JP5021311B2 - 電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造及びその製造方法 - Google Patents

電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は集積回路の分野に関わり、特に電界効果トランジスタに関する。
図1に、よく知られた電界効果トランジスタ構造111を示す。これはソース110を形成する第1の領域と、ドレイン120を形成する第2の領域とを含み、例えばシリコンをベースとする基板100上にある。
ソース110とドレイン120はほぼ矩形の形状を有し、基板100の表面と部分的に同一平面である。トランジスタ構造111は、平行六面体の形状に類似した形状をしたブロックまたはバーの形状のチャンネルをも有し、ソース110とドレイン120がその長さ方向に接続できるようになっている。チャンネルは、ソース-ドレイン方向に測った長さLを有し、さらに基板100の主要面に平行な方向に測った幅Wを有する。
チャンネルはゲート140を形成するゾーンによってカバーされる。ゲート140は表面S(図1に示さず)の上のチャンネルに接触している。ゲートはチャンネルの導電を、従ってソース110とドレイン120の間を通過する電流の強さを制御することを可能にする。
トランジスタの動作速度と消耗という、通常は相容れない2つの要因を改善しようとすることによって、トランジスタの性能を向上することが絶え間なく追求されている。
動作速度を増加するために、特にトランジスタのサイズを減らすことが試みられるが、これは生産コストを減少すること、および集積回路により多くの数のトランジスタを作ることもできるようにする。
トランジスタのサイズを減らすことは、例えばソースとドレインを互いにより近くし、そしてより小さい長さと幅でチャンネルを作ることを必要とする。この傾向は、「短チャンネル効果」のようなトランジスタの良好な機能を妨げる結果を招く可能性がある。従って、トランジスタチャンネルの長さが短くなるにつれて、ドレインとソースは、ゲートにより通常制御されるチャンネル伝導を増加する効果を有する。とりわけ、「短チャンネル効果」は、チャンネル長さによるしきい値電圧とドレイン電圧の低下に繋がり、そしてオフの間にトランジスタのリークの増加をもたらす。これは、集積回路の性能の改良とはほとんど両立できない。
図2に、第2の例の電界効果トランジスタ構造222を示す。これは、「マルチ‐メサ電界効果トランジスタ」という発明の名称で、1997年10月にT.A.Brunnerらにより出願され、特にこの明細書の[特許文献]の欄で参照として記載した特許文献1に紹介されている。この構造は、上述の問題を解決すること、および短チャンネル効果を克服することを部分的に可能にする。
トランジスタ構造222は基板100上に構成される。それはソース210を構成する第1の矩形のゾーンと、基板100上にあるドレイン220を形成する第2の矩形ゾーンとを含む。それは、基板100に並列しお互いに平行な複数の平行六面体バー202の形態のチャンネル230をも有する。バー202は長さLと幅Wを有する。それらは、その長さL方向にソース210とドレイン220を接続する。
バー200は幅Wを有するスペース201によって相互に隔てられる。チャンネル230は表面S(図2に示さず)の上に亘ってゲート240に覆われ、接続される。表面Sの広がりはトランジスタのしきい値電圧値に影響を与える。それは、トランジスタの消耗を制限することができるように小さいことが好ましいが、チャンネル230の良好な電流レベルを確実にできる程度に十分大きいくなければならない。
特許文献1によれば、このトランジスタ構造222は、短チャンネル効果と対抗することを可能にし、図1に示した従来のトランジスタ111よりも消耗の観点から良好な性能を有する。実際に、ゲートとチャンネルの間に等しい接触面SとSを持った従来のトランジスタ111のゲート140、および第2のトランジスタ構造222のゲート240に印加される等しい電圧に対して、図2に示すトランジスタ構造222には、より高いチャンネル電流を得ることが可能である。
それでも、トランジスタ構造222は、特に集積密度に関して問題を有する。
効果を維持するために、この構造は、一般に、図1の構造111のような従来の構造上に形成されてきたものよりも、基板上により多くのスペースを取る。トランジスタ構造222を形成するために、電流に関しての制限条件を考慮に入れながら、バー202が可能な限り最小の幅Wを有するように、同じく可能な限り小さいバー202間のスペースを有するように制限することが試みられる。しかしながら、バー202の幅Wの選択だけでなく、現在のフォトリソグラフィ(写真製版)とエッチング法によって得ることができる最小寸法に依存しているので、あるいは再現が難しい複雑なフォトリソグラフィ・エッチングまたはエッチング法の使用を必要とするので、幅Wも制限される。
トランジスタの速度と消耗を改善することに加えて、そのチップまたは集積回路上の集積密度を改善することも絶え間なく追求されている。
図3に示したマイクロエレクトロニクスデバイスで、「基板から垂直に延在する二重ゲートチャンネルを有するフィンFET(Finfet)トランジスタ構造およびその製造方法」という発明の名称で、2002年7月にHuらにより出願され、特にこの明細書の[特許文献]の欄で参照として記載した特許文献2に記述されているマイクロエレクトロニクスデバイスにおいては、チップ内のトランジスタの集積密度を改善する解決策が提案されている。このデバイスは、好ましくは電気的に絶縁性の基板100を含み、その上に共通のゲートを有する3つのトランジスタ333a、333b、333cがスタック(積層)され、そしてそれらトランジスタが第1の挿入誘電体層300aと第2の挿入誘電体層300bによって相互に分離される。各トランジスタ333a、333b、333cは、それぞれ310a、310b、310cとして示されるソースを構成する矩形のゾーンを有し、それぞれ320a、320b、320cとして示されるドレインを構成する第2の矩形のゾーンを有する。各ソース310a、310b、310cとドレイン320a、320b、320cは、330a、330b、330cとして示され、チャンネルを形成する平行六面体の導電性バーによってそれぞれ接続される。
さらに、3つのトランジスタ333a、333b、333cに共通なゲート340は、330a、330b、330cのスタックを部分的にカバーする。
米国特許第5,675,164号明細書 米国特許第6,413,802 B1号明細書
本発明は、1つ以上のトランジスタチャンネルを形成する構造を有する電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスを提案することを目的とする。この構造は、1つ以上のトランジスタチャンネルを形成し、特に集積密度と電気的性能の観点から電界効果トランジスタを改善する。
本発明は、
a)基板と、
b)自身の長さ方向において1つ以上のソースと1つ以上のドレインに接続することができる1つ以上のチャンネルを形成する少なくとも1つの構造とを含み、
前記構造は、前記基板の主要面に垂直な方向において、例えば銃眼状(crenellate:ギザギザのある)のような鋸歯状のプロフィール(側面、輪郭、外形)を成す異なった幅を有する少なくとも2つのバーのスタックによって形成されることを特徴とする電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスに関する。
前記プロフィールは、基板の主要面に対し零度以外の角度を有する少なくとも1つの方向、または基板の主要面に垂直な少なくとも1つの方向に延在する。
本発明によれるデバイスに含まれる1つ以上のチャンネルを形成する前記構造は、並列されたバーを有する図2に示したような構造と比較してスペースを節約することができる。
さらに、1つ以上のチャンネルを形成する前記構造の異なるバーの幅、あるいは鋸歯状または銃眼状のプロフィールは、前記構造を少なくとも部分的にカバーするゲートによるチャンネルの導電性の制御を改善することを可能にする。実際に、前記チャンネルとゲートの間の接触面はその際増加する。しかも、ゲートとバーの間の、後者(バー)のエッジおよび/または縁のレベルに限定された導電現象を利用することを可能にする。
この構造は、導電性を提供できるバーのみによって形成できる。従って、それは、鋸歯状または銃眼状のプロフィールを構成する一つのトランジスタチャンネルを形成することを可能にする。
他の案によれば、前記構造は、導電性を提供することができる1つ以上のバーと、例えば、この構造の他のバーに対する機械的サポートの役割を果たすことができる1つ以上の非導電性のバーとから構成されうる。従って、この構造は、トランジスタソースとドレインを接続できる一つのチャンネルの形成を可能にし、前記非導電性のバーによって相互に分離された複数の導電性のバーを有することができる。前記非導電性のバーは、例えばSiOのような絶縁材料をベースとして得られる。この構造は、非導電性のバーによって相互に分離されたトランジスタの複数のソースと複数のドレインとを接続できる複数のチャンネルを形成することもできる。
このスタックは、異なる材料をベースとする少なくとも2つの連続したバーを含むことができる。従って、このスタックは、異なる半導体材料をベースとする、および/または、異なるドーピング物質を有する少なくとも2つの連続したバーを含むことができる。少なくとも2つの連続したバーは、例えば、一方がSiをベースとし、他方がSiGeをベースとするか、または、例えば一方がN型ドーピングされたSiをベースとし、他方が非ドーピングかP型ドーピングされたSiをベースとする。
このスタックは、第1のものが例えばSiまたはSiGeなどの半導体材料をベースとし、第2のものが例えばSiOなどの絶縁材料をベースとする少なくとも2つの連続したバーをも含みうる。
バーを形成する材料の性質は、特に前記構造に与えられる望ましい導電性の特性に依存しうる。
半導体材料をベースとするバーは、その厚さおよび/またはそれらがドープされているか否かに依存し、導電性を提供することができる。
このスタックは、例えば、状況に応じてドープされたシリコン、SiGe(ゲルマニウムシリサイド)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ化物(GaAs)などの半導体材料をベースとする少なくとも1つのバー、および状況に応じてドープされたSi、Ge、GaAs、SiGeなどの第2の半導体材料をベースとする少なくとも1つのバーを含むことができる。さらに、このスタックは、異なる半導体材料をベースとした交互配列のバー、および/または、例えばSiベースのバーとSiGeベースのバーの交互配列、またはGeベースのバーとGaAsベースのバーの交互配列、またはSiGeベースのバーとGeベースのバーの交互配列、または非ドーピングのシリコンバーとN型かP型にドーピングされたシリコンバーの交互配列のような、異なるドーピング物質を有する交互配列のバーから作ることができる。
このスタックは、例えばSiかSiGeベースのバーとSiOベースのバーの交互配列のような、半導体材料をベースとするバーと絶縁材料をベースとするバーの交互配列からも作ることができる。
バーはそれぞれ異なる厚さと異なる長さを有することができる。導電性を提供できるバーは、例えば3から100ナノメートルの厚さを有することができ、好都合には5から15ナノメートルの厚さを有することができる。
その導電性を提供できるバーは、10nm以下、例えば1nmから10nmの薄い厚さを有することができ、これらのバーにおける良好な電荷キャリアの閉込めを得ることを可能にすることができる。
非導電性のバーは、例えば3から100ナノメートルの幅を有することができる。導電性のバーと非導電性のバーとは、好都合に同一規模のサイズを有しうる。
本発明の特定の特徴によれば、1つ以上のバー、例えば非導電性のバーまたは半導体バーは、基板の主要面に平行な方向において、絶縁キャップに少なくとも部分的に囲まれることができる。これらの絶縁キャップは、例えば窒化物のような誘電材料をベースとしうる。
本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの他の特定の特徴によれば、後者(電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス)は、前記スタック上に硬質マスクをも含むことができる。
硬質マスクはシリコンの酸化物(シリコンオキサイド)またはシリコンの窒化物(シリコンナイトライド)をベースとすることができ、スタックの上面の寄生伝導を防止し、従って寄生チャンネルの形成を防止することを可能とすることができる。
本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの特定の特徴によれば、後者(電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス)は、前記構造と、状況に応じて硬質マスクを少なくとも部分的にカバーできるゲートをも含むことができる。従って、絶縁キャップは、前記構造をカバーするゲートと、前記構造の非導電性または半導体のバーの間の導通を回避することを可能にできる。
本発明によるデバイスは、前記構造によって1つ以上のドレインに接続された1つ以上のソースを含むこともできる。
本発明は、また、
a)基板と、
b)自身の長さ方向において1つのソースと1つのドレインに接続することができる1つ以上のチャンネルを形成する少なくとも1つの構造とを含み、
前記構造は、前記基板の主要面に垂直な方向において、例えば異なる材料をベースとする、および/または、異なる幅を有する少なくとも2つの異なるバーのスタックによって形成されることを特徴とする電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスにも関する。
本発明は、また、異なる幅で、1つ以上のトランジスタチャンネルを形成することができる、少なくとも2つのスタックされたバーを有する少なくとも1つの構造が備えられた電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法をも含む。本発明による方法は、
-基板上に、異なる材料をベースとする少なくとも2つの連続した層を有する複数の層のスタックを形成する段階と、
-前記スタック上に少なくとも1つのマスクを形成する段階と、
-前記マスクを通して前記層を異方性エッチングする段階と、
-前記スタックの1つ以上の層を、部分的および選択的にエッチングする段階と、
を含む。
前記マスクは樹指マスクを含むことができる。
前記マスクは、好都合に、スタックした樹指マスクと硬質マスクとを含むことができる。この硬質マスクは、例えば窒化物またはSiOをベースとし、スタックの層のエッチングを促進することができる。
この硬質マスクは、工程の終わりまで維持されるならば、スタックの上面を電気的に絶縁することも可能にしうる。
このスタックの層を部分的および選択的にエッチングすることは、好都合に等方性でありうる。
このスタックは、異なる半導体材料をベースとするか、または次の材料、すなわちSi、SiGe、Ge、GaAs、N型ドーピングされたSiまたはP型ドーピングされたSiなどから選択された異なるドーピング物質からなる、少なくとも2つの層を含むことができる。
本発明による方法の他の特定の特徴によれば、前記スタックは、絶縁材料からなる少なくとも1つの層、および半導体材料をベースとする1つの層を含むことができる。
本発明による方法は、前記構造上に、例えば窒化物をベースとする誘電体層のコンフォーマルな堆積を含むこともできる。本発明による方法は、前記構造のある特定のバーの周りに絶縁キャップを形成するために、前記誘電体層を少なくとも部分的に等方性エッチングする段階を含むこともできる。
可能な実施の態様によれば、本発明による方法は、前記構造、および状況に応じて硬質マスクを、少なくとも部分的にカバーするゲートを形成する段階を含むこともできる。
特定の実施の態様によれば、このゲートはダマシンタイプの工程によって作ることができる。このとき、ゲートの形成は、
前記構造を絶縁層でカバーし、
前記構造を露出するように絶縁層に少なくとも1つの開口を形成し、
前記構造をゲート絶縁層または誘電体層、例えばHfOまたはSiOなどでカバーし、
前記開口をゲート材料、例えばポリシリコンまたは耐熱金属などで充填すること
からなる段階をも含む。
方法に関する他の実施の態様によれば、ゲートの形成の前に、前記構造がドープされる1つ以上の段階を実施できる。
本発明は、添付の図面を参照して示すことのみによって与えられた、決して限定的ではない実施の形態の説明から、より良く理解することができる。
異なる図における同一の、類似する、または等価な部分は、一の図から他の図にかけて理解を容易にするため、同一の参照符号を有する。
図に示した異なる部分は、図をより容易に読み取れるようにするため、必ずしも等しい縮尺によって示していない。
図4は、本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。これは、例えば絶縁層401で覆われた半導体材料をベースとする基板400を示す。構造402は基板400上にある。それは、例えば半導体材料をベースとする複数のバーBの、基板400の主要面に垂直な方向のスタックとして形成される。
基板400の主要面という用語は、層401表面に平行な面、または基板400を通り、図4に示す直交軸
Figure 0005021311
に対する平面
Figure 0005021311
に平行な平面のことを言う。
このデバイスは、薄膜製造方法を利用して得ることができる。バーという用語は、薄膜から抽出されたほぼ平行六面体の形状のブロック、ゾーンまたはブレード(blade:羽根状のもの)のことを言う。
このバーは、例えばエッチング薄膜によって得られる。しかしながら、いくつかの薄膜エッチング法が常に完璧な幾何学形状を得ることを可能にするわけではない。従って、「バー」という用語がこの説明で使われるとき、それは完全に平行六面体の形状を持つバーかブロックに限定されない。平行六面体に類似した形状を有するバーも含めるべきである。
構造402のバーBは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
によって定義される方向と平行な方向に測った場合の異なる幅を有する。この結果、構造402は鋸歯状のプロフィール403(図4中点線で示す)を有することになり、基板の主要面に垂直な、または基板の主要面に対し零度以外の角度を有する少なくとも1つの方向に延在することになる。もしバーが平行六面体の形状に非常に類似した形状を有するならば、鋸歯状のプロフィール403は銃眼状のプロフィールでありうる。
図5は本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスの他の実施形態を示す。
基板500は、例えば、一例としてシリコンのような半導体材料をベースとし、例えばSiOをベースとする絶縁層で覆われる。複数のバーB,...,Bのスタックとして形成される構造502は、絶縁層501上にある。
バーB,...,Bは、基板500の主要面に垂直な方向、すなわち図5に示す直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向にスタックされる。
バーB,...,Bは、それぞれ、ほぼ平行六面体の形状を有し、断面図によって示す。
バーB,...,Bは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合の同一か,または異なりうる長さを有する。バーB,...,Bの長さは、断面図の表示を与えない図5では言及していない。
バーB,...,Bは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合の異なる幅W,...,Wを有する。これらの幅は、例えば10ナノメートルから1μmである。バーB,...,Bが異なる幅を有するので、構造502は図5の点線で示す鋸歯状のプロフィール503を有し、これは基板500の主要面に垂直な少なくとも1つの方向に延在する。
バーB,...,Bは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合の互いに異なる厚さe,...eをも有する。これらの厚さは、例えば3から100ナノメートルであり、好都合には5から15ナノメートルである。
n個のバーB,...,Bはすべて同じ半導体材料をベースとするか、もしくは、例えば状況に応じてドーピングされたシリコン、または状況に応じてドーピングされたSiGe、または状況に応じてドーピングされたゲルマニウム、または状況に応じてドーピングされたガリウムひ素のような複数の異なる半導体材料をベースとする。
構造502は、ソース(図5に示さず)を形成する基板500上の第1のゾーンと、ドレイン(図5に示さず)を形成する基板の第2のゾーンに取り付けることができる鋸歯状のプロフィール503を有するトランジスタチャンネル530を形成する。
チャンネル530は、鋸歯状のプロフィール503に接触することになるゲートに覆われうる。この場合、この鋸歯状のプロフィール503は、前記ゲートとチャンネル530の間に、同じ大きさであるが平坦なプロフィールの従来のチャンネルにより得られるよりも大きな接触面の獲得を可能にすることになる。
図6Aは本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスの他の実施形態を示す。絶縁層501で覆われた基板500上にある構造602は9個のバーB,...,Bからなり、この順にスタックされ、それぞれがほぼ平行六面体の形状を有するスタックとして形成される。
図6Aに、バーB,...,Bを断面図で示す。バーB,B,B,B,Bは、それぞれ、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合の、ほぼ同じ幅W,W,W,W,Wを有する。幅W,W,W,W,Wは、例えば、5nmから数マイクロメートル(一例として5μm)であり、好都合には10nmから100nmである。バーB,B,B,B,Bは、例えば5nmから数μm(例えば5μm)、好都合には5nmから95nmで、幅W,W,W,W,Wよりも小さい幅W,W,W,Wをそれぞれ有するバーB,B,B,Bを交互配列するようにスタックされる。
バーB,...,Bは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合のお互いに異なる長さを有する。
バーB,...,Bは、例えば状況に応じてドーピングされたシリコンのような半導体材料をベースとする。それらの性質または組成および/または半導体材料のドーピング物質のレベルに基づいて、バーB,B,B,B,Bは導電性を提供することができる。従ってそれらは、トランジスタチャンネルまたは状況に応じて複数のトランジスタチャンネルを形成することができる。
バーB,B,B,B,Bは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合の厚さe,e,e,e,eを有する。厚さe,e,e,e,eは、例えば15ナノメートル以下であり、バーB,B,B,B,Bが導電性を提供する時に、バーB,B,B,B,Bに電荷キャリアを閉込めることを可能にする。
バーB,B,B,Bは、例えば3から100ナノメートル、好都合には5から15ナノメートルの厚さe,e,e,eを有する。それらは、例えば非ドーピングのSiGeのような半導体材料、またはSiOのような絶縁材料を含むことができる。バーB,B,B,Bは非伝導性か半導体であって、そして例えば、構造602のための機械的サポートの役割を果たすことができ、バーB,B,B,B,B間の絶縁を提供することができる。
バーB,...,Bの異なる幅および前記バーのほぼ平行六面体の形状に基づいて、構造602は、基板500の主要面に垂直な少なくとも1つの方向に延在する銃眼状のプロフィール603を有する。
構造602は、例えば0.5nmから50nmの厚さを有し、銃眼状のプロフィールと一致するゲート絶縁層604によって最初に形成されるゲート650によってもカバーされる。ゲート絶縁層604は、例えばSiOまたはSi、もしくはゲート絶縁層として機能できる他の何らかの誘電材料をベースにできる。
ゲート650は、絶縁層604をカバーし、銃眼状のプロフィールを取り囲むゲート材料605の他の層からも作られる。ゲート材料層605は、状況に応じて(部分的または完全に)ドーピングされるか、シリサイド化されたポリシリコン、SiGeのような半導体材料をベースにでき、あるいは、例えば耐熱金属までもベースにしうる。銃眼状のプロフィール603は、ゲート650に、構造602に接触する大きな表面を、従って導電性を提供できるバーB,B,B,B,Bによる良好な伝導面を、持たせるようにできる。
銃眼状のプロフィール603は、バーB,B,B,B,Bが導電性を提供する時に、バーB,B,B,B,Bのコーナーに閉じ込めた導通をも可能にすることができる。
構造602は、基板500の主要面に平行な長さ方向に、複数のトランジスタソースを形成する基板500上に作られた第1の領域と、複数のトランジスタドレインを形成する基板500上に作られた第2の領域をも接続することができる。従って、構造602のバーB,B,B,B,Bは、基板の主要面に垂直な平面内で配列されて互いに平行な5つのチャンネル630a,630b,630c,630d,630eを形成する。このチャンネルは、非導電性または半導体のバーB,B,B,Bによって相互に分離される。
この構造のバーの数と、さらにこの構造によって形成されるチャンネルの数は限定されない。
図6Bは、図6Aに示したマイクロエレクトロニクスデバイスの代案を示す。上述の構造602を、その全長と斜視図により図6Bに示す。図6Bに示した直交軸
Figure 0005021311
は図6Aのそれと同じものである。
図6Bのマイクロエレクトロニクスデバイスは、異なるトランジスタの5つのスタックされたソース610a,610b,610c,610d,610eを有する、基板500上の第1の領域をも有しているという点で、図6Aのものと異なっている。このソースは、4つの層600a,600b,600c,600dによって相互に分離される非導電性で例えばSiOのような絶縁材料をベースとするか、または半導体材料で例えばSiGeのような半導体材料をベースとする。ソース610a、610b、610c、610d、610eは、構造602の5つのチャンネル630a,630b,630c,630d,630eを介して、やはりスタックされ、4つの非導電性または半導体の層600a,600b,600c,600dによってやはり相互に分離された、異なるトランジスタの5つのドレイン620a,620b,620c,620d,620eを有する第2の領域に接続される。ゲート650はチャンネル630a,630b,630c,630d,630eに共通である。ゲート650は、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に構造602を部分的にカバーする。しかしながら、ゲート650は、ゲート酸化膜を用いてチャンネル630a,630b,630c,630d,630eのすべてに接触する。
図6Bに示すマイクロエレクトロニクスデバイスの特定の特徴によれば、ソース610a、610b、610c、610d、610eのスタック、およびドレイン620a,620b,620c,620d,620eのスタックは、構造602のような銃眼状のプロフィールを作る。
図7は、絶縁層501によってカバーされた基板500を含む、本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスの他の実施形態を示す。薄膜からなる6つのバーB,...,Bを含む構造702が絶縁層501上にある。図7にバーB,...,Bを断面図で示す。それらは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合の、相互に異なる幅を有する。
構造702も銃眼状のプロフィール703を有する。バーB,B,Bは導電性を提供することができる。
バーB,B,Bは非導電性で、SiOのような絶縁材料をベースとする。それらは、例えば非ドーピングのSiGeのような材料をベースとし、バーB,B,Bに比較して非常に低い導電性のみを提供するか、または零に近い導電性さえ提供する。
構造702は、バーB,B,Bを取り囲む絶縁キャップをも有し、後者(バーB,B,B)と同じ方向で延在する。絶縁キャップ706は、例えば窒化物のような誘電材料をベースにできる。
構造702は、銃眼状のプロフィール703と一致する、例えば2から50ナノメートルの幅を有するゲート絶縁層704にカバーされる。ゲート絶縁層704は、例えばSiOまたはSi、あるいはゲート絶縁層として機能できる他の何らかの誘電材料をベースとする。ゲート絶縁層704は、構造702の銃眼状のプロフィール703を取り囲む第2の層705にカバーされる。層705は、例えば状況に応じてドーピングされたポリシリコン、SiGeなどのような半導体材料、もしくは耐熱金属をベースとする。ゲート絶縁層704と層705によって形成されたアセンブリは、1つ以上のトランジスタのためのゲート750を形成する。
上述の絶縁キャップ706は、ゲートとバーB,B,Bとの間のいかなる導電性をも防止するのに役立てることができる。
バーB,B,Bは、構造702が1つ以上のトランジスタソースと1つ以上のトランジスタドレインに接続する1つ以上のトランジスタチャンネルを形成することができる。
図8は、本発明による他のマイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。ここに、このデバイスは絶縁層501で覆われた基板500を含む。ソース810を形成する第1のゾーンと、さらにドレイン820を形成する第2のゾーンは、絶縁層501上にある。ソース810とドレイン820は、基板の主要面に垂直な方向に、異なる材料をベースとする6つのバーB,...,Bのスタックによって形成された構造802によって相互に接続される。構造802は、例えば半導体材料B,B,Bをベースとするバーと絶縁材料をベースとするバーB,B,B、との交互配列により形成できる。本実施形態のバーはほぼ同一の長さと幅を有する。バーB,B,Bはソース810とドレイン820の間に導電性を提供することができ、従ってこの3つがソース810とドレイン820を接続する単一のトランジスタチャンネル830を形成する。チャンネル830の導電性を制御できるゲート850は、図8に示す直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に、構造802を部分的にカバーする。
図8に示す装置の代案によれば、構造802が、図7に示しかつ上述した銃眼状のプロフィール703を含めた構造702と置き換えられる。
さて、本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の実施形態を述べる。これを図9Aから図9Hに示す。
図9Aに示したこの方法の第1の段階は、基板900上に、n個の層C,...,Cのスタック902(nは2より大きく、スタックの一部分を非連続線で図式的に示す)を作る段階からなる。基板900はSiOをベースとし、絶縁層901、例えばSiOをベースとするSIMOX層(酸素注入による分離層)で覆われうる。n個のスタックされた層は、例えばエピタキシーによって、または例えばCVD(化学気相蒸着)によって作られうるが、とりわけエピタキシーによって作られる。層C,...,Cは、相互に異なり、基板500の主要面に垂直な方向に測った厚さe,...eを有する。
厚さe,...eは、例えば3から100ナノメートル、または5から15ナノメートルでありうる。層C,...,Cは、例えばシリコンまたはSiGeまたはGaAsまたはGeのような異なる半導体材料をベースとしうる。スタック902のいくつか層は、例えばSiOのような絶縁材料をベースとしうる。
スタック902は、少なくとも2つの連続した異なる材料の層C,Ci+1(i∈[1;n]とする)を含む。もし層CがSiのような第1の半導体材料をベースとするならば、層は、例えばSiGeのような第1の層とは異なる半導体材料をベースとするか、もしくは、例えばN型またはP型ドーピングされたSiなどの第1の材料とは異なるドーピングによる第2のドーピングされた半導体材料をベースとしうる。第2の材料は、例えばSiOなどの絶縁材料をもベースにできる。
本発明による方法の特定の特徴によれば、スタックは、シリコンのような半導体材料と、例えばSiOのような絶縁材料をベースとする層との交互配列、あるいは半導体材料をベースとする層と第2の半導体材料をベースとする層との交互配列によって作ることができる。
このスタックは、例えば、Siベースの層とSiGeベースの層の交互配列、またはGeベースの層とGaAsベースの層の交互配列、またはSiGeベースの層とGeベースの層の交互配列、またはN型かP型ドーピングされたSiベースの層と非ドーピングのSiベースの層の交互配列によって作ることができる。
スタック902が一旦製造されると、スタック902上に、例えばSiまたはSiOをベースとするか、例えばプラズマエッチングのようなエッチングからスタック902を保護できる他の何らかの材料をベースとする硬質マスクが堆積される。次に、例えばポリイミドをベースとする感光性の樹指層が硬質マスク層上に堆積される。1つ以上のパターンを有する樹指マスク904が、例えばフォトリソグラフィ法によって樹指層内に定義される。次に、樹指マスク904によって保護された硬質マスク層が異方性エッチングにさらされ、樹指マスク904直下にそれ(樹指マスク904)のパターンを複製する硬質マスク903が作られる(図9B)。
硬質マスク903は、例えば図10に示すような矩形の形状を有し、トランジスタソースパターン1000aとトランジスタドレインパターン1000cを接続する少なくとも1つのトランジスタチャンネルパターン1000bを有する。
次に、樹指マスク904が、例えば酸化プラズマを使った従来の溶解法によって除去される。次に、硬質マスク903の下に位置するn個の層C,...,Cをエッチングする段階が行なわれる。
この方法の代案によれば、スタック902が一旦製造されると、硬質マスク層を堆積せずに、樹指層をスタック上に直接堆積することができ、次に樹指マスク904をフォトリソグラフィによって形成することができる。そして、第1のエッチング段階が樹指マスク904を介して行なわれる。
第1のエッチング段階は、n個の層C,...,Cを硬質マスク903を介して異方性エッチングすることを含み、それによってn個のエッチングされた層C,...,Cのスタックが、硬質マスク903のパターン(図9C)と、特に硬質マスクのチャンネルパターン1000b(図9Cには示さず)を複製する。
次に、層C,...,Cのうちの1つ以上の層C(k∈[1,n]とする)の選択的な等方性エッチングを含む第2の段階が行なわれ、層Cを部分的に除去することを可能にする(図9D)。スタック902の層Cは他の層より小さい規模を有する。その結果、スタック902は、基板900の主要面に垂直な少なくとも1つの方向に、または基板900の主要面に対し零度以外の角度を与える少なくとも1つの方向に延在する鋸歯状のプロフィール905を有することとなる。
第2の選択的なエッチング段階は、好ましくは層Cに影響を与え、また他の層を無垢のままにしておく。
本発明による方法の特定の特徴によれば、選択的なエッチングによって部分的に除去された層Cは、例えばSiGeのような第1の半導体材料をベースとするが、一方でスタックの他の層は、例えばSiのような第2の半導体材料をベースとする。選択的なエッチングによって部分的に除去された層Cは、SiOのような絶縁材料をベースともしうるが、一方でスタックの他の層は、Siのような半導体材料をベースとする。
図9Eに、スタック902の一部分の断面図を示す。この断面は、図9Dと図9Eに共通な直交軸
Figure 0005021311
に対する平面
Figure 0005021311
に垂直な平面内で示すものである。
図9Eに示したスタック902の一部分は、硬質マスク903のチャンネルパターン(図10で表し、1000bで指し示す)の下に見られ、これを複製している。
スタックのこの部分は、n個のスタックされたほぼ平行六面体形状を有するバーB,...,Bから作られている構造902aの形態で表される(図9Eではスタックの一部分を非連続線で図式的に示す)。バーB,...,Bは、エッチングされた層C,...,Cの、硬質マスク903のチャンネルパターンを複製する部分である。このバーB,...,Bを断面図によって示す。前記構造902aは、選択的にエッチングされた層Cの部分に対応するいくつかのバーB(k∈[1,n]とする)を有する。これらのバーBは、直交軸
Figure 0005021311
に対するベクトル
Figure 0005021311
により定義される方向と平行な方向に測った場合の、他のバーよりも小さな幅Wを有する。
スタックされたバーB,...,Bが異なる幅を有するので、構造902aも鋸歯状のプロフィール905を有する。
方法の特定の特徴によれば、スタック902の鋸歯状のプロフィール905は銃眼状のプロフィールでありうる。実際に、前述の選択的なエッチングの品質に応じて、バーBは完全な平行六面体形状に類似した形状を有しうる。完全な平行六面体形状に類似した形状と相互に異なる幅とを有するスタックされたバーは、銃眼状のプロフィールを作る。
バーB,...,Bを構成する材料の性質に応じて、構造902aは導電性を提供できる1つ以上のバーを有することができ、また状況に応じて、1つ以上の非導電性のバーを有することができる。従って、構造902aは、直交軸
Figure 0005021311
に対する平面
Figure 0005021311
内に配列され、またその平面に平行な1つ以上のトランジスタチャンネルを形成できる。
本発明による方法の他の特定の特徴によれば、構造902aに対し、基板900の主要面に並行な方向、すなわち平面
Figure 0005021311
に平行な方向に、バーBを取り囲む絶縁キャップ907を追加することができる。絶縁キャップ907の形成は、例えば20から50ナノメートルの窒化物からなる誘電体層906を、構造902a上にコンフォーマルに堆積する段階を含む(図9F)。
次に、この誘電体層906は部分的な等方性エッチングにさらされる。この部分的なエッチングは、誘電体層906の厚さを維持するために、好ましくはバーの周りだけに行なわれる。この幅は構造902a上にその後に形成されうるゲートのバーBへの電気的影響を制限するのに十分なものである。この幅は、例えばその後に構造902a上に形成されうるゲートの絶縁層より10倍大きいものでありうる。このように、誘電体層の残りの厚さ部分は絶縁キャップ907を形成する(図9G)。
本発明の方法の特定の特徴によれば、構造902aが一旦作られると、前記構造902aを、ベクトル
Figure 0005021311
と平行な方向に少なくとも部分的にカバーするゲート形成を、次に実行することができる。
また、代案の方法によれば、ゲートの形成前のバーB,...,Bの性質に応じて、構造902aをドーピングすることを含む1つ以上の段階を行うことができる。このドーピングは、例えばNMOSトランジスタのためのP型、また例えばPMOSトランジスタのためのN型でありうる。これらのドーピング段階は、特に、短チャンネル効果の低減を可能にできる。
ゲートの形成は、まず、例えばSi、SiO、または高い誘電率を有する絶縁材料のような、2から50ナノメートルの幅を有する絶縁材料を一例として使ったゲート絶縁層908の、好ましくはコンフォーマルな堆積によって行なうことができる。ゲート絶縁層908は構造902aの鋸歯状のプロフィールと一致する。次に、ゲート絶縁層908上に、例えばSiGeまたはポリシリコンをベースとした半導体、もしくは例えばモリブデンまたはスズをベースとした導電体であるゲート物質層909が堆積される。
次に、ゲート絶縁層908とゲート物質層909はエッチングされてゲート910を形成する。ゲート910は、構造902aが1つ以上のトランジスタチャンネルを形成するか否かに応じて、複数のチャンネルに共通となりうる。
図9Hは、前述のゲート形成段階の後に得られる本発明によるデバイスを示す。構造902aは、基板900を覆う絶縁層901上にある。硬質マスク903は、ここまで維持されており、そして構造902aの上面を覆う。ゲート絶縁層908および半導体物質層909によって形成されたゲート910は、構造902aと硬質マスク903を覆う。
このようにして、構造902a上の硬質マスク903を保持することは、ゲート910と構造902a上面との間における寄生伝導の防止を可能にできる。
本発明の方法の代案によれば、硬質マスク903はゲート910の形成前に除去できる。
本発明の方法の特定の特徴によれば、ドレインを形成する第1のゾーンとソースを形成する第2のゾーンは半導体材料をベースとし、ドーピング物質(ドーパント)のイオン注
入によって構造902aの形成後に作ることができ、これによって構造902aがソースとドレインをその幅の方向に接続する。そして、構造902aは、基板の主要面に垂直な平面内でお互いに配列され、また装置の平面にお互いに平行な1つ以上のトランジスタを形成する。
代案の実施形態によれば、ゲート910は構造902aをベースとしたダマシン法を使って製造することができる。ゲート910の形成は、まず、例えばHTO(高温酸化物)をベースとする絶縁層950の堆積によって行なうことができる。絶縁層950はその構造902aの高さより高い厚さで製造でき、これによって後者(構造902a)をカバーできる。次に、開口960が絶縁層950に形成され、構造902aが露出される。この開口960は、従来のフォトリソグラフィ段階、続いて絶縁層950のエッチングを用いて形成される。次に、例えばSiOまたはHfOをベースとするゲート絶縁層908が、状況に応じてコンフォーマルに構造902a上に堆積される(図11A)。次に、開口960が、例えばポリシリコンまたは金属等のゲート材料909で充填される(図11B)。開口960の充填材が後者(開口)の入口から入り込んで絶縁層950をカバーすると、開口960内だけにゲート材料909が保持されるように、後者(開口)の入口のレベルにまでCMP(化学的機械的平坦化)段階を行うことができる(図11C)。
次に、絶縁層950を除去する段階を行なうことができる(図11D)。
上述のような、周知の従来の技術によるチャンネル構造をそれぞれ有する電界効果トランジスタ構造を示す。 上述のような、周知の従来の技術によるチャンネル構造をそれぞれ有する電界効果トランジスタ構造を示す。 上述のような、周知の従来の技術によるチャンネル構造をそれぞれ有する電界効果トランジスタ構造を示す。 本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。 本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。 本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。 本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。 本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。 本発明による電界効果マイクロエレクトロニクスデバイスの実施形態を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の第1の例を示す。 図9Aから図9Hで示され、そして[発明を実施するための最良の形態]で述べた本発明による製造方法の例で使用される硬質マスクのために可能なパターンの例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の特定の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の特定の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の特定の例を示す。 本発明によるマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する方法の特定の例を示す。
符号の説明
100 基板
300a、300b 誘電体層
310a ソース
320a ドレイン
333a トランジスタ
340 ゲート
400 基板
401 絶縁層
402 (マイクロエレクトロニクスデバイスの)構造
403 プロフィール
500 基板
501 絶縁層
502 (マイクロエレクトロニクスデバイスの)構造
503 プロフィール
530 トランジスタチャンネル
600a,600b,600c,600d 層
602 構造
603 プロフィール
604 ゲート絶縁層
605 ゲート材料層
610a,610b,610c,610d,610e ソース
620a,620b,620c,620d,620e ドレイン
630a,630b,630c,630d,630e チャンネル
650 ゲート
702 (マイクロエレクトロニクスデバイスの)構造
703 プロフィール
704 ゲート絶縁層
705 第2の層
706 絶縁キャップ
750 ゲート
802 (マイクロエレクトロニクスデバイスの)構造
810 ソース
820 ドレイン
830 チャンネル
830 トランジスタチャンネル
850 ゲート
900 基板
901 絶縁層
902 スタック
902a (マイクロエレクトロニクスデバイスの)構造
903 硬質マスク
904 樹指マスク
905 プロフィール
906 誘電体層
907 絶縁キャップ
908 ゲート絶縁層
909 ゲート材料
909 ゲート物質層
910 ゲート
950 絶縁層
960 開口
1000a トランジスタソースパターン
1000b トランジスタチャンネルパターン
1000c トランジスタドレインパターン

Claims (27)

  1. a)基板と、
    b)前記基板を通る直交軸に垂直な平面に平行な平面である前記基板の主要面上に形成されている少なくとも1つの構造と、
    を含み、
    前記構造は、前記直交軸の方向において鋸歯状のプロフィールを成すように互いに異なった幅を有するバー状の少なくとも2つのチャンネルのスタックによって形成されており、
    前記2つのチャンネルはそれぞれ、互いに異なるソース及びドレインに自身の長さ方向において接続していることを特徴とする電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  2. 前記構造の前記プロフィールは銃眼状のプロフィールであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  3. 前記スタックは、異なる材料をベースとする少なくとも2つのスタックされたバーを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  4. 前記スタックは、導電性バーのみを含むことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  5. 前記スタックは、導電性1つ以上のバーと1つ以上の非導電性のバーを含むことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  6. 前記スタックは、導電性バーと非導電性のバーとの交互配列を含むことを特徴とする請求項5に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  7. 前記スタックは、異なる半導体材料をベースとする、および/または、異なるドーピング物質を有する少なくとも2つのスタックされたバーを含むことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  8. 前記スタックは、一方が半導体材料をベースとしており、他方が絶縁材料をベースとする少なくとも2つのスタックされたバーを含むことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  9. 前記スタックは、一方がSiをベースとしており、他方がSiGeをベースとする少なくとも2つのスタックされたバーを含むことを特徴とする請求項7に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  10. 前記スタックは、一方がSiをベースとしており、他方がSiO2をベースとする少なくとも2つのスタックされたバーを含むことを特徴とする請求項5または6に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  11. 少なくとも1つのバーは、基板の主要面に平行な方向において、誘電体層からなる絶縁キャップに少なくとも部分的に囲まれていることを特徴とする請求項1から10のうちいずれか1項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  12. 前記絶縁キャップは窒化物をベースとすることを特徴とする請求項11に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  13. 前記構造は、前記長さ方向において異なる長さ、および/または、前記直交軸の方向において異なる厚さを有する少なくとも2つのバーを含むことを特徴とする請求項1から12のうちいずれか1項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  14. 前記スタック上にエッチングマスクをも含むことを特徴とする請求項1から13のうちいずれか1項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  15. 前記構造と前記構造上のエッチングマスクとを少なくとも部分的に覆うゲート含むとを特徴とする請求項1から14のうちいずれか1項に記載の電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  16. 前記構造によって1つ以上のドレインに接続された1つ以上のソースを含むことを特徴とする請求項1から15のうちいずれか1項に記載の電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  17. a)基板と、
    b)前記基板を通る直交軸に垂直な平面に平行な平面である前記基板の主要面上に形成されている少なくとも1つの構造と、
    を含み、
    前記構造は、前記直交軸の方向においてスタックされたバー状の少なくとも2つのチャンネルによって形成されており、
    前記少なくとも2つのチャンネルはそれぞれ、互いに異なる材料をベースとし、および/または、互いに異なる幅を有し、互いに異なるソース及びドレインに自身の長さ方向において接続していることを特徴とする電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造
  18. 互いに異なった幅を有するバー状にスタックされた少なくとも2つのトランジスタチャンネルを有する少なくとも1つの構造が備えられた電界効果マイクロエレクトロニクスデバイス用のスタック型チャンネル構造を製造する方法であって、
    -基板上に、異なる材料をベースとする少なくとも2つのスタックされた層を有する複数の層のスタックを形成する段階と、
    -前記スタック上に少なくとも1つのマスクを形成する段階と、
    -前記マスクを通して前記層を異方性エッチングする段階と、
    -前記スタックの1つ以上の層を、部分的および選択的にエッチングする段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  19. 前記スタックは、異なる半導体材料をベースとするか、または異なるドーピング物質を有する、少なくとも2つの層を含むことを特徴とする請求項18に記載の方法。
  20. 前記スタックは、少なくとも1つのSiベースの層および少なくとも1つのSiGeベースの層を含むことを特徴とする請求項18または19に記載の方法。
  21. 前記スタックは、絶縁材料をベースとする少なくとも1つの層と、半導体材料をベースとする1つの層を含むことを特徴とする請求項18から20のうちいずれか1項に記載の方法。
  22. 前記部分的および選択的なエッチング段階後に、前記構造上に誘電体層を堆積することをも含むことを特徴とする請求項18から21のうちいずれか1項に記載の方法。
  23. 前記誘電体層は窒化物をベースとすることを特徴とする請求項22に記載の方法。
  24. 前記構造のある特定のバーの周りに絶縁キャップを形成するために、前記誘電体層を部分的に等方性エッチングする段階をも含むことを特徴とする請求項22または23に記載の方法。
  25. 前記構造前記構造上の前記マスクとを、少なくとも部分的にカバーするゲートを形成する段階をも含むことを特徴とする請求項18から24のうちいずれか1項に記載の方法。
  26. 前記ゲートの形成が、
    前記構造を絶縁層でカバーし、
    前記構造を露出するように絶縁層に少なくとも1つの開口を形成し、
    前記構造をゲート絶縁層でカバーし、
    前記開口をゲート材料で充填すること
    からなる段階を含むことを特徴とする請求項25に記載の方法。
  27. 前記ゲートの形成の前に、前記構造がドープされる1つ以上の段階を含むことを特徴とする請求項25または26に記載の方法。
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