンゲルマニウム島24は、島24の材料を選択的に除去するが、側壁スペーサ36および38または二酸化ケイ素領域110および112を除去しない、任意の適した方法によって除去される。当業者に周知のいくつかのウェットエッチングプロセスが存在し、そのウェットエッチングプロセスによって二酸化ケイ素または窒化シリコン上のシリコンゲルマニウムが選択的に除去される。図20に示すように、除去ステップの結果、デバイスのゲート領域(すなわちチャネル領域42)上にボイド45が生成される。
【0069】
図17〜図22の実施形態におけるゲート誘電体層44(図21)の形成およびゲート電極材料層46の堆積は、図10を参照し先に記述したものと同じである。ボイド45をゲート構造で埋めることによって、図22の線118によっておよそ示されるレベルまで構造の上面を平坦化する。平坦化ステップは化学的機械研磨によって実行される。
【0070】
最後に、第2の誘電体層122が、平坦化された構造上に堆積される。開口部124、126、128が層122を貫いて形成される。層122は、ゲート構造130まで広がる開口部126、および第1の誘電体層110および112を貫きそれぞれソース領域100およびドレイン領域102まで広がる開口部124および128を含む。次いで適した金属層(図示せず)が、その構造上および開口部124、126、128内に堆積され、ソース領域100、ゲート領域130、およびドレイン領域102と電気的に接触する電極を形成し、デバイスを完成させる。
【0071】
従って、シリコンゲルマニウム置き換えゲート、または同様の合金置き換えゲートを用いたMOSFETの形成方法を開示してきた。その構造を形成する好適な方法およびそれらのSIMOX基板への適用が開示されているが、さらなる変形および改変が添付の請求の範囲で規定された本発明の範囲から逸脱することなくなされることを理解されるべきである。
【0072】
【発明の効果】
MOSFETの製造方法は以下のステップを含む。すなわち、シリコン基板上に酸化物層が堆積するステップと、基板内のゲート領域上にシリコン系合金の島を形成し、それによりシリコン系合金はシリコンゲルマニウム合金またはシリコン錫合金もしくはIV−B族元素の別の合金を含むステップと、シリコン系合金の島の周りに側壁を形成するステップと、基板内にソース領域およびドレイン領域を形成するステップと、シリコン系合金の島を除去し、それによってゲート領域上にボイドを残すステップと、ボイドおよびソース領域およびドレイン領域上の領域を埋めるステップと、化学的機械研磨によってその構造の上面を平坦化するステップとを含む。あるいは、従来の積み上げソース/ドレイン構造を提供する別の実施形態を開示する。
【0073】
本発明は、ゲートの厳密な寸法のより良い制御をしつつ選択的に除去され得るダミーゲート(すなわち置き換えのゲート)のための新しい材料を使用する。特に、シリコンゲルマニウム置き換えゲートは、従来技術の置き換えゲートより、より早くエッチングされ得、そしてより容易にパターニングされ得る。さらに、従来技術のポリシリコン置き換えゲートが酸化物スペーサでのみ形成され得るのに対して、置き換えゲート材料としてシリコンゲルマニウムまたは同様の合金を使用することによって、酸化物または窒化物スペーサの使用を可能にし、それにより置き換えゲート島を形成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図2】図2は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図3】図3は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図4】図4は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図5】図5は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図6】図6は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図7】図7は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図8】図8は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図9】図9は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図10】図10は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図11】図11は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図12】図12は積み上げソース/ドレイン領域を有する本発明の第1の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図13】図13はSOI基板上のデバイスを示す。
【図14】図14は本発明の別の実施形態におけるバリア層堆積後のデバイスの構造を示す。
【図15】図15は堆積されたバリア層を有する完全なデバイス構造を示す。
【図16】図16はSIMOX基板上に堆積されたゲートバリア層を有する完全なデバイス構造を示す。
【図17】図17は本発明のさらに別の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図18】図18は本発明のさらに別の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図19】図19は本発明のさらに別の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図20】図20は本発明のさらに別の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図21】図21は本発明のさらに別の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【図22】図22は本発明のさらに別の実施形態によるMOSFETデバイスの製造における連続ステップを示す。
【符号の説明】
20 基板
41 酸化物領域
42 チャネル領域
45 ボイド
48、50 ポリシリコン層
60 バルクシリコン層
62 埋め込み酸化物層
100 ソース領域
102 ドレイン領域
106 誘電体層(第1の誘電体層)
110、112 二酸化ケイ素層(第1の誘電体層)
122 第2の誘電体層
124、126、128 開口部
130 ゲート領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the manufacture of integrated circuits, and more particularly to the manufacture of MOSFET devices formed using replacement gates.
[0002]
[Prior art]
The manufacture of MOSFET semiconductors is well known in the art. Such a structure is shown in US Pat. No. 4,702,792 by Chow et al., Which discloses a technique for fabricating a small conductive channel.
[0003]
This replacement, or “cast” process, is a promising method for fabricating transistors with a wide selection of gate materials. However, this process is not widely used due to process control problems in current technology. The main obstacle to using the replacement gate process is controlling the exact dimensions of the gate during the gate replacement process.
[0004]
Chatterjee et al., IDEM Tech., For the replacement gate process, specifically the use of polysilicon as the replacement gate material. Digest, 777, 1998. A disadvantage of using polysilicon as a replacement gate material is the difficulty in using a wet etch process to remove polysilicon that selectively covers silicon dioxide.
[0005]
Yagishita et al. Also described IEDM Tech. Digest, p. 785, 1998. Yagishita also discloses the use of polysilicon as a replacement gate material.
[0006]
Evans et al., In patent application 09 / 028,157, which is a continuation-in-part of this application, filed February 23, 1998, discloses the use of silicon nitride as a replacement gate material. Although using silicon nitride as the replacement gate material is effective, it can be difficult to pattern the silicon nitride replacement gate using a dry etch process. To optimize dry silicon nitride etching, it is necessary to have etch selectivity for both silicon and silicon dioxide.
[0007]
To date, during the manufacture of MOSFET devices, silicon germanium and other group IV-B elemental alloys have not been used as dummy gates or replacement gates.
[0008]
It would be advantageous to have a replacement gate MOSFET fabrication process with high etch selectivity between the replacement gate material and the adjacent materials used in spacers and other structures. Although the above references discuss the manufacture of MOSFET devices, they do not provide the advantages of the present invention.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a MOSFET device, characterized in that a source region and a drain region are formed before forming a gate.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a MOSFET device in which the MOSFET device can be built on both normal silicon and silicon on insulator (SOI) substrates.
[0011]
It is a further object of the present invention to provide the manufacture of a MOSFET device that allows the use of any type of gate dielectric material.
[0012]
Yet another object of the present invention is to provide the manufacture of a MOSFET device having a highly conductive material such as a refractory metal or copper as the gate electrode.
[0013]
It is a further object of the present invention to provide a fabrication of a MOSFET device that allows the application of a fabrication process that allows high etch controllability and achieves the desired exact gate dimensions.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A method of manufacturing a MOSFET structure on a substrate according to the present invention comprises forming an island on a gate region in the substrate, wherein the island is formed from an alloy of a group IV-B element, and surrounding the island Forming sidewalls; forming source and drain regions in the substrate; selectively removing the islands without removing the sidewalls, thereby leaving voids on the gate regions; Filling the void with a gate structure, thereby achieving the object.
[0015]
The alloy of the IV-B group element is Si 1-X Ge X And x may range from about 0.05 to about 1.0.
[0016]
Depositing an oxide layer having a thickness between 5 and 30 nm on the substrate prior to forming the islands, the step of forming the islands forming an island on the oxide layer; A forming step may be included.
[0017]
The step of forming the islands may include depositing a layer of material formed from an alloy of Group IV-B elements having a thickness of about 150 to about 500 nm on the oxide layer.
[0018]
Forming the island comprises depositing a layer of material formed from an alloy of group IV-B elements on the oxide layer; masking the deposited layer in the region of the island; and The method may further include etching the deposited layer to remove the layer except for the region on the gate region.
[0019]
Removing the island of the IV-B group element alloy comprises depositing a non-island material layer over the island, the sidewalls around it, and the source and drain regions; Chemical mechanical polishing of the structure, and dissolving the islands with a solvent, thereby leaving the voids.
[0020]
The non-island-like material layer is polysilicon, the non-island material layer is a first polysilicon layer, and the step of filling the void includes a gate material on the remaining first polysilicon layer and the void. Depositing a layer and chemically and mechanically polishing the structure to remove material to a level above the first polysilicon layer.
[0021]
The gate material is titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), or polysilicon used in combination with a barrier metal such as tungsten nitride (WN) and polysilicon germanium, tungsten (W), tantalum (Ta), You may select from the group which consists of platinum (Pt), molybdenum (Mo), and copper (Cu).
[0022]
The non-island material layer may be a first dielectric material layer.
[0023]
The first dielectric material layer may be selected from the group consisting of silicon nitride and oxide.
[0024]
Following the step of filling the void with a gate structure, a step of planarizing the top surface of the structure by chemical mechanical polishing may be included.
[0025]
Following the step of planarizing the structure, depositing a second dielectric material layer on the planarized structure; forming an opening through the second dielectric material layer to the gate structure; Forming an opening through the second dielectric material layer and the first dielectric material layer to the source and drain regions; depositing a metal layer on the structure and in the opening; and Forming an electrode so as to be in electrical contact with the gate region and the drain region.
[0026]
Generating the sidewalls around the island may include forming the sidewalls of a material selected from the group consisting of silicon nitride and oxide.
[0027]
The void may have a length that extends from the source region to the drain region between 0.10 and 0.2 microns.
[0028]
Filling the void with a gate structure comprises depositing the source region, the drain region, and a gate dielectric layer over the void, whereby a layer of gate dielectric is deposited within the void; and And then depositing a layer of gate electrode material over the layer of gate dielectric.
[0029]
The step of forming the gate dielectric may include the step of depositing a material having a high dielectric constant and a high pressure strength.
[0030]
The deposited gate dielectric is Ta 2 O Five TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 The following materials doped with Si, Ta 2 O Five TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 And the following materials doped with Al, Ta 2 O Five TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 A material selected from the group comprising:
[0031]
The step of depositing the gate dielectric layer is by a process selected from the following physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and plasma chemical vapor deposition (PECVD): May be implemented.
[0032]
Following the step of filling the void with a gate structure, a step of planarizing the upper surface of the structure by chemical mechanical polishing may be included.
[0033]
Following the step of planarizing the top surface of the structure, a metal layer is deposited on the top surface of the structure to metallize the structure so that it is in electrical contact with the source region, the gate region, and the drain region. An electrode may be formed on the substrate.
[0034]
Following the step of depositing a metal layer on the top surface of the structure, the method may include annealing the structure to facilitate the salicide process prior to metallizing the structure.
[0035]
A method of manufacturing a MOSFET according to the present invention comprises the steps of depositing an oxide layer on a silicon substrate, forming a silicon tin alloy island on a gate region in the substrate, and surrounding the silicon tin alloy island. Forming sidewalls in the substrate; forming source and drain regions in the substrate; removing the silicon tin alloy islands, thereby leaving voids on the gate region; and Filling the region on the source region and the drain region and planarizing the top surface of the structure by chemical mechanical polishing, thereby achieving the object.
[0036]
The silicon tin alloy is Si 1-X Sn X Where x may be in the range of about 0.05 to about 1.0.
[0037]
Forming the sidewall around the silicon tin alloy island may include forming the sidewall from a sidewall material selected from the group consisting of silicon nitride and oxide.
[0038]
A process for manufacturing a MOSFET according to the present invention includes depositing an oxide layer on a silicon substrate, forming a silicon germanium alloy island on a gate region in the substrate, and surrounding the silicon germanium alloy island. Forming sidewalls on the substrate, forming source and drain regions in the substrate,
Removing the silicon germanium alloy islands, thereby leaving voids on the gate region; filling the voids and regions on the source and drain regions; and top surface of the structure by chemical mechanical polishing. Flattening, thereby achieving the above object.
[0039]
The silicon germanium alloy is Si 1-X Ge X Where x may range from about 0.05 to about 1.0.
[0040]
Forming the sidewalls around the silicon germanium alloy island may include forming the sidewalls from a sidewall material selected from the group consisting of silicon nitride and oxide.
[0041]
Accordingly, the method of the present invention forms a silicon germanium or similar alloy island on the gate region in the substrate, the alloy material preferably being selected from elements of groups IV-B of the Periodic Table of Elements. Forming oxide or nitride sidewalls around the silicon germanium islands (silicon germanium is used herein as a representative example of a group IV-B element suitable alloy to be used. A process of forming source and drain regions in the substrate, and removing the silicon germanium island without removing the sidewalls around the island, thereby leaving a void on the gate region, and preferably Includes forming a gate dielectric over the gate region in the void and filling the remainder of the void with a gate electrode material.
[0042]
The step of removing silicon germanium (or other group IV-B alloy) islands preferably includes depositing a non-island material layer on the islands and in regions on the source and drain regions. The layer allows the island alloy to be selectively dissolved or otherwise removed without simultaneously removing the deposited non-island material layer. The non-island material layer may be polysilicon (or known to those skilled in the art, such as polycrystalline silicon) if a stacked source / drain region is provided, or if a normal source / drain region is provided It can be any suitable dielectric such as silicon nitride or oxide. After filling the void with the gate structure, the method preferably includes planarizing the top surface of the structure by chemical mechanical polishing. In an embodiment of the invention characterized in that stacked source / drain regions are formed, the method preferably comprises the steps of depositing a metal layer on the top surface of the structure, and the source region, gate region and drain region. The method further includes metallizing the structure to form an electrically contacting electrode.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
This application was invented by David Russel Evans and Sheng TengHsu, “Fabrication of a PlanarMOSFET with Raised Source / Drain by Chemical Mechanical Polishing and Nitth on Feb. , 157, claim priority based on a continuation-in-part application.
[0044]
1-12 illustrate successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention having stacked source / drain regions.
[0045]
Turning now to the drawings and initially to FIG. 1, the substrate is in this case a single crystal silicon substrate, generally indicated at 20. As used herein, “substrate” or “silicon substrate” means a silicon-on-insulator (SOI) substrate, including a bulk silicon, single crystal substrate, or oxygen-implanted silicon (SIMOX) substrate. The
[0046]
An
[0047]
The silicon germanium layer is preferably Si 1-X Ge X It is expressed. Here, x is typically in the range of 0.1 to 0.5, but may be anywhere within the range of about 0.05 to about 1.0. A silicon germanium alloy layer is formed on the
[0048]
The
[0049]
The drawings herein show the formation of MOSFET transistors that can be either n-channel or p-channel. If both molds are formed simultaneously during manufacturing, p - Photoresist is used to mask the n-channel transistor during low dose (or low impurity) drain (LDD) ion implantation. P shown in FIG. - The
[0050]
An oxidation step may also be performed for the purpose of thickening the
[0051]
Assuming that silicon nitride is used in layer 34 (FIG. 2), the wafer then undergoes an anisotropic nitride etch and a thin layer of
[0052]
Referring now to FIG. 4, a layer of material different from the IV-B group element alloy used on
[0053]
A
[0054]
The next step is source / drain ion implantation into the remaining
[0055]
The n-channel source / drain region is 1.0 × 10 15 ~ 5.0 × 10 15 Of ion energy of 40 keV to 100 keV, or phosphorus ion implantation of ion energy of 10 keV to 60 keV. The masking resist was peeled off, and the wafer was annealed in an inert gas atmosphere at a temperature ranging from about 800 ° C. to about 1100 ° C. for 15 seconds to 60 minutes. The source and drain of the p-channel transistor is p + While the corresponding region of the n-channel transistor is n + To be doped.
[0056]
Referring to FIG. 9, the
[0057]
Removal of the silicon germanium exposes the remaining portion of the
[0058]
The simplest approach to forming the gate dielectric is to regrow the dielectric on the exposed silicon in the
[0059]
Alternatively, the gate dielectric may be formed by some deposition method. For this, materials other than silicon oxide may be used. AlN, Al 2 O Three TiO 2 , ZrO 2 Or Ta 2 O Five Other materials such as are advantageous because they have desirable physical properties such as high dielectric constant and / or high pressure strength. Furthermore, zirconium oxide and hafnium oxide compounds such as aluminum-doped zirconium oxide, silicon-doped zirconium oxide, hafnium oxide, aluminum-doped hafnium oxide, and silicon-doped hafnium oxide may be used. In these examples, bird's beak formation by the oxidation step described above is not required, and that step may be omitted from the process path. This material can be deposited by CVD, PVD, or atomic layer deposition (ALD). Regardless of which method is used, the end result is forming a
[0060]
After formation of the
[0061]
An optional salicide (self-aligned silicide) process is performed to minimize the parasitic resistance of the gate, source, and drain electrodes. Referring to FIG. 12, silicide layers 52 and 54 are formed by any state-of-the-art salicide process. A problem in the Salicide prior art is that the unetched metal remaining on the
[0062]
Here, the device of FIG. 12 is ready for conductor metallization. Conductor metallization is accomplished by any technique known to those skilled in the art to form electrodes for the source, gate, and drain regions. Those electrodes are in electrical contact with the respective regions. This metallization of the conductor is accomplished by conventional patterning and etching metallization, such as using an aluminum alloy. However, since the surface is already entirely planarized, copper embedding and damascene metallization by CMP can be easily performed.
[0063]
Referring now to FIG. 13, a structure applied on a SIMOX substrate having a
[0064]
14 and 15 illustrate another embodiment of the present invention where the barrier layer is deposited in the
[0065]
Other IV-B group alloys such as SiSn may also be used as dummy gates (ie replacement gates) in the above-described process. Similar processing steps and process modifications can be used in silicon germanium and silicon tin alloy processes based on the similar chemistry of these materials. These new dummy gate materials may also be used for the manufacture of other devices such as ferroelectric memories.
[0066]
Embodiments of the foregoing invention use a stacked source / drain configuration. The embodiment of FIGS. 17-22 has a conventional source / drain structure. 17, 18, 19 and 20 show the steps equivalent to the first embodiment shown in FIGS. 3, 4, 5 and 9, respectively, in which the same reference numerals are used for the same elements. . In FIG. 17, after formation of
[0067]
In this embodiment, the next step (FIG. 18) is to deposit a layer of
[0068]
Here, the
[0069]
The formation of the gate dielectric layer 44 (FIG. 21) and the deposition of the gate
[0070]
Finally, a
[0071]
Accordingly, a method of forming a MOSFET using a silicon germanium replacement gate or similar alloy replacement gate has been disclosed. Although preferred methods of forming the structure and their application to SIMOX substrates have been disclosed, further variations and modifications can be made without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims. Should be understood.
[0072]
【The invention's effect】
The manufacturing method of the MOSFET includes the following steps. That is, an oxide layer is deposited on a silicon substrate, and a silicon-based alloy island is formed on a gate region in the substrate, whereby the silicon-based alloy is a silicon germanium alloy, a silicon tin alloy, or a group IV-B A step of forming a sidewall around the silicon-based alloy island, forming a source region and a drain region in the substrate, removing the silicon-based alloy island and thereby the gate Leaving a void on the region, filling the region on the void and source and drain regions, and planarizing the top surface of the structure by chemical mechanical polishing. Alternatively, another embodiment is disclosed that provides a conventional stacked source / drain structure.
[0073]
The present invention uses new materials for dummy gates (ie replacement gates) that can be selectively removed with better control of the gate's exact dimensions. In particular, silicon germanium replacement gates can be etched faster and more easily patterned than prior art replacement gates. In addition, prior art polysilicon replacement gates can only be formed with oxide spacers, while using silicon germanium or similar alloys as the replacement gate material allows the use of oxide or nitride spacers. , Thereby forming a replacement gate island.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention having stacked source / drain regions.
FIG. 2 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 3 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 4 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 5 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 6 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention having stacked source / drain regions.
FIG. 7 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 8 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 9 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to the first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 10 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 11 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to a first embodiment of the invention having stacked source / drain regions.
FIG. 12 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to the first embodiment of the invention with stacked source / drain regions.
FIG. 13 shows a device on an SOI substrate.
FIG. 14 shows the structure of the device after barrier layer deposition in another embodiment of the invention.
FIG. 15 shows a complete device structure with a deposited barrier layer.
FIG. 16 shows a complete device structure with a gate barrier layer deposited on a SIMOX substrate.
FIG. 17 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to yet another embodiment of the invention.
FIG. 18 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to yet another embodiment of the invention.
FIG. 19 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to yet another embodiment of the invention.
FIG. 20 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to yet another embodiment of the invention.
FIG. 21 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to yet another embodiment of the invention.
FIG. 22 shows successive steps in the manufacture of a MOSFET device according to yet another embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
20 substrates
41 Oxide region
42 channel region
45 void
48, 50 Polysilicon layer
60 Bulk silicon layer
62 buried oxide layer
100 source region
102 Drain region
106 Dielectric layer (first dielectric layer)
110, 112 Silicon dioxide layer (first dielectric layer)
122 Second dielectric layer
124, 126, 128 opening
130 Gate area
Claims (15)
該シリコン基板内のゲート領域上に、シリコン錫合金の島を形成するステップと、
該島の周りに側壁を形成するステップと、
前記シリコン基板内にソース領域およびドレイン領域を形成するステップと、
前記島、その周りの前記側壁、および前記ソース領域および前記ドレイン領域上にポリシリコンを堆積するステップと、
化学的機械研磨により前記島が露出するまで前記ポリシリコンを除去するステップと、
前記側壁を除去することなくゲート領域上にボイドが残るようにウェットエッチングによって前記島を除去するステップと、
残りの前記ポリシリコン層および前記ボイド上にゲート材料層を堆積するステップと、
化学的機械研磨により、前記ポリシリコン層が露出するまで前記ゲート材料層を除去することにより、前記ボイドをゲート構造で埋めるステップと、
を含むことを特徴とする、方法。A method of manufacturing a MOSFET structure on a silicon substrate, comprising:
Forming a silicon tin alloy island on the gate region in the silicon substrate;
Forming a sidewall around the island;
Forming a source region and a drain region in the silicon substrate;
Depositing polysilicon on the island, the sidewalls around it, and the source and drain regions;
Removing the polysilicon until the islands are exposed by chemical mechanical polishing;
Removing the islands by wet etching so that voids remain on the gate region without removing the sidewalls;
Depositing a gate material layer over the remaining polysilicon layer and the void;
Filling the void with a gate structure by removing the gate material layer by chemical mechanical polishing until the polysilicon layer is exposed ;
A method comprising the steps of:
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