JP4845170B2 - 超シャロー金属酸化物表面チャネルmosトランジスタ - Google Patents

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Description

本発明は、概して、集積回路(IC)製造、より具体的には、シャロー金属酸化物表面チャネルを有するMOSトランジスタおよびその製造方法に関する。
従来技術によるCMOSトランジスタは、しばしば、高い仕事関数を有するゲート金属を用いて製造される。高い仕事関数は、高い閾値電圧に対応する。例えば、P+ポリシリコンおよびN+ポリシリコン(ポリSi)が、それぞれ、nMOSトランジスタおよびpMOSトランジスタのゲート電極として用いられる。これらのポリゲートトランジスタは、単純、かつ、より低コストの製造プロセスを用いて製造することができ、最終的な製品は信頼できるものである。仕事関数が高いポリSiゲート電極は、高い表面ドーピング密度の結果として形成される。しかし、高い表面ドーピング密度は、電子および正孔移動度を低減させ、切り替え時間などのトランジスタ性能パラメータを低下させる。
ゲート電極はまた、ポリSiと比較して比較的高い仕事関数を有する金属から形成されてもよい。しかし、金属ゲートトランジスタでは、pMOSトランジスタに用いられた金属とは異なる金属をnMOSトランジスタに用いることが必要である。この2種の金属ゲート電極によるアプローチは、プロセスをより複雑にし、コストを増大させる。
高性能、かつ、高い仕事関数を有するCMOSトランジスタを製造することができれば有用である。
上記のトランジスタを、高ドープポリSi、または2種の金属ゲート電極材料を用いることなしに製造することができれば有用である。
本発明のトランジスタデバイス構造は、半導性金属酸化物(つまり、金属酸化物半導体)を導電性チャネルとして用いる。この構造は、ギャップの中程の仕事関数を有する、1種類の金属が、n−チャネルトランジスタとp−チャネルトランジスタとの両方に用いられることを可能にする。1種類のゲート電極材料を両方のタイプのトランジスタに 用いることによって、製造プロセスは大幅に簡略化される。
したがって、超シャロー表面チャネルMOSトランジスタを製造する方法が提供される。この方法は、CMOSソースおよびドレイン領域と、間に挟まれたウェル領域とを形成する工程と、該ウェル領域の上の表面上に表面チャネルを堆積する工程と、該表面チャネルの上に高k誘電体を形成する工程と、該高k誘電体の上にゲート電極を形成する工程とを包含する。代表的な表面チャネルは、金属酸化物であり、酸化インジウム(In)、ZnO、RuO、ITO、またはLaX−1SrCoOのいずれかであり得る。
いくつかの局面において、この方法は、前記表面チャネルの上にプレースホルダー材料を堆積する工程と、酸化物を等角的に堆積する工程と、該表面チャネルの上にゲート領域を形成するように該プレースホルダー材料をエッチングする工程とをさらに包含する。ある局面において、高k誘電体は、該プレースホルダー材料の堆積の前に堆積され、プレースホルダーは高k誘電体の高さまでエッチングされる。あるいは、高k誘電体は、前記ゲート領域を形成するように前記プレースホルダー材料をエッチングする工程後に堆積され、高k誘電体の上にゲート電極が堆積される。
上記の方法および超シャロー表面チャネルMOSトランジスタのさらなる細部は以下に説明される。
本発明の超シャロー表面チャネルMOSトランジスタを製造する方法は、p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとを有する超シャロー表面チャネルMOSトランジスタを製造する方法であって、CMOSソースおよびドレイン領域と、間に挟まれた、表面を有するウェル領域とを形成する工程と、該ウェル領域の上の該表面上に表面チャネルを堆積する工程と、該表面チャネルの上に高k誘電体を形成する工程と、該高k誘電体の上に、該p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとの両方で1種類の金属を用いてゲート電極を形成する工程とを包含し、前記ウェル領域の上の前記表面上に表面チャネルを堆積する工程は、金属酸化物表面チャネル材料として、酸化インジウム(In )、ZnO、RuO、ITO、La X−1 Sr CoO からなる群から選択される金属酸化物材料を堆積する堆積する工程を含み、それにより上記目的が達成される。
この方法は、前記表面チャネルの上にプレースホルダー材料を堆積する工程と、酸化物を等角的に堆積する工程と、該表面チャネルの上にゲート領域を形成するように該プレースホルダー材料をエッチングする工程とをさらに包含し得、前記高k誘電体の上にゲート電極を形成する工程は、該ゲート領域において該ゲート電極を形成する工程を含み得る。
この方法は、前記プレースホルダーの堆積後に、前記ソースおよびドレイン領域を低ドープドレイン(LDD)処理する工程をさらに包含し得、前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、該プレースホルダー材料の堆積の前に、該高k誘電体を堆積する工程を含み得、該方法は、該表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体を形成する工程と、重いイオン注入を行い、該ソースおよびドレイン領域を活性化する工程とをさらに包含し得る。
この方法は、前記表面チャネルの堆積の前に、前記ソースおよびドレイン領域を低ドープドレイン(LDD)処理する工程と、重いイオン注入を行い、該ソースおよびドレイン領域を活性化する工程とをさらに包含し得、前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、前記ゲート領域を形成するように前記プレースホルダーをエッチングする工程後に高k誘電体を堆積する工程を含み得る。
前記ウェル領域の上の前記表面上に前記金属酸化物表面チャネル材料を堆積する工程は、10〜20ナノメートル(nm)の間の厚さまで前記金属酸化物材料を堆積する工程を含み得る。
前記ウェル領域の上の前記表面上に前記金属酸化物表面チャネル材料を堆積する工程は、0.1〜1000オーム・cmの間の抵抗率を有する前記金属酸化物材料を堆積する工程を含み得る。
前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、HfO、HfAlO、ZrO、およびAl からなる群から選択される高k誘電性材料を堆積する工程を含み得る。
前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、1〜5nmの間の厚さまで高k誘電体を堆積する工程を含み得る。
前記表面チャネルの上にプレースホルダー材料を堆積する工程は、第1の厚さまで、プレースホルダー材料表面を有するプレースホルダー材料を形成する工程を含み得、酸化物を等角的に堆積する工程は、該第1の厚さの1.2〜1.5倍の間の第2の厚さまで酸化物を堆積する工程を含み得、この方法は、該プレースホルダー材料表面の高さまで該酸化物の化学機械的研磨(CMP)を行う工程をさらに包含し得る。
前記表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体を形成する工程は、SiおよびAl からなる群から選択される材料から側壁を形成する工程を含み得る。
本発明の超シャロー表面チャネルMOSトランジスタは、p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとを有する超シャロー表面チャネルMOSトランジスタであって、該p−チャネルトランジスタ及び該n−チャネルトランジスタはそれぞれ、ソース領域と、ドレイン領域と、該ソースと該ドレインとの間に挟まれた、表面を有するウェル領域と、該ウェル領域の上の表面チャネルと、該表面チャネルの上の高k誘電性絶縁体と、該高k誘電性層の上のゲート電極とを含み、該ゲート電極には、該p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとの両方で1種類の金属を用いており、前記表面チャネルは、酸化インジウム(In )、ZnO、RuO、ITO、La X−1 Sr CoO からなる群から選択される材料で構成されている
このトランジスタは、一時的なゲート領域を形成する、前記表面チャネルの上のプレースホルダーをさらに含み得、前記ゲート電極は、該ゲート領域において形成され得る。
前記プレースホルダーは、前記高k誘電性絶縁体の上に直接、一時的に形成され得、このトランジスタは、前記表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体をさらに含み得る。
前記プレースホルダーは、前記表面チャネルの上に直接、一時的に形成され得る。
記表面チャネルは、10〜20ナノメートル(nm)の間の厚さを有し得る。
記表面チャネルは、0.1〜1000オーム・cmの間の抵抗率を有し得る。
前記高k誘電性絶縁体は、HfO、HfAlO、ZrO、およびAl からなる群から選択される材料であり得る。
前記高k誘電性絶縁体は、1〜5nmの間の厚さを有し得る。
前記側壁絶縁体は、SiおよびAl からなる群から選択される材料であり得る。
図1は、本発明の超シャロー表面チャネルMOSトランジスタの部分断面図である。トランジスタ100は、ソース領域102およびドレイン領域104を含む。ウェル領域106がソース102とドレイン104との間に挟まれており、表面108を有する。ウェル領域106の上に表面チャネル110がある。表面チャネル110の上に高k誘電性絶縁体112がある。高k誘電性絶縁体層112の上にゲート電極114がある。代表的な表面チャネル110は、金属酸化物材料である。例えば、金属酸化物表面チャネル110は、酸化インジウム(In)、ZnO、RuO、ITO、またはLaX−1SrCoOなどの材料であり得る。しかし、具体的には記載しないが、他の金属酸化物が用いられてもよい。
図2は、図1のトランジスタ100の製造におけるある工程を示す部分断面図である。この局面において、トランジスタ100は、表面チャネル110の上に、プレースホルダー200をさらに含む。より詳細には、プレースホルダー200は、高k誘電性絶縁体112の上に直接、一時的に形成される。代表的なプレースホルダー200は、SiまたはポリSiである。しかし、他の材料が用いられてもよい。LDDプロセスは、プレースホルダー200の堆積後に行われ得る。
図3は、図2のトランジスタ100に、プレースホルダー200のエッチングを行った後の部分断面図である。エッチングプロセスによって一時的なゲート領域300が形成され、ゲート領域300においてゲート電極が形成される。図2および図3の両方を参照すると、プレースホルダーが、エッチングされる前、一時的に、高k誘電性絶縁体112の上にあることが分かる。トランジスタ100は、表面チャネル110、高k誘電性絶縁体112、およびゲート領域300に隣接して側壁絶縁体302をさらに含む。側壁302は、SiまたはAlなどの材料であり得る。側壁302が正しい位置にある状態で、重いソースおよびドレインの注入が行われ得る。
図4は、図1のトランジスタの別の局面の部分断面図である。本発明のこの局面においては、重いソースおよびドレインの注入は表面チャネル110の堆積の前に行われるので、側壁絶縁体がない。
図5は、図4のトランジスタ100の製造におけるある工程を示す部分断面図である。この局面において、トランジスタ100は、表面チャネル110の上にプレースホルダー200を含む。すなわち、プレースホルダー200は、表面チャネル110の上に直接、一時的に形成される。図2に示す局面においては、プレースホルダー200は、一時的に、高k誘電性絶縁体112の上にある。
図6は、図5のトランジスタ100に、プレースホルダー200のエッチングを行った後の部分断面図である。エッチングプロセスによって、一時的なゲート領域300が形成される。高k誘電性絶縁体112は、表面チャネル110の上、ゲート領域300において形成される。その後、ゲート電極が、ゲート領域300において、高k誘電性絶縁体112の上に形成される(図4参照)。
図1または図4を参照すると、金属酸化物表面チャネル110は、10〜20ナノメートル(nm)の間の厚さ150を有する。厚さ150は、チャネル長、デバイスサイズ、または金属酸化物の抵抗率などの要素に依存することに留意されたい。ある局面において、金属酸化物表面チャネル110は、0.1〜1000オーム・cmの間の抵抗率を有する。抵抗率は所望されるトランジスタ動作特性に依存する。高k誘電性絶縁体112は、HfO、HfAlO、ZrO、またはAlなどの材料であり得る。高k誘電性絶縁体112は、1〜5nmの間の厚さ152を有し得る。厚さ152は、トランジスタ100のチャネル長に依存することに留意されたい。
(機能的説明)
図1に戻ると、本発明のトランジスタデバイスのゲートスタックは、金属ゲート、高k誘電性ゲート絶縁体、および半導性金属酸化物を含む。ウェルは、P−型シリコンまたはN−型シリコンのいずれであってもよい。ウェル、ソース、およびドレインは、従来のプロセスを用いて形成され得る。本発明のデバイスと従来のMOSトランジスタとの間の違いの1つとして、本発明は、非常に薄い半導体金属酸化物を導電性チャネルとして用いることがある。
上述したように、本発明のデバイスは、多くの従来のプロセスを用いて製造され得る。デバイスの絶縁およびP−(またはN−)ウェルは、任意の従来技術によるプロセスを用いて形成され得る。しかし、ウェルドーピング密度は、ショートチャネル効果を避けるために、従来のプロセスよりもずっと高くなり得る。さらなる製造プロセスは、以下の通りである。
1.厚さが10〜20nmのドープされていない半導性金属酸化物を堆積する。
2.高kゲート誘電性絶縁体の薄い層を堆積する。材料は、任意の高k誘電体、例えば、HfO、HfAlO、ZrO、Alなどであり得る。厚さは、デバイスのチャネル長に依存して、1〜5nmであり得る。
3.Si以外のポリシリコンなどの材料の層を堆積し、犠牲ゲートプレースホルダーを形成するようにパターニングする。この材料の厚さは、本質的には、金属ゲート材料と同じである。パターニングの間、犠牲ゲートプレースホルダー、高k誘電体もエッチングされるが、半導性金属酸化物はエッチングされない。
4.LDDイオン注入を行い、その後、側壁絶縁体形成を行う。側壁絶縁体は、Siであり得る。側壁エッチングの間、半導性金属酸化物も(部分的に)エッチングされる。その後、重いイオン注入および活性化を行い、デバイスのソース/ドレイン領域を完全に形成する。
5.工程3において堆積された材料の厚さの約1.2〜1.5倍の厚さを有する酸化物を堆積する。酸化物のCMPを行い、犠牲ゲートプレースホルダーで停止する。
6.犠牲ゲートプレースホルダーを選択的にエッチングする。
7.金属を堆積し、金属のCMPを行って、ゲート電極を形成する。
8.デバイスパッシベーションのためにさらなる酸化物を堆積する。
9.酸化物をエッチングするためにフォトレジストプロセスを用いてコンタクトホールを形成する。
10.金属を堆積し、パターニングして、金属中間相互接続を形成する。
上記の工程は、本質的には、図1〜3に示すデバイスに関連する。本発明のデバイスはまた、各種の他のプロセス、例えば、ソースおよびドレインが半導性金属酸化物チャネルの堆積の前に形成される、自動位置合わせでないプロセスを用いて製造され得る。その後、高kゲート誘電体が、ゲートプレースホルダーの除去後に堆積される。本発明のこの局面は図4〜6に示される。
図7は、超シャロー表面チャネルMOSトランジスタを製造する本発明の方法を示すフローチャートである。この方法は、明瞭化のため、一連の数字が付けられた工程として表されているが、明確に記載されない限り、この数字から順序が推測されてはならない。これらの工程のうちのいくつかは、飛ばされてもよいし、並列して行われてもよいし、厳密な順序を守る必要なしに行われてもよいことが理解される必要がある。この方法は、工程700において開始される。
工程702において、表面と、間に挟まれた、表面を有するウェル領域とを有するCMOSソースおよびドレイン領域が形成される。工程704において、ウェル領域の上の表面上に、表面チャネルが堆積される。工程706において、表面チャネルの上に高k誘電体が形成される。工程708において、表面チャネルの上にプレースホルダー材料が堆積される。工程710において、酸化物が等角的に堆積される。工程712において、表面チャネルの上にゲート領域を形成するようにプレースホルダー材料がエッチングされる。工程714において、高k誘電体の上にゲート電極が形成される。すなわち、工程714は、ゲート領域においてゲート電極を形成する工程である。
この方法のある局面において、プレースホルダー材料の堆積(工程708)の後、工程709において、ソースおよびドレイン領域が低ドープドレイン(LDD)処理される。その後、表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程(工程706)は、プレースホルダー材料の堆積の前に高k誘電体を堆積する工程を含む。工程716において、表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体が形成される。工程718において、重いイオンが注入され、ソースおよびドレイン領域が活性化される。
いくつかの局面において、表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体を形成する工程(工程716)は、SiまたはAlなどの材料から側壁を形成する工程を含む。しかし、他の絶縁体材料が当該技術分野において公知である。
図8は、図7の方法の別の局面を示すフローチャートである。この方法は、工程800において開始される。工程802において、CMOSソースおよびドレイン領域と、その間に挟まれた、表面を有するウェル領域とが形成される。工程804において、ウェル領域の上の表面上に表面チャネルが堆積される。工程806において、表面チャネルの上にプレースホルダー材料が堆積される。工程808において、酸化物が等角的に堆積される。工程810において、表面チャネルの上にゲート領域を形成するようにプレースホルダー材料がエッチングされる。工程812において、表面チャネルの上に高k誘電体が形成される。工程814において、高k誘電体の上にゲート電極が形成される。すなわち、工程814は、ゲート領域においてゲート電極を形成する工程である。
この局面において、表面チャネルの堆積の前に、工程803aにおいて、ソースおよびドレイン領域が低ドープドレイン(LDD)処理される。工程803bにおいて、重いイオン注入が行われ、ソースおよびドレイン領域が活性化される。図7の方法とは異なり、表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程(工程812)は、ゲート領域を形成するようにプレースホルダー材料をエッチングする工程(工程810)の後に続く。
図7または図8のいずれかを参照すると、工程704(804)においてウェル領域の上の表面上に表面チャネルを堆積する工程は、金属酸化物チャネル材料を堆積する工程を含む。金属酸化物は、酸化インジウム(In)、ZnO、RuO、ITO、LaX−1SrCoOを含む群から選択される材料であり得る。他の局面において、工程704(804)は、10〜20ナノメートル(nm)の間の厚さまで金属酸化物を堆積する工程を含む。異なる局面において、工程704(804)において、0.1〜1000オーム・cmの間の抵抗率を有する金属酸化物が堆積される。表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程(工程706(812))は、HfO、HfAlO、ZrO、およびAlを含む群から選択される高k誘電性材料を堆積する工程を含む。いくつかの局面において、表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、高k誘電体を1〜5nmの間の厚さまで堆積する工程を含む。
ある局面において、表面チャネルの上にプレースホルダー材料を堆積する工程(工程708(806)は、第1の厚さまで、プレースホルダー表面を有するプレースホルダー材料を形成する工程を含む。工程710(808)において酸化物を等方的に堆積する工程は、第1の厚さの1.2〜1.5倍の第2の厚さまで酸化物を堆積する工程を含む。この方法は、プレースホルダー材料表面の高さまで酸化物の化学機械的研磨(CMP)を行う工程713(813)をさらに含む。工程713および813は図示されない。
シャロー表面チャネルMOSトランジスタおよび対応する製造プロセスが提示されてきた。特定の材料が本発明を説明するための例として用いられた。しかし、上記の説明は、可能なタイプの材料を全て列挙することが目的ではない。同様に、上記の厚さおよび電気的な仕様は、所望されるトランジスタ動作特性に応じて変更され得る。当業者であれば、本発明の他の変形例および実施形態に想到する。
図1は、本発明の超シャロー表面チャネルMOSトランジスタの部分断面図である。 図2は、図1のトランジスタの製造におけるある工程を示す部分断面図である。 図3は、図2のトランジスタに、プレースホルダーのエッチングを行った後の部分断面図である。 図4は、図1のトランジスタの別の局面の部分断面図である。 図5は、図4のトランジスタの製造におけるある工程を示す部分断面図である。 図6は、図5のトランジスタに、プレースホルダーのエッチングを行った後の部分断面図である。 図7は、超シャロー表面チャネルMOSトランジスタを製造する本発明の方法を示すフローチャートである。 図8は、図7の方法の別の局面を示すフローチャートである。
符号の説明
100 トランジスタ
102 ソース領域
104 ドレイン領域
106 ウェル領域
110 表面チャネル
112 高k誘電性絶縁体
114 ゲート電極

Claims (19)

  1. p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとを有する超シャロー表面チャネルMOSトランジスタを製造する方法であって、
    CMOSソースおよびドレイン領域と、間に挟まれた、表面を有するウェル領域とを形成する工程と、
    該ウェル領域の上の該表面上に表面チャネルを堆積する工程と、
    該表面チャネルの上に高k誘電体を形成する工程と、
    該高k誘電体の上に、該p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとの両方で1種類の金属を用いてゲート電極を形成する工程と
    を包含し、
    前記ウェル領域の上の前記表面上に表面チャネルを堆積する工程は、金属酸化物表面チャネル材料として、酸化インジウム(In )、ZnO、RuO、ITO、La X−1 Sr CoO からなる群から選択される金属酸化物材料を堆積する堆積する工程を含む、方法。
  2. 前記表面チャネルの上にプレースホルダー材料を堆積する工程と、
    酸化物を等角的に堆積する工程と、
    該表面チャネルの上にゲート領域を形成するように該プレースホルダー材料をエッチングする工程と
    をさらに包含する方法であって、
    前記高k誘電体の上にゲート電極を形成する工程は、該ゲート領域において該ゲート電極を形成する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記プレースホルダーの堆積後に、前記ソースおよびドレイン領域を低ドープドレイン(LDD)処理する工程をさらに包含する方法であって、
    前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、該プレースホルダー材料の堆積の前に、該高k誘電体を堆積する工程を含み、
    該方法は、
    該表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体を形成する工程と、
    重いイオン注入を行い、該ソースおよびドレイン領域を活性化する工程と
    をさらに包含する、請求項に記載の方法。
  4. 前記表面チャネルの堆積の前に、前記ソースおよびドレイン領域を低ドープドレイン(LDD)処理する工程と、
    重いイオン注入を行い、該ソースおよびドレイン領域を活性化する工程と
    をさらに包含する方法であって、
    前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、前記ゲート領域を形成するように前記プレースホルダーをエッチングする工程後に高k誘電体を堆積する工程を含む、請求項に記載の方法。
  5. 前記ウェル領域の上の前記表面上に前記金属酸化物表面チャネル材料を堆積する工程は、10〜20ナノメートル(nm)の間の厚さまで前記金属酸化物材料を堆積する工程を含む、請求項に記載の方法。
  6. 前記ウェル領域の上の前記表面上に前記金属酸化物表面チャネル材料を堆積する工程は、0.1〜1000オーム・cmの間の抵抗率を有する前記金属酸化物材料を堆積する工程を含む、請求項に記載の方法。
  7. 前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、HfO、HfAlO、ZrO、およびAl からなる群から選択される高k誘電性材料を堆積する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記表面チャネルの上に高k誘電性絶縁体を形成する工程は、1〜5nmの間の厚さまで高k誘電体を堆積する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記表面チャネルの上にプレースホルダー材料を堆積する工程は、第1の厚さまで、プレースホルダー材料表面を有するプレースホルダー材料を形成する工程を含み、
    酸化物を等角的に堆積する工程は、該第1の厚さの1.2〜1.5倍の間の第2の厚さまで酸化物を堆積する工程を含む方法であって、
    該プレースホルダー材料表面の高さまで該酸化物の化学機械的研磨(CMP)を行う工程をさらに包含する、請求項に記載の方法。
  10. 前記表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体を形成する工程は、SiおよびAl からなる群から選択される材料から側壁を形成する工程を含む、請求項に記載の方法。
  11. p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとを有する超シャロー表面チャネルMOSトランジスタであって、
    該p−チャネルトランジスタ及び該n−チャネルトランジスタはそれぞれ、
    ソース領域と、
    ドレイン領域と、
    該ソースと該ドレインとの間に挟まれた、表面を有するウェル領域と、
    該ウェル領域の上の表面チャネルと、
    該表面チャネルの上の高k誘電性絶縁体と、
    該高k誘電性層の上のゲート電極と
    を含み、
    該ゲート電極には、該p−チャネルトランジスタとn−チャネルトランジスタとの両方で1種類の金属を用いており、
    前記表面チャネルは、酸化インジウム(In )、ZnO、RuO、ITO、La X−1 Sr CoO からなる群から選択される材料で構成されている、トランジスタ。
  12. 一時的なゲート領域を形成する、前記表面チャネルの上のプレースホルダーをさらに含むトランジスタであって、
    前記ゲート電極は、該ゲート領域において形成される、請求項11に記載のトランジスタ。
  13. 前記プレースホルダーは、前記高k誘電性絶縁体の上に直接、一時的に形成されるトランジスタであって、
    前記表面チャネル、高k誘電性絶縁体、およびゲート領域に隣接して側壁絶縁体をさらに含む、請求項12に記載のトランジスタ。
  14. 前記プレースホルダーは、前記表面チャネルの上に直接、一時的に形成される、請求項12に記載のトランジスタ。
  15. 記表面チャネルは、10〜20ナノメートル(nm)の間の厚さを有する、請求項11に記載のトランジスタ。
  16. 記表面チャネルは、0.1〜1000オーム・cmの間の抵抗率を有する、請求項11に記載のトランジスタ。
  17. 前記高k誘電性絶縁体は、HfO、HfAlO、ZrO、およびAl からなる群から選択される材料である、請求項11に記載のトランジスタ。
  18. 前記高k誘電性絶縁体は、1〜5nmの間の厚さを有する、請求項11に記載のトランジスタ。
  19. 前記側壁絶縁体は、SiおよびAl からなる群から選択される材料である、請求項13に記載のトランジスタ。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101078509B1 (ko) * 2004-03-12 2011-10-31 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 박막 트랜지스터의 제조 방법
JP2006344849A (ja) * 2005-06-10 2006-12-21 Casio Comput Co Ltd 薄膜トランジスタ

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63122177A (ja) * 1986-11-11 1988-05-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体装置とその製造方法
EP0926739A1 (en) * 1997-12-24 1999-06-30 Texas Instruments Incorporated A structure of and method for forming a mis field effect transistor
WO2001093338A1 (en) * 2000-05-26 2001-12-06 Amberwave Systems Corporation Buried channel strained silicon fet using an ion implanted doped layer
US6900094B2 (en) * 2001-06-14 2005-05-31 Amberwave Systems Corporation Method of selective removal of SiGe alloys
JP4920836B2 (ja) * 2001-07-30 2012-04-18 シャープ株式会社 半導体素子
US6656852B2 (en) * 2001-12-06 2003-12-02 Texas Instruments Incorporated Method for the selective removal of high-k dielectrics
US6794234B2 (en) * 2002-01-30 2004-09-21 The Regents Of The University Of California Dual work function CMOS gate technology based on metal interdiffusion
KR100410574B1 (ko) * 2002-05-18 2003-12-18 주식회사 하이닉스반도체 데카보렌 도핑에 의한 초박형 에피채널을 갖는반도체소자의 제조 방법
US6621114B1 (en) * 2002-05-20 2003-09-16 Advanced Micro Devices, Inc. MOS transistors with high-k dielectric gate insulator for reducing remote scattering
US6982474B2 (en) * 2002-06-25 2006-01-03 Amberwave Systems Corporation Reacted conductive gate electrodes
ITMI20022634A1 (it) * 2002-12-13 2004-06-14 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico integrato e metodo
US7250930B2 (en) * 2003-02-07 2007-07-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Transparent active-matrix display

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