JP5274490B2 - 垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法 - Google Patents

垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法 Download PDF

Info

Publication number
JP5274490B2
JP5274490B2 JP2010004696A JP2010004696A JP5274490B2 JP 5274490 B2 JP5274490 B2 JP 5274490B2 JP 2010004696 A JP2010004696 A JP 2010004696A JP 2010004696 A JP2010004696 A JP 2010004696A JP 5274490 B2 JP5274490 B2 JP 5274490B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
doped
region
silicon
window
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010004696A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010157742A (ja
Inventor
チャウドハリー サミア
アーサー レイマン ポール
ルッセル マックマッケン ジョン
トムソン ロス
クイングスヘング ザオ ジャック
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agere Systems LLC
Original Assignee
Agere Systems LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agere Systems LLC filed Critical Agere Systems LLC
Publication of JP2010157742A publication Critical patent/JP2010157742A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5274490B2 publication Critical patent/JP5274490B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66666Vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/60Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/92Capacitors having potential barriers
    • H01L29/94Metal-insulator-semiconductors, e.g. MOS
    • H01L29/945Trench capacitors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/033Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/038Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/05Making the transistor
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/31DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/66181Conductor-insulator-semiconductor capacitors, e.g. trench capacitors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/05Making the transistor
    • H10B12/053Making the transistor the transistor being at least partially in a trench in the substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

本発明の分野
本発明は電流を流すよう設計された伝導形の変化する接合を組込んだ半導体デバイス及びそのようなデバイスの作製方法に関する。より具体的には、本発明は垂直トランジスタの作製と両立する作製プロセスを用いて、ポリシリコン−窒化物−ポリシリコン、金属−窒化物−ポリシリコン及びポリシリコン−酸化物−ポリシリコン容量を作製するための設計及びプロセスに関する。
本発明の背景
半導体デバイスの性能を向上させ、単位面積当りのデバイスの数を増すため、デバイス密度を増すことは、半導体製造業の重要な課題であり続ける。デバイス密度は個々のデバイスをより小さくし、よりコンパクトにデバイスを充填することにより、増大する。また、デバイスの寸法(特性長又は設計ルールとも呼ばれる)が減少するとともに、デバイス及びそれらの構成要素を形成する方法も、適合させなければならない。たとえば、生産ラインの設計ルールは現在0.25ミクロンないし0.18ミクロンの範囲で、より小さな寸法に向う不変の傾向がある。しかし、デバイスが縮小されるにつれ、ある種の製造上の限界が生じる。特に、リソグラフィプロセスに関して生じる。事実、現在のフォトリソグラフィプロセスは、現在のデバイスユーザーにより要求される必要な最小寸法で、デバイスを正確に製造できない点に近づいている。
現在、ほとんどの金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は、横方向の形状で形成され、電流はソース及びドレイン領域が形成される基板面又は基体表面に平行に流れる。デバイス密度を上げるためにこれらMOSFETデバイスの寸法が減少するにつれ、製造プロセスは次第に難しくなっている。特に、チャネルを形成するためのリソグラフィプロセスは問題で、フォトリソグラフィパターン中に像を描くために用いられる放射の波長が、デバイスの寸法に近づくにつれ、問題になる。横方向MOSFETにあてはめると、チャネル長はこれらのフォトリソグラフィ技術を用いて、精密に制御できない点に近づきつつある。
デバイスを充填する最近の進歩により、垂直MOSFETのいくつかの変形が生れた。具体的には、タカト、エイチ(Takato H)らにより、“高密度LSI用包囲ゲートトランジスタ(SGT)のインパクト”、アイ・イー・イー・イー・トランズアクションズ・オン・エレクトロン・デバインズ(IEEE Transactions on Electron Devices)、38 (3)巻、573−577頁に述べられている垂直デバイスは、プレーナMOSFETデバイスに代るものとして提案された。最近、垂直置換ゲートトランジスタとして特徴のあるMOSFETが述べられている。ハーゲンロザール(Hergenrother)ら、“垂直置換ゲート(VRG)MOSFET:リソグラフィに依存しないゲート長を有する50nm垂直MOSFET”、インターナショナル・エレクトロン・デバイス・ミーティング・テクニカルダイジェスト(Technical Digest of the International Electron Devices Meeting)、75頁、1999を参照のこと。ここに参照文献として含まれる権利者を同じくする米国特許第6,027,975及び6,197,641号は、垂直置換ゲート(VRG)MOSFETのいくつかの製造技術を教えている。
集積回路(IC)上に機能回路を作製するためには、IC製造プロセス中に受動要素を組込むことも必要である。具体的には、容量は接合容量又は薄膜容量として形成される。周知のように、半導体接合に逆バイアス電圧を印加すると、可動キャリヤは接合から遠ざけられ、それによって空乏領域が生成する。空乏領域は平行平板容量の誘電体として働き、空乏領域幅は平板間の距離を表わす。従って、接合容量は空乏領域幅の関数で、それは印加された逆バイアスと接合近傍の不純物濃度の関数である。従来の平行平板容量を直接微細化した薄膜容量も、集積回路上に作製される。個別容量と同様、薄膜容量は誘電体で分離された2つの導電層を含む。薄膜容量の1つの型は、金属−酸化物−半導体容量として形成され、高濃度ドープ底部プレート、誘電体としての二酸化シリコン及び金属上部プレートを有する。薄膜容量はまた、二酸化シリコン又はシリコン窒化物のような誘電体により分離された上部及び底部プレートを形成する2つの金属層を有するようにも形成できる。誘電率が比較的大きく、単位面積当り、より大きな容量が得られるため、シリコン窒化物が好ましい。金属−酸化物−半導体容量構造は、従来の集積回路プロセス技術と容量に両立するため、最も一般的である。薄膜容量の単位面積当りの容量は、誘電率と誘電体厚の比に等しい。薄膜容量は単位面積当り大きな容量値を与え、寄生容量の問題も小さいが、誘電体の定格電圧を越えた時、誘電体の降伏により、故障しうる。
本発明の要約
本発明はMOSFETデバイス及び各種の容量形態の両方を含む集積回路構造を作製するプロセスを示す。そのプロセスは第1のデバイス領域、ソース又はドレイン領域のいずれかを半導体基板中に形成することを含む。少くとも3つの層の多層積層構造を、第1のデバイス領域上に形成する。3つの層の中央の層は犠牲となる層で、後に除去され、ゲート電極が置き代る。3つの層中に窓を形成し、続いて窓内にドープされた半導体材料、すなわち半導体プラグを形成する。第2のデバイス領域(ソース領域又はドレイン領域)を半導体プラグの上部端に形成する。次に、犠牲層を除去し、半導体プラグの露出された部分上に、ゲート酸化物を成長させるか堆積させる。次に、ゲート酸化物に隣接して、ゲート電極を形成する。一実施例において、ゲート電極は更にMOSFETデバイスを越えて、基板の領域まで延び、そこで容量の下部プレートとして働く。底部プレート上に誘電体層を形成し、続いて上部容量プレートを形成する。
別の実施例において、多層堆積構造中に形成された第2の窓内に容量を形成する。具体的には、第2の窓は誘電体層下の第1の適合導電層を含む。第2の導電層(容量上部プレート)が窓内の残りの空間を満す。その結果、窓内の3つの層は容量を形成する。基本的なVRGMOSFETプロセスに適用した時、これらの容量のそれぞれを形成するために、新しいマスク工程がつけ加わらないことは、特に有利である。本発明の指針に従うと、プレーナ及び窓内の容量の両方を作製するために、マスクの変更のみが必要である。各種容量を形成するための本発明の指針は、VRGMOSFETプロセスのみでなく、他の垂直トランジスタプロセスにも適用できる。
ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−窒化物−ポリ又は金属−窒化物―ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である。 ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である ポリ−酸化物−ポリ容量を作製するプロセス工程を示す断面図である
好ましい実施例の記述
本発明は容量構造と垂直置換ゲート金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ(VRGMOSFET)の作製と類似でかつ両立するプロセスを用いて、ポリシリコン−窒化物−ポリシリコン(PNP)、金属−窒化物−ポリシリコン(MNP)及びポリシリコン−酸化物−ポリシリコン(POP)容量を作製する付随した技術に関する。具体的には、価格及び作製の複雑さを最小にするため及び容量を作製するために必要な余分な工程数を最小にするため、第1のシリコン基板上に容量及びVRGを作製するのが望ましい。本発明はこれらの目的を達成する容量デバイス及び容量の作製プロセスを、明らかにする。
トランジスタ及び集積回路の作製に関しては、“主表面”という用語は、たとえばプレーナプロセスで複数のトランジスタを作製する半導体層の表面をさす。ここで用いるように、“垂直”は主表面に対して本質的に垂直であることを意味する。典型的な場合、主表面は単結晶シリコン基板の<100>面に沿い、その上に電界効果トランジスタデバイスが作製される。“垂直トランジスタ”という用語は、個々の半導体要素が主表面に対して垂直を向き、そのため電流はドレインからソースへ垂直に流れる(電子はソースからドレインへ流れる)トランジスタを意味する。たとえば、垂直MOSFETの場合、ソース、チャネル及びドレイン領域は、主表面に対して、垂直方向に位置合せして形成される。
図1Aないし1P及び2Aないし2Vのそれぞれは、本発明に従って回路機能の例を構成するため、作製の様々な段階における集積回路構造の部分的な断面を示す。この説明から、ある容量がそれのみあるいは集積回路を形成するために、バイポーラ接合トランジスタ、接合電界効果トランジスタ及び金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタとともに、いかに形成されるかが明らかになるであろう。
単一のシリコン基板上に垂直換換ゲートMOSFET及び容量を作製する本発明の一実施例を、図1Aないし1Pを参照しながら述べる。ここで述べる各種半導体形状及び領域は、シリコンから成るのが好ましいが、当業者には本発明の他の実施例は単一又は組合せた(化合物又はヘテロ接合半導体を含む)他の半導体材料に基いてよいことがわかる。図1Aないし1Pを参照すると、垂直MOSFETデバイスの作製が図の左側に示され、容量の作製が図の右側に示されている。しかし、容量及びMOSFETを相互に隣接して作製する必要はなく、並んで表したのは単に2つの両立性を示すためである。本発明の指針に従って作製される容量には、集積回路上のどこにでも形成できる。
図1Aを参照すると、高ドープソース領域(205)がシリコン基板(200)、好ましくは<100>結晶方向を有する基板の主表面(206)に沿って形成される。垂直MOSFETのこの実施例において、デバイスのソース領域はシリコン基板中に形成され、ドレイン領域は後に述べるように、その後形成される垂直チャネルの上に形成される。別の実施例において、ドレイン領域は基板中に形成され、ソース領域は垂直チャネルの上に形成される。先の実施例が、ここでの説明の対象である。しかし、ここでの記述から、当業者はドレイン領域がシリコン基板中に形成され、ソース領域がその後形成される垂直チャネル上に形成されるデバイスを、容易に形成できる。
高ドープソース領域(205)の深さ、ドーパントの形(たとえばn形又はp形)及びその中の濃度は、全て設計すべき点である。ソース領域(205)の一例では、ドーパントはリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)又はホウ素(B)で、約1×1019原子/cmないし約5×1020原子/cm の範囲の濃度を有する。約200nmより小さいソース領域(205)及び基板(200)の深さが、適当と考えられる。
図1Bにおいて、材料の5つの層(210,211,215,216)及び(202)がシリコン基板(200)中のソース領域(205)上に形成される。絶縁層(210)が最後に上になるものから、ソース領域(205)を電気的に分離する。絶縁層(210)はこの絶縁目的にあった材料から成り、厚さを有する。適当な材料の一例は、ドープされた二酸化シリコンである。ドープされた絶縁層(210)を用いるのは、固相拡散プロセスを通して、(デバイスチャネル内に)ソース/ドレイン延長領域を形成するために、以下で述べるように、絶縁層(210)がドーパント源として働く実施例で、有利である。二酸化シリコンドーパント源の例は、たとえばプラズマ促進化学気相堆積(PECVD)で堆積させたPSG(リンシリケートガラス、すなわちリンドープ二酸化シリコン)及びBSG(ボロシリケートガラス、すなわちホウ素ドープ二酸化シリコン)である。絶縁層(210)の適当な厚さは、約25nmないし約250nm範囲である。
エッチ停止層(211)を絶縁層(210)上に形成する。当業者には周知のように、エッチ停止はエッチング手段が下又は上の層あるいは複数の層に及ぶのを避けるように、設計される。従って、エッチ停止層はエッチャントによって除去すべき隣接した層又は複数の層より、選択されたエッチャントに対して著しく大きなエッチング抵抗をもつ。特にこの場合、選択されたエッチャントに対し、エッチ停止層(211)のエッチング速度は、以下で述べるように、犠牲層である上の層(215)のエッチング速度より、はるかに遅い。当業者はエッチ停止層材料の選択は、上/下の層をエッチングするために用いられる具体的なエッチング手段により決ることに気づく。上の犠牲となる層がアンドープ二酸化シリコン(たとえばテトラエレチンオルトシリケート(TEOS)から形成された二酸化シリコン)である本発明のプロセスにおいて、エッチ停止層(211)の下の層にアンドープ二酸化シリコン用のエッチャントが浸透するのを効果的に停止するエッチ停止材料が選択される。シリコン窒化物(Si)が適当なエッチ停止材料と考えられる。エッチ停止材料層の厚さは、エッチングプロセスにより除去すべき材料の深さに対して、選択されたエッチャントに対するエッチ停止材料の抵抗にも依存する。すなわち、効果的なエッチ停止層であるためには、所望の層又は複数の層を除去するのに必要な時間内に、エッチ停止層にエッチャントは浸透できない。
エッチ停止層(211)はオフセットスペーサとしても働き、その場合、オフセットスペーサの厚さはエッチ停止層(211)の厚さによって決る。本発明の説明では、オフセットスペーサはデバイスチャネルに対するソース/ドレイン延長部の位置を制御する。具体的には、オフセットスペーサが存在することにより、ソース/ドレイン延長部がゲート下に延びる大きさが制限される。当業者は、ソース/ドレイン延長部がゲート下に大きく延びるほど、デバイス特性に対する悪影響、すなわちゲート/ソース及びゲート/ドレイン重なり容量が大きくなることに気づく。当業者はまた、オフセットスペーサはソース/ドレイン延長部とゲート下に形成される反転層間に直列抵抗が生じるほど厚くできないことを、認識するであろう。それもデバイス特性を許容できないものにする。エッチ停止層(211)は絶縁層(210)がドーパント源として働く時、絶縁層(210)及び犠牲層(210)間に存在することにより、オフセットスペーサの機能も果す。ドーパントが絶縁層(210)から拡散する時、ソース/ドレイン延長部とゲート間の重なりの程度は、ドーパントの拡散速度の制御とともに、エッチ停止層(211)の厚さを通して制御できる。
犠牲層(215)がエッチ停止層(211)上に形成される。犠牲層(215)の材料は、選択されたエッチャントに対し、エッチ停止層(211)とは著しく異なるエッチング抵抗をもつ。具体的には、選択されたエッチャントに対し、犠牲層(215)のエッチング速度は、エッチ停止層(211)のエッチング速度より、はるかに大きい。犠牲層(215)の厚さは、最終的なデバイスのゲート長に対応するように選択され、犠牲層(215)が除去されると、デバイスのゲートが空いた空間に形成される。TEOSプロセスを通して形成される二酸化シリコンが、犠牲層(215)の適当な半導体材料の例である。
エッチ停止層(216)が犠牲層(215)の上に形成される。エッチ停止層(216)はエッチ停止層(211)と同じ機能を果す。従って、エッチ停止層(211)の材料及び厚さの選択に使った考えは、エッチ停止層(216)の材料及び厚さの選択にも使える。
エッチ停止層(216)の全体上に絶縁層(220)を形成する。絶縁層(220)が絶縁層(210)と(選択されたエッチャント中で)同じエッチング速度を持つと有利である。事実、プロセス効率の点から絶縁層(210)の材料が絶縁層(220)の材料と同じであると有利である。絶縁層(220)がドーパント源としても働く実施例において、絶縁層(220)はPSG又はBSGである。
図1Cを参照すると、絶縁層(210)、エッチ停止層(211)、犠牲層(215)、エッチ停止層(216)及び絶縁層(211)を貫いて、開口、溝又は窓(225)が、ソース領域(205)まで下方にエッチングされる。窓の水平方向の寸法は、所望のデバイス特性、作製中のデバイスの寸法上の制約及び窓(225)を形成するために用いられるリソグラフィプロセスの制約によって決る。窓(225)の長さ、すなわち図1Cの断面図中の水平及び垂直の両方に垂直な長さは、主に設計上の選択である。与えられた水平方向の寸法に対し、窓(225)中に後に形成されるチャネルの電流容量は、窓の長さが増すとともに増加する。次に、窓(225)を化学的に浄化処理(たとえばRCA又はピラニア浄化)する。ピラニアプロセスは窓(225)の底部において、シリコンを清浄化するために、硫酸及び過酸化水素溶液を用いる。この浄化工程の結果、窓(225)と境界を形成する絶縁層(210)及び(220)のわずかな部分が除去される。浄化されたくぼみが図1Dに示されている。図示されているように、犠牲層(215)及びエッチ停止層(211)及び(216)は絶縁層(210)及び(220)の端部を越えて延びる。
図1Eを参照すると、窓(225)を生成するエッチングプロセスによって露出されたソース領域(205)とともに窓(225)の底部において、単結晶シリコンがソース領域(205)からエピタキシャル成長でき、デバイス級の結晶半導体材料(230)が形成され、窓(225)中に上部部分(221)を含む。結晶半導体材料(230)はデバイスのチャネルとして、かつチャネル領域上及び下のソース/ドレイン延長領域を形成するのに適している。結晶半導体材料(230)はアモルファス又は多結晶材料を堆積させ、次に従来の炉アニール又はレーザアニールによって再結晶化させることによって形成しても良い。
窓(225)内に形成された結晶半導体材料(230)は、ソース及びドレイン延長部とともに、デバイスチャネルを形成するために、ドープしなければならない。1つの形(すなわちn形又はp形)のドーパントがソース及びドレイン延長部を形成するために、結晶半導体材料(230)中に導入され、チャネルを形成するために、相対する伝導形のドーパントが導入される。結晶半導体材料(230)をドープするために、各種の技術が適当と考えられる。形成と同時に結晶半導体材料(230)をドープするか、形成後結晶半導体材料(230)中にドーパントを注入することが、チャネルを形成する適当なプロセスと考えられる。
当業者は化学気相堆積により、材料の層が形成されるのと同時にドーパントを導入する方式を良く知っているので、ここで詳細に述べない。一般に、ドーパントは材料堆積プロセス中の適当な点で、雰囲気中に導入され、ドーパントが結晶半導体材料(230)中の所望の位置に、所望の濃度で存在するようにする。適当なドーパント気体には、ホスフィン及びジボランが含まれる。別の実施例において、形成後チャネルドーパントが結晶半導体材料(230)中に注入される。
底部ソース/ドレイン延長部を形成するために、ドーパントはソース領域(205)から結晶半導体材料(230)の底部中に、拡散できる。ソース/ドレイン延長部を形成する別の技術は、絶縁層(210)及び(220)が上述のように、PSG又はBSGで形成される時、それらの層からドーパントを拡散させることである。一般に、この固相拡散プロセスにおいて、(たとえばヒ素、リン又はホウ素)でドープされた酸化物(たとえば二酸化シリコン)が、ドーパント源として働く。高温において、ドーパントはドープされた酸化物から、隣接したアンドープ(又は低ドープ)領域中に追いやられる。ここでの用途では、ドーパントは結晶半導体材料(230)中に追いやられる。ドープされた領域、すなわちソース/ドレイン延長部は、結晶半導体材料(230)とドーパント源として働く絶縁層(210)及び(220)との境界で規定されるため、この技術は有利である。この技術により、自己整合ソース/ドレイン延長部の形成が可能になる(すなわち、ソース、ドレイン延長部はゲートと整合する)。固相核酸技術の例は、オノ・エム(Ono.M)ら“10nmリン源及びドレイン接合を有するサブ50nmゲート長N−MOSFET”アイイーディーエム(IEDM)93、119−122頁(1993)及びサイトー・エム(Saito.M)ら、“0.1及びサブ0.1ミクロンチャネル長に適したSPDDD−MOSFET及びその電気的特性” アイイーディーエム(IEDM)92、897−900頁(1992)に述べられている。これらはここに参照文献として含まれる。ソース/ドレイン延長部(232)及び(233)中のドーパント濃度は、典型的な場合、少くとも約1×1019/cmで、約5×1019/cmのドーパント濃度が有利と考えられる。この固相拡散技術を用いると、非常に浅いソース/ドレイン延長部(232)及び(233)が得られる。ソース/ドレイン延長部(232)及び(233)は結晶半導体材料(230)中に、好ましくは結晶半導体材料(230)の幅の半分以下まで延びる。このようにドーパントの浸透を制限することにより、ドープされた領域に結晶半導体材料(230)の相対する側から重畳することが避けられる。また、ソース/ドレイン延長部(232)及び(233)がゲート(265)下に延びる距離は、ゲート長の4分の1以下に制限され好ましい。当業者には周知のようにソース/ドレイン延長部(232)及び(233)中のドーパントは、結晶半導体材料(230)のチャネル中のドーパントとは相対する形をもつ。
結晶半導体材料(230)をドープした後、デバイスは結晶半導体材料(230)中のドーパントの分布に著しい影響を及ぼす状態に置かれないことが望ましい。従って、この方式では、この工程後、基板は1100℃を越える温度に露出されない。事実、プロセスのこの点以後、基板は1000℃を越える温度に露出されないなら、有利である。ある種の実施例では、基板は長時間(たとえば数分以上)900℃を越える温度に露出されない。しかし、基板を急速加熱アニール(約1000℃の温度で)しても、結晶半導体材料(230)中のドーパントの分布に、悪影響は生じない。
次に、適合ドレイン(235)を絶縁層(220)及び最上部(231)の上に形成する。ドレイン層(235)は自己整合した最上部接触(この実施例ではドレイン接触)を作る。ドレイン層(235)の適当な材料の一例は、ドープされたポリシリコンである。選択されたドーパントはデバイスチャネルを形成するために用いられたものとは相対する形である。ドーパントの濃度は約1×1020原子/cmより高い。
図1Fに更に示されるように、適合層(236)をドレイン層(235)上に堆積させる。層(236)に選択された材料は、犠牲層(216)を除去するために選択されたエッチャントに対して、犠牲層(215)のエッチング速度より著しく低いエッチング速度をもつ。層(236)に選択した材料が、エッチ停止層(211)及び(216)の材料と同じであると有利である。適当な材料の一例はシリコン窒化物である。
図1Gに示されるように、従来のリソグラフィ技術を用いて、結晶半導体材料(230)及び最上部(231)上又は隣接した部分のみが残るように、ドレイン層(235)、層(236)及び絶縁層(220)が(1ないしそれ以上のエッチング工程を用いて)パターン形成される。エッチ停止層(216)はこのプロセス中、エッチング手段が下の層に到達するのを防止する働きをする。
本発明の別の実施例に従うと、上述の用に形成するのではなく、ソース/ドレイン延長部(232)及び(233)は、プロセスのこの時点で、ドープされた絶縁層(210)及び(220)からの固相拡散により、形成される。
図1Hに示されるように、次に構造全体上に適合層(240)を堆積させる。層(240)の材料は犠牲層(215)を除去するために選択されたエッチャント中で、犠牲層(215)のエッチング速度より著しく遅いエッチング速度を持つように、選択される。層(240)に適当な材料の一例は、シリコン窒化物である。層(240)の厚さは、ドレイン層(235)、層(236)及び絶縁層(236)の残った部分が、その後のエッチャントに接触するのを防止するように選択される。
次に、層(240)はドライプラズマエッチのような非等方的エッチングを用いてエッチングされ、このエッチングはエッチ停止層(216)及び犠牲層(215)の部分も除去する。当業者には周知のように、非等方的なエッチング材料は、垂直にエッチングするが、表面に沿って横方向にはエッチングしない。従って、図1Iに示されるように、非等方的エッチングの後残っている層(240)の部分のみが、絶縁層(220)、ドレイン層(235)、の積層及び層(236)に横方向に隣接した部分である。このエッチングプロセスの結果、エッチ停止層(216)の一部分のみが除去され、犠牲層(215)が露出される。
次に、犠牲層(215)の残りを除去するため、デバイスを湿式エッチ(たとえばフッ化水素酸水溶液)又は等方性ドライエッチ、(たとえば無水フッ化水素酸)する。結果は図1Jに示されている。絶縁層(210)はなおエッチ停止層(211)により、被覆されている。エッチ停止層(216)及び層(236)及び(240)の残った部分は、絶縁層(220)及びドレイン層(235)を被覆し、それによってこれらの後者の層は、エッチング手段と接触するのが絶縁される。結晶半導体材料(230)の露出された部分は、犠牲層(215)の厚さに対応し、デバイスの物理的なチャネル長を規定する。
図1Kを参照すると、二酸化シリコン(245)の犠牲層が結晶半導体材料(230)の露出された表面上に、熱的に成長又は堆積されている。約10nm程度以下の二酸化シリコン犠牲層厚が、適当と考えられる。次に、従来の等方的エッチ(たとえばフッ化水素酸水溶液)を用いて、犠牲となる二酸化シリコン(245)が除去される(図1L参照)。犠牲となる二酸化シリコン(245)の形成及び除去の結果、結晶半導体材料(230)の表面は平滑で、ある程度の側壁欠陥が除去される。エッチ停止層(211)及び(216)は除去手段が絶縁層(210)及び(220)、ドレイン層(235)に接触するのを防止する。この工程は本発明のプロセスで必ずしも必要ではないが、過剰の側壁欠陥がもし存在するなら、それらを除去するために実行される。
次に、結晶半導体材料(230)の露出された部分上に、ゲート誘電体(250)の層(ゲート酸化物ともいう)を形成する。適当な誘電体材料には、たとえば二酸化シリコン、シリコンオキシナイトライド、シリコン窒化物又は金属酸化物が含まれる。ゲート誘電体(250)の厚さは約1nmないし約20nmである。適当な厚さの一例は、6nmである。一実施例において、二酸化シリコン層は酸素を含む雰囲気中で、約700℃ないし約1000℃の範囲の温度に基板を加熱することにより、形成される。ゲート誘電体を形成する他の手段には、化学気相堆積、ジェット気相堆積又は原子層堆積が含まれ、それらのすべてが適当と考えられる。所望の厚さのゲート誘電体(250)を形成する条件は、当業者には良く知られている。
図1Nを参照すると、ゲート電極はたとえば同時にドーパントが導入されたドープアモルファスシリコンの層である十分適合し適当なゲート材料のゲート電極層(255)を堆積させることによって形成される。次に、アモルファスシリコンは(溶融により)再結晶化され、多結晶シリコンを形成する。上述のように、これは結晶半導体材料(230)中のドーパントプロフィルに、著しい影響を及ぼさない条件で行わなければならない。適当なゲート電極材料の他の例には、多結晶シリコン、シリコン−ゲルマニウム及びシリコン−ゲルマニウム−カーボンが含まれる。十分低い抵抗率を持ち、ゲート誘電体材料及び他の半導体プロセス工程と両立する金属及び金属を含む化合物も、適当なゲート電極材料と考えられる。CMOS(相補金属−酸化物−半導体)用途の場合、ゲート材料が半導体材料(230)の禁制帯の中央程度の仕事関数をもつと有利である。そのような金属の例には、チタン、チタン窒化物、タングステン、タングステンシリサイド、タンタル、タンタル窒化物及びモリブデンが含まれる。ゲート電極材料を形成する適当な手段には、化学気相堆積、電解メッキ及びそれらの組合せが含まれる。ゲート電極層(255)は以下で述べるように、その後形成される容量の底部プレートも形成する。
次に、図10の構造の領域(257)中に、ポリ−窒化物−ポリ(PNP)又は金属−窒化物−ポリ(MNP)容量(256)が形成される。上述のように堆積させたゲート電極層(255)は、容量(256)の底部プレートを形成する。プロセスのこの点において、VRGMOSFETのマスクがはずされ、容量誘電体として働くシリコン窒化物層(258)が領域(257)中のゲート電極層(255)上に形成される。シリコン窒化物は二酸化シリコンより大きな誘電率を持つため、同じ誘電体の厚さに対し、より大きな容量値が得られる。しかし、任意の誘電体材料が容量誘電体として使用できる。導電層(259)をシリコン窒化物層(258)上に形成する。ポリ−酸化物−ポリ容量を形成するために、導電層(259)は少くとも約1×1020cm−3のドーピング濃度でドープしたポリシリコンである。金属−窒化物−ポリ容量を形成するために、導電層(259)は金属材料で形成する。導電層(259)の堆積に続いて、その上に別の窒化物層(260)を堆積させるのが望ましいが、必要ではない。
図1Pに示されるように、MOSFETゲート電極層(255)がパターン形成され、ゲート(265)と呼ばれる。同様に、容量(256)の底部プレート(すなわちゲート電極層(255))もパターン形成され、底部容量プレート(266)と呼ばれる。MOSFETゲートを容量に接続することが必要な回路構成において、導電性材料がMOSFETゲートと底部容量プレートの橋渡しをする導電性材料がそのまま残るように、ゲート電極はパターン形成されない。もし必要なら、図示されるように、シリコン窒化物層(260)中に窓(267)がエッチングされ、一般に上部容量プレート(259)と呼ばれる下の金属又はポリシリコン層への接続を作る。MOSFETゲート(265)及び底部容量プレート(266)の構成は、主として設計の選択事項である。しかし、ゲート(265)は結晶半導体材料(230)のゲート酸化物が形成される部分を囲むことに注意する必要がある。一実施例において、底部容量プレート(266)は図1Pには示されていない三次元的なそれへの接続ができるような構成にできる。
本発明の更に別の実施例では、プロセスのこの時点において、絶縁層(210)及び(220)からの固相拡散により、結晶半導体材料(230)中にドーパントが追いやられ、MOSFETデバイスのソース/ドレイン延長部(232)及び(233)を形成する。
(図示されていない)更に別の実施例では、結晶半導体材料(230)(図1E参照)の最上部(231)が研磨され、最上部(231)が絶縁層(220)の最上部表面と同一面になるようにする。化学機械研磨のような手段が適当と考えられ、図1Eに示される結晶半導体材料(230)の形成直後に行うことができる。最上部分(231)を研磨することにより、ドレイン延長部(233)を形成するための絶縁層(220)から結晶半導体材料(230)中への拡散が、より良く制御できるようになる。
更に別の実施例において、アンドープ二酸化シリコンの薄い層(たとえば約25nmの厚さ)を、ソース領域(205)上に形成する。図1Eを参照すると、(図示されていない)薄い層は絶縁層(210)(ドーパント源)から下方にソース領域(205)を貫き、次に結晶半導体材料(230)中へ上方に向う好ましくない固相拡散に対する障壁として働く。
垂直MOSFETデバイスの作製とともに、ポリシリコン−酸化物−ポリシリコン(POP)容量を形成することも、可能である。POP容量に用いる領域は、集積回路上に作製された従来の容量より、著しく小さい。又、本発明の指針に従って作製されるPOP容量の場合、チップ面積に対する容量表面積の比は、上述のMNP又はPNP容量の場合の同じ比より、一般に大きい。ここで述べた垂直置換ゲートMOSFETと同様、POP容量により、回路密度はより高くなる。
VRGMOSFET及びポリシリコン−酸化物−ポリシリコン容量を作製するプロセスの実施例を、図2Aないし2Vを参照しながら説明する。ここで述べる各種半導体構造及び領域は、シリコンから成るのが好ましいが、当業者には他の半導体材料(化合物又はヘテロ接合半導体を含む)単独又は組合に基く本発明の他の実施例も知られている。本発明の特許請求の範囲は、POP容量に隣接したMOSFETの作製に限定していないが、図2Aないし2Vを参照すると、垂直MOSFETの作製が図の左の部分に、容量の作製が図の右の部分に示されている。
図2Aを参照すると、高ドープソース領域(305)が好ましくは<100>結晶方向をもつシリコン基板(300)の主表面(306)に沿って、形成されている。垂直MOSFETのこの実施例において、デバイスのソース領域はシリコン基板中に形成され、ドレイン領域は以下で説明するように、その後形成される垂直チャネルの最上部に形成される。別の実施例において、ドレイン領域は基板中に形成され、ソース領域は垂直チャネルの最上部に形成される。先の実施例が、この説明の対象である。しかし、ここでの説明から、当業者はドレイン領域がシリコン基板中に形成され、ソース領域がその後形成される垂直チャネル上に形成されるデバイスを容易に形成できる。
高ドープソース領域(305)の深さ、その中の濃度及びドーパントの形(たとえばn形又はp形)は、すべて設計上の選択事項である。ドーパントがリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)又はホウ素(B)であるソース領域(305)の例では、ドーパント濃度は約1×1019原子/cmないし約5×1020/cmの範囲である。約300nm以下のソース領域(305)及び基板(300)の深さが、適当と考えられる。
図2Bにおいて、材料の5つの層(310)、(311)、(315)、(316)及び(320)が、シリコン基板(300)中のソース領域(305)上に形成される。絶縁層(310)はソース領域(305)を最終的にゲート電極となるものから、電気的に分離する。従って、絶縁層(310)はこの絶縁目的と一致する材料と厚さを持つ。適当な材料の例には、ドープされた二酸化シリコンが含まれる。ドープされた絶縁層を用いることは、ある種の実施例では、絶縁層(310)がドーパントソースとして働き、以下で述べるように、固相拡散プロセスを通して、デバイスのチャネル領域内にソース/ドレイン延長領域を形成するため、有利である。シリコン酸化物ドーピング源の一例は、PSG(リン−シリケートガラス、すなわちリンドープシリコン酸化物)又はBSG(ボロ−シリケートガラス、すなわちホウ素ドープシリコン酸化物)である。当業者はたとえばプラズマ促進化学気相堆積(PECVD)のような基板上にPSG又はBSGの層を形成する適当な手段に気づく。絶縁層(310)の適当な厚さは、約25nmないし約350nmの範囲である。
エッチ停止層(311)を絶縁層(310)上に形成する。当業者には周知のように、エッチ停止はエッチング手段が、下又は上の層又は複数の層に進むのを防止するように、設計される。従って、エッチ停止は除去すべき隣接した層又は複数の層より、選択されたエッチャントに対し、著しく大きなエッチング抵抗をもつ。特にこの場合、選択されたエッチャントに対し、エッチ停止層(311)のエッチング速度は、以下で述べるように、犠牲層である上の層(315)のエッチング速度より、はるかに遅い。当業者は、エッチ停止層の材料の選択は、上/下の層をエッチングするために用いる具体的なエッチング手段によって決ることに気づく。上の層がアンドープ二酸化シリコン(たとえば、テトラエチレンオルトシリケート(TEOS)から形成した二酸化シリコン)である本発明のプロセスにおいて、アンドープ二酸化シリコン用のエッチャントが、エッチ停止層(311)下の層に浸透するのを効果的に停止されるエッチ停止材料が選択される。シリコン窒化物(Si)が適当なエッチ停止材料と考えられる。エッチ停止材料層の厚さは、エッチングプロセスによって除去すべき材料の深さに対し、選択されたエッチャントに対するエッチ停止材料の抵抗にも依存する。すなわち、効果的なエッチ停止であるためには、除去すべき層のエッチングを行うのに必要な時間中に、エッチャントはエッチ停止層をつきぬけられない。
エッチ停止層(311)はまた、オフセットスペーサとしても働き、オフセットスペーサの厚さは、エッチ停止層(311)の厚さによって決る。本発明の説明において、オフセットスペーサはデバイスのゲートに対するソース/ドレイン延長部の接合及びチャネルの位置を制御する。特に、オフセットスペーサが存在すると、もしオフセットスペーサが存在しない場合延びるであろう距離より、ソース/ドレイン延長部がゲート下に延びるのを防止する。当業者はソース/ドレイン延長部がゲート下に更に延びると、デバイス特性に対して有害な影響が生じる可能性が高くなることに気づく。すなわち、ゲート/ソース及びゲート/ドレインの重なり容量が増す。当業者はまた、オフセットスペーサはソース/ドレイン延長部とゲート下のチャネル中に形成される反転層間の直列抵抗が、許容できないデバイス特性を生じるような直列抵抗となるほど厚くできないことも認識するであろう。エッチ停止層(311)は絶縁層(310)がドーパント源として働く時、絶縁層(310)と犠牲層(315)の間に存在することにより、オフセットスペーサ機能を果す。絶縁層(310)からのドーパントの与えられた垂直拡散距離に対し、ソース/ドレイン延長部とゲートの重なりの程度は、ドーパントの拡散速度の制御とともに、エッチ停止層(311)の厚さを通して、精密に制御できる。
犠牲層(315)をエッチ停止層(311)上に形成する。犠牲層(315)の材料はエッチ停止層(311)とは、選択されたエッチャントに対し著しく異なるエッチング抵抗を有する。具体的には、選択されたエッチャントに対し、犠牲層(315)の厚さは、エッチ停止層(311)のエッチング速度より、はるかに大きい。犠牲層(315)の厚さは、最終的なデバイスのゲート長に対応するように選択され、犠牲層(315)が除去されると、空いた空間にデバイスのゲートが形成される。二酸化シリコンは犠牲層(315)の適当な材料の例である。犠牲層(315)はTEOSプロセスを通して、形成できる。
犠牲層(315)上にエッチ停止層(316)を形成する。エッチ停止層(316)はエッチ停止層(311)と同じ機能を果す。従って、エッチ停止層(311)の材料及び厚さの選択をするための考えは、エッチ停止層(316)の材料及び厚さの選択にもあてはまる。
エッチ停止層(316)上に絶縁層(320)を形成する。もし絶縁層(320)が絶縁層(310)と(選択されたエッチャント中で)同じエッチング速度をもつなら、有利である。事実、プロセス効率の点から、絶縁層(310)の材料が、絶縁層(320)と同じ材料なら、有利である。絶縁層(320)がドーパント源としても働く実施例において、絶縁層(320)はPSG又はBSGである。
図2Cを参照すると、開口、窓又は溝(325)及び(326)が、絶縁層(310)、エッチ停止層(311)、犠牲層(315)、エッチ停止層(316)及び絶縁層(320)を貫いて下方に、ソース領域(305)までエッチングされている。図2Cの断面中の窓の水平方向の大きさは、所望のデバイス特性、作製中のデバイスの寸法的な制約及び窓(325)及び(326)を形成するために用いるリソグラフィプロセスの制約によって決る。窓(325)及び(326)の長さ、すなわち図2Cの断面の水平及び垂直方向の大きさの両方に垂直な長さは、主として設計上の選択事項である。与えられた水平方向の大きさに対し、窓(325)中に後に形成すべきチャネルの電流容量は、窓長が増すとともに増加する。窓(326)の大きさは、所望の容量値で決る。
次に、窓(325)及び(326)の底部におけるシリコンを清浄化するために、窓(325)及び(326)を化学浄化プロセス(たとえばRCA又はピラニア浄化)で処理する。この清浄化プロセスの結果、窓(325)及び(326)と境界を形成する絶縁層(310)及び(320)のわずかな部分が除去される。生じた部分が図2Dに示されている。図示されるように、犠牲層(315)、及びエッチ停止層(311)及び(316)は絶縁層(310)及び(320)の端部を越えて延びる。
図2Eを参照すると、TEOS層(327)が構造全体上に堆積している。容量領域はマスクがはずされ、TEOS層(327)は(たとえば従来のエッチングにより)構造の左側に示されたMOSFET領域から除去される
図2Fに示されるように、窓(325)は最上部分(331)を含み、結晶半導体材料(330)(たとえばシリコン)で満されている。使用できる結晶半導体材料の他の例には、シリコン−ゲルマニウム及びシリコン−ゲルマニウム−カーボンが含まれる。結晶半導体材料(330)はアンドープ又は低濃度ドープ状態で形成してよく、後に行われるドーピングプロセスで完成する。結晶半導体材料を窓内に形成する技術は、当業者には良く知られている。たとえば、結晶半導体材料はデバイス級シリコン材料を形成するため、ソース領域(305)からエピタキシャル成長により、窓(325)内に形成できる。別の実施例において、アモルファスシリコンは基板(300)全体上に堆積でき、結晶半導体材料(330)及び最上部分(331)を除いて、全て除去される。次に、アモルファス半導体材料は再結晶化させるため、アニールする。更に別の実施例において、結晶半導体材料の形成直後、露出された表面の化学/機械研磨により、除去される。
窓(325)中に形成される結晶半導体材料(330)は、ソース及びドレイン延長部とともにデバイスチャネルを形成するために、ドープしなければならない。チャネルを形成するために、1つの形(すなわち、n形又はp形)のドーパントが結晶半導体材料(330)中に導入される。結晶半導体材料(330)をドープするために、各種の技術が適当と考えられる。結晶半導体材料(330)の形成中に同時にドーピングすること、あるいは形成後結晶半導体材料(330)中にドーパントをイオン注入することが、適当なプロセスと考えられる。ソース/ドレイン延長部を形成するために、ソース領域(335)から結晶半導体材料(330)の底部中に、ドーパントは拡散でき、あるいはドープされた絶縁層(310)及び(320)のような隣接したドープ層から固相拡散により、それらは形成できる。上述のように、固相拡散工程は本発明に従い作製プロセスのいくつかの異なる点で行うことができる。
好ましくは、結晶半導体材料(330)がドープされ、所望のようにその中にドーパントが分布した後、デバイスは結晶半導体材料(330)中のドーパント分布に著しい影響を及ぼす条件下に置くべきでない。従って、この工程後、この方式では基板は1100℃を越える温度に露出されない。事実、プロセスのこの点以後、基板が1000℃を越える温度に露出されないなら、有利である。ある種の実施例では、時間を延ばして(たとえば数分以上)、900℃を越える温度に露出されない。しかし、結晶半導体材料(330)中のドーパントの分布に悪影響を及ぼすことなく、(約1000℃の温度で)基板は急速熱アニールすることができる。
次のいくつかの作製工程は、POP容量の作製に焦点を絞る。しかし、当業者にはこれらの作製工程はVRG作製プロセス中の他の点に入れても良いことがわかる。図2Gに示されるように、TEOS層(327)はマスク及びエッチング工程により除去され、ドープされたポリシリコン層(332)が窓(326)を含む構造上に形成される。MOSFETの領域中で、ドープされたポリシリコンはデバイスのソース又はドレイン領域を形成し、POP容量の領域中では、ポリシリコン層(332)は容量の1つのプレートを形成する。より一般的には、層(332)は導電性でなくてはならず、金属又は金属を含む材料を、ドープされたポリシリコンの代りに、層(332)の材料として用いてよい。
図2Hに示された作製工程において、二酸化シリコン(333)の層を、多結晶層(332)上に適合させて堆積させる。図2Iを参照すると、ドープされたポリシリコン層(334)を容量窓(326)中の残った空孔を満すことを含め、構造全体上に堆積させる。化学−機械研磨工程の後、構造は図2Jのようになり、ポリシリコン層(332)及び(334)間に配置された酸化物層は、窓(326)内に、ポリシリコン−酸化物−ポリシリコン(POP)容量を形成する。この点の後、MOSFET用の結晶半導体材料(330)は窓(325)内に残る。
MOSFETはマスクされ、図2Kに示されるように、ポリシリコン層(332)及び(334)を短絡させる可能性のある追加すべき作製工程から、POP容量を分離するために、容量窓(326)上にシリコン窒化物(335)の層を堆積させる。容量プレートへ接続するため、シリコン窒化物層(335)中に、後にビアホールが形成される。ポリシリコン層(331)はPOP容量の第2のプレートを形成し、図2Kの断面外で、三次元的に接続してもよい。POP容量は半導体基板(300)の溝内に形成されるため、容量が占めるチップ面積に対する容量の表面積の比は、上述のMNP又はPNP容量及び従来技術の集積回路容量の場合のこの比より、はるかに大きい。従って、面積利用の点で、POP容量はより効率のよいデバイスである。
作製プロセスの例のこの点で、図2Lで始るVRGMOSFETデバイスに、プロセスは戻る。POP容量は以下のVRGMOSFETプロセス工程により影響を受けないように、マスクされる。絶縁層(320)上に適合ドレイン層(336)が形成される。ドレイン層(336)は自己整合最上部接触(この実施例ではドレイン接触)を形成する。ドレイン層(336)の適当な材料の一例は、ドープされた多結晶シリコンである。選択されるドーパントは、シリコンチャネルをドープするために用いられるものとは、相対する形である。ドレイン層(336)の中のドーパントの濃度は、約1×1020原子/cm以上である。
更に図2Lに示されるように、適合層(337)をドレイン層(336)上に堆積させる。層(337)に選択される材料は、犠牲層(315)を除去するために選択されたエッチャントに対して、犠牲層(315)のエッチング速度より著しく遅いエッチング速度を有する。層(337)に選択された材料が、エッチ停止層(311)及び(316)の材料と同じであると有利である。適当な材料の一例は、シリコン窒化物である。
図2Mに示されるように、従来のリソグラフィ技術を用いて、ドレイン層(336)、層(337)及び絶縁層(320)が(1ないし複数のエッチング工程を用いて)パターン形成され、結晶半導体材料(330)上又は隣接した部分のみが残るようにする。
一実施例において、ソース/ドレイン延長部(332)及び(333)を形成するために、プロセスのこの点で、固相拡散工程が行われる。
図2Nに示されるように、次に適合層(340)を構造のMOSFET領域上に堆積させる。層(340)の材料は、犠牲層(315)を除去するために選択されたエッチャント中で、犠牲層(315)のエッチング速度より、著しく遅いエッチング速度を持つように選択される。層(340)の適当な材料は、シリコン窒化物である。層(340)の厚さは、ドレイン層(336)、層(337)及び絶縁層(320)の残った部分が、その後のエッチャントと接触しないように、選択される。
次に、ドライプラズマエッチのような非等方性エッチングを用いて、層(340)をエッチングする。このエッチングはエッチ停止層(316)の一部も除去する。当業者には周知のように、非等方性エッチングは材料を垂直にエッチングするが、表面に沿って横方向にはエッチングしない。図2Oに示されるように、非等方性エッチ後に残っている層(340)の部分のみが、絶縁層(320)及びドレイン層の積層と層(337)に横方向に隣接した部分である。ここで犠牲層(315)が露出され、垂直方向の大きさも幾分減少している。
次にPOP容量領域からマスクを除去し、基板全体を湿式エッチ(たとえばフッ化水素酸水溶液)するか、非等方的なドライエッチ(たとえば無水フッ化水素酸)する。これにより、MOSFET領域及びPOP容量領域の両方の中の犠牲層(315)の残った部分が除去される。結果が図2Pに示されている。絶縁層(310)はなおエッチ停止層(311)により被覆され、エッチ停止層(316)の露出された部分及び層(337)及び(340)は、絶縁層(320)及びドレイン層(336)を被覆し、これらの層がその後のエッチング手段と接触するのを分離するようにしている。また、エッチ停止層(316)はPOP容量領域中の上の絶縁層(320)を保護する。結晶半導体材料(330)の露出された部分は、犠牲層(315)の厚さに対応し、MOSFETデバイスの物理的なチャネル長を規定する。
POP容量領域は再びマスクされ、図2Qに示されるように、熱的に形成された二酸化シリコン(345)の犠牲層(345)が、MOSFET領域中の結晶半導体材料(330)の露出された表面上に成長されている。約10nmオーダー以下の二酸化シリコン犠牲層の厚さが、適当と考えられる。次に、従来の等方的エッチング(たとえば、フッ化水素酸水溶液)を用いて、二酸化シリコン犠牲層(345)を除去する(図2R参照)。二酸化シリコン犠牲層(345)の形成とその後の除去により、結晶半導体材料(330)の表面は平滑になり、側壁の欠陥のある程度は除去される。この工程は本発明には必要ではないが、もし結晶半導体材料(330)中に過度の欠陥があるなら、有利である可能性がある。エッチ停止層(311)及び(316)はこのプロセス工程中、手段が絶縁層(310)及び(320)に接触するのを防止する。
図2Sに示されるように、ゲート誘電体(350)(又はゲート酸化物)の層が、結晶半導体材料(330)の露出された表面上に形成される。適当な誘電体材料には、たとえば二酸化シリコン、シリコンオキシナイトライド、シリコン窒化物又は金属酸化物が含まれる。ゲート誘電体(350)の厚さは、約1nmないし約30nmである。適当な厚さの一例は、6nmである。一実施例において、二酸化シリコン層は基板を酸素を含む雰囲気中で、約700℃ないし約1000℃の範囲の温度に加熱することにより、形成する。ゲート誘電体を形成する他の手段には、化学気相堆積、ジェット気相堆積又は原子層堆積が含まれ、そのすべてが適当と考えられる。所望の厚さのゲート誘電体(350)を形成する条件は、当業者には良く知られている。
図2Tを参照すると、ゲート電極が十分適合性があり適当なゲート材料であるゲート電極層(355)を堆積することにより、形成される。ゲート電極層はたとえばドーパントが同時に導入され、次に多結晶シリコンを形成するために、再結晶化させるドープアモルファスシリコンの層である。上述のように、これは結晶半導体材料(330)中のドーパントプロフィルに著しい影響を及ぼさない条件を用いて、行わなければならない。適当なゲート電極材料には、多結晶シリコン、シリコン−ゲルマニウム及びシリコン−ゲルマニウム−カーボンが含まれる。適切な低い抵抗をもち、ゲート誘電体材料及び他の半導体プロセス工程と両立する金属及び金属を含む化合物も、ゲート電極材料として考えられる。CMOS用途の場合、ゲート材料は結晶半導体材料(330)の禁制帯のほぼ中央の仕事関数をもつと有利である。そのような金属の例には、チタン、チタン窒化物、タングステン、タングステンシリサイド、タンタル、タンタル窒化物及びモリブデンが含まれる。ゲート電極を形成する適当な手段には、化学気相堆積、電解メッキ及びその組合せが考えられる。
図2Tに示された構造に従うと、MOSFETゲートはゲート電極層(355)を通して、POP容量の1つのプレートに接続されている。ある種の回路構成ではこれは望ましいが、それがない場合、たとえば二酸化シリコントレンチのような絶縁層を、POP容量のポリシリコン層(332)に隣接したゲート電極層(355)の部分をMOSFETデバイスの隣接したゲート誘電体(350)から絶縁するために形成してよい。そのような溝(351)が図2Tに示されている。当業者はそのような溝を形成するプロセスを周知している。あるいは、MOSFETゲートとPOP容量プレートを橋渡ししているゲート電極層の部分は、パターン形成及びエッチングにより除去できる。
図2Uを参照すると、MOSFETデバイスのゲート(365)を形成するために、ゲート電極層(355)をパターン形成する(設計上の選択である)。POP容量領域(366)中のゲート電極層(355)は、基準特性をもつ。ゲート(365)は結晶半導体材料(330)とその上に形成されたゲート酸化物(350)を囲む。1つの容量プレートとして働くポリシリコンに接続するため、容量窒化物層(335)中に窓(379)がエッチングされる。他方の容量プレートを形成するポリシリコン層(382)には、シリコン窒化物層(316)及び(335)の両方に形成されたビアホール(371)を通して接続する。
図2Vは最終的なMOSFET及びPOP容量デバイスを示す。プロセスのこれより前で行われていなかったら、ソース/ドレイン延長部(332)とドレインを形成するために、絶縁層(310)及び(320)から固相拡散により、ここで結晶半導体材料(330)中にドーパントを追いやる。
本発明の更に別の実施例において、アンドープ二酸化シリコンの薄い層(たとえば約25nmの厚さ)を、ソース層(305)上に形成する。図2Eを参照すると、この層(図示されていない)は絶縁層(310)(ドーパント源)、ソース層(305)を貫いて下方へ、次に結晶半導体材料(330)中へ上方に向う望ましくない固相拡散に対する障壁として働く。
構成及びプロセスは集積回路、特に1ないし複数の垂直置換ゲートMOSFETを含む集積回路上に、各種容量構造を形成する場合について述べてきた。本発明の具体的な適用について述べてきたが、ここで述べた原理により、様々な方法で本発明を実施する基礎が得られ、III―V族化合物半導体及び他の半導体材料で形成される回路構造を含む各種の回路構造の基礎が得られる。実施例は垂直置換ゲートCMOSFETに関してであったが、多くの変形が考えられる。それらには垂直バイポーラトランジスタデバイス、ダイオード及びより一般的にはここで述べた容量構成と関連した拡散領域を含む構造が含まれる。ここで明確に指定しなかった他の構造も、本発明の視野からは離れない。本発明の視野は特許請求の範囲によってのみ限定される。
200 基板
205 ソース領域
206 主表面
210 層、絶縁層、犠牲層
211 層、エッチ停止層
215 層、犠牲層
216 層、エッチ停止層
220 層、絶縁層
221 上部部分(図中になし)
225 窓
230 結晶半導体材料、半導体材料
231 最上部
232 ソース延長部
233 ドレイン延長部
235 ドレイン層
236 層
240 層
245 二酸化シリコン
250 ゲート誘電体
255 ゲート電極層
256 容量
257 領域
258 シリコン窒化物層
259 導電層、上部容量プレート
260 窒化物層
265 ゲート
266 底部容量プレート
267 窓
300 基板
305 ソース領域
306 主表面
310 層、絶縁層
311 層、エッチ停止層
315 層、犠牲層
316 層、エッチ停止層
320 層、絶縁層
325 窓、溝
326 窓、溝
327 TEOS層
330 結晶半導体材料
331 最上部分
332 層、多結晶層
333 二酸化シリコン
334 ポリシリコン層
335 シリコン窒化物層、シリコン窒化物、ソース領域
336 ドレイン層
337 層
340 層
345 犠牲層
350 ゲート誘電体、ゲート酸化物
355 ゲート電極層
365 ゲート
366 領域
371 ビアホール
379 窓
382 ポリシリコン層

Claims (19)

  1. 半導体基板中に半導体デバイスのソース領域及びドレイン領域から成るグループから選択された第1のデバイス領域を形成する工程と、
    半導体基板中の第1のデバイス領域上に材料の少くとも3つの層を含む多層積層構造を形成する工程であって、第2の層が犠牲層であり第1及び第3の層の間にはさみ込まれ、第1の絶縁層が第1のデバイスに隣接する工程と、
    前記材料の少くとも3つの層中に第1及び第2の窓を形成する工程であって、前記第1及び第2の窓が第1のデバイス領域で終端する工程と、
    第1の窓内にドープされた半導体材料を形成し、それによって材料の少くとも3つの層中にドープされた半導体プラグが形成される工程であって、ドープされた導電体プラグが第1の端部と第2の端部を有し、第1の端部は第1のデバイス領域と接触する工程と、
    前記第2の窓内に第1の導電層を形成する工程と、
    前記第2の窓内の前記第1の導電層上に第1の絶縁層を形成する工程と、
    前記第1の導電層、前記第1の絶縁層及び前記第2の導電層が容量を形成するように、前記第2の窓内の前記第1の絶縁層上に第2の導電層を形成する工程と、
    ドープされた半導体プラグの第2の端部中に、ソース及びドレイン領域から成るグループから選択された第2のデバイス領域を形成する工程であって、第1及び第2のデバイス領域の1つは、ソース領域で、他方はドレイン領域である工程と、
    第2の犠牲層を選択的に除去し、それによってドープされた半導体プラグの一部が露出される工程と、
    第1の半導体プラグの露出された部分上に、ゲート誘電体材料を形成する工程と、
    ゲートをゲート誘電体材料に接触させる工程とを、前記半導体材料が前記第1の窓内に形成された後に前記容量が形成されるように順に行い、集積回路の作製プロセス。
  2. 第2の層はエッチャント中のエッチングにより除去され、第1層のエッチング速度、第2の層のエッチング速度及び第3の層のエッチング速度を特徴とし、第2の層のエッチング速度は第1の層のエッチング速度及び第3の層のエッチング速度の少くとも10倍速い請求項1記載のプロセス。
  3. エッチャントは等方性湿式エッチャント及び等方性ドライエッチャントから成るグループから選択される請求項2記載のプロセス。
  4. 第1の層及び第3の層の材料は、シリコン窒化物、二酸化シリコン及びドープ二酸化シリコンから成る類から選択された電気的に絶縁性の材料である請求項1記載のプロセス。
  5. 第1及び第3の層はドープされた二酸化シリコンを含み、プロセスは更に、ドープされた半導体プラグ中のドープされた延長領域を形成するために、第1の層及び第3の層からのドーパントでドープされた半導体プラグをドーピングする工程を含む請求項1記載のプロセス。
  6. ドープされた二酸化シリコン中のドーパントの形は、n形及びp形から成るグループから選択され、ドーパントの形はドープされた半導体プラグ中のドーパントの形と相対する請求項5記載のプロセス。
  7. 半導体プラグ材料は結晶半導体材料を含み、シリコン、シリコン−ゲルマニウム及びシリコン−ゲルマニウム−カーボンから成るグループから選択される請求項1記載のプロセス。
  8. 材料の第1の層、 材料の第2の層又は材料の第1及び第2の層の両方の上に、エッチ停止層を形成する工程を更に含む請求項1記載のプロセス。
  9. 材料の少くとも3つの層が上に形成される前に、第1のデバイス領域上に拡散障壁を形成する工程を更に含む請求項1記載のプロセス。
  10. ゲートはドープ多結晶シリコン、ドープアモルファスシリコン、ドープ多結晶シリコン−ゲルマニウム、ドープアモルファスシリコン−ゲルマニウム、ドープ多結晶シリコン−ゲルマニウム−カーボン、ドープアモルファスシリコン−ゲルマニウム−カーボン、金属及び金属を含む化合物から成るグループから選択された材料で形成される請求項1記載のプロセス。
  11. ゲートは第1及び第2の部分を含み、第1の部分はそれがゲート誘電体に隣接するように、第1の窓の領域中の第2の層を除去することによって生じた領域中に形成され、第2の部分はそれが第2の窓中の第1の導電層に隣接するように、第2の窓中の第2の層を除去することによって生じた領域中に形成され、ゲート誘電体材料は容量のプレートに電気的に接続されるようにする請求項1記載のプロセス。
  12. ゲート誘電体材料を容量から分離するために、ゲートの第1及び第2の部分間に絶縁層を形成する工程を更に含む請求項11記載のプロセス。
  13. 第2の窓内に形成される第1及び第2の導電層は、ドープ多結晶シリコン、ドープアモルファスシリコン、ドープ多結晶シリコン−ゲルマニウム、ドープアモルファスシリコン−ゲルマニウム、ドープ多結晶シリコン−ゲルマニウム−カーボン、ドープアモルファスシリコン−ゲルマニウム−カーボン、金属及び金属を含む化合物から成るグループから選択された材料で形成される請求項1記載のプロセス。
  14. 第1の誘電体層は二酸化シリコン及びシリコン窒化物から成るグループから選択された材料を含む請求項1記載のプロセス。
  15. 平面に沿って形成された主表面を有する半導体層と、
    表面の第1の領域中の第1の伝導形の第1のドープ領域と、
    前記第1のドープ領域に延びる窓をその中に有する前記第1のドープ領域上の複数の層と、前記複数の層が、第1及び第3の絶縁層及び前記第1及び第3の絶縁層の間に挟み込まれた第2の犠牲層を含み
    窓中の第2の伝導形の第2のドープ領域と、
    前記第2のドープ領域上に接触する第1の伝導形の第3のドープ領域と、
    前記第2のドープ領域に隣接する酸化物層と、前記第2のドープ領域上の前記酸化物層の長さと配置が前記第2の犠牲層の厚さにより規定され
    表面の第2の領域内の第2の窓中で、前記酸化物層と接触する第1の導電層の第1の部分と、
    前記第2の窓の内部表面と適合した前記第1の導電層の第2の部分と、
    前記第1の導電層の前記第2の部分上の適合する誘電体層と、
    第2の導電層、前記第1の誘電体層及び前記第1の導電層の第2の部分が容量を構成するように形成された前記誘電体層上の前記第2の導電層と、
    を含む集積回路構造。
  16. 第1の導電層の第1の部分はMOSFETのゲートを構成し、第1の導電層の第2の部分は容量プレートを構成する請求項15記載の集積回路構造。
  17. 第1の導電層の材料はドープ多結晶シリコン、ドープアモルファスシリコン、ドープシリコン−ゲルマニウム、ドープシリコン−ゲルマニウム−カーボン、金属及び金属化合物から成るグループから選択される請求項15記載の集積回路構造。
  18. 誘電層を形成する材料は、二酸化シリコン及びシリコン窒化物から選択される請求項15記載の集積回路構造。
  19. 第1の導電層の第1及び第2の部分間にはさまれた絶縁材料を更に含む請求項15記載の集積回路構造。
JP2010004696A 2001-09-18 2010-01-13 垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法 Expired - Fee Related JP5274490B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/956,381 US20030052365A1 (en) 2001-09-18 2001-09-18 Structure and fabrication method for capacitors integratible with vertical replacement gate transistors
US09/956381 2001-09-18

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002269987A Division JP2003163281A (ja) 2001-09-18 2002-09-17 垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010157742A JP2010157742A (ja) 2010-07-15
JP5274490B2 true JP5274490B2 (ja) 2013-08-28

Family

ID=25498164

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002269987A Pending JP2003163281A (ja) 2001-09-18 2002-09-17 垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法
JP2010004696A Expired - Fee Related JP5274490B2 (ja) 2001-09-18 2010-01-13 垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002269987A Pending JP2003163281A (ja) 2001-09-18 2002-09-17 垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法

Country Status (5)

Country Link
US (6) US20030052365A1 (ja)
JP (2) JP2003163281A (ja)
KR (1) KR100898265B1 (ja)
GB (1) GB2381124B (ja)
TW (1) TW560065B (ja)

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6773994B2 (en) * 2001-12-26 2004-08-10 Agere Systems Inc. CMOS vertical replacement gate (VRG) transistors
US7439595B2 (en) * 2004-11-30 2008-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field effect transistor having vertical channel structure
US7326611B2 (en) * 2005-02-03 2008-02-05 Micron Technology, Inc. DRAM arrays, vertical transistor structures and methods of forming transistor structures and DRAM arrays
JP2006310651A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
KR101513406B1 (ko) 2006-09-29 2015-04-17 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크. 적외선 감지 및 표시를 위한 방법 및 장치
WO2009110050A1 (ja) * 2008-02-15 2009-09-11 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP2010016089A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Nec Electronics Corp 電界効果トランジスタ、その製造方法、及び半導体装置
US8125051B2 (en) * 2008-07-03 2012-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Device layout for gate last process
US8368136B2 (en) * 2008-07-03 2013-02-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrating a capacitor in a metal gate last process
US7936009B2 (en) * 2008-07-09 2011-05-03 Fairchild Semiconductor Corporation Shielded gate trench FET with an inter-electrode dielectric having a low-k dielectric therein
US8237227B2 (en) 2008-08-29 2012-08-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Dummy gate structure for gate last process
JP5376916B2 (ja) * 2008-11-26 2013-12-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
TWI428844B (zh) 2009-07-10 2014-03-01 Univ Chung Hua 神經刺激及反應監控之裝置及其系統以及該裝置之製備方法
US8178400B2 (en) * 2009-09-28 2012-05-15 International Business Machines Corporation Replacement spacer for tunnel FETs
US8043884B1 (en) * 2010-05-24 2011-10-25 Nanya Technology Corporation Methods of seamless gap filling
EP2577747B1 (en) 2010-05-24 2018-10-17 University of Florida Research Foundation, Inc. Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device
US8258031B2 (en) 2010-06-15 2012-09-04 International Business Machines Corporation Fabrication of a vertical heterojunction tunnel-FET
AU2012299422A1 (en) 2011-02-28 2013-09-12 Nanoholdings, Llc Photodetector and upconversion device with gain (EC)
RU2014102650A (ru) 2011-06-30 2015-08-10 Юниверсити Оф Флорида Рисеч Фаундэйшн, Инк. Усиливающий инфракрасный фотодетектор и его применение для обнаружения ик-излучения
FR2980915A1 (fr) * 2011-09-30 2013-04-05 St Microelectronics Crolles 2 Procede de fabrication de capacites dans un circuit integre
US9406793B2 (en) 2014-07-03 2016-08-02 Broadcom Corporation Semiconductor device with a vertical channel formed through a plurality of semiconductor layers
EP3308113A4 (en) 2015-06-11 2019-03-20 University of Florida Research Foundation, Incorporated MONODISPERSED IR ABSORPTION NANOPARTICLES AND METHODS AND DEVICES THEREOF
US9490252B1 (en) 2015-08-05 2016-11-08 International Business Machines Corporation MIM capacitor formation in RMG module
JP6538598B2 (ja) * 2016-03-16 2019-07-03 株式会社東芝 トランジスタ及び半導体記憶装置
US9530866B1 (en) 2016-04-13 2016-12-27 Globalfoundries Inc. Methods of forming vertical transistor devices with self-aligned top source/drain conductive contacts
US9799751B1 (en) 2016-04-19 2017-10-24 Globalfoundries Inc. Methods of forming a gate structure on a vertical transistor device
US9954109B2 (en) * 2016-05-05 2018-04-24 International Business Machines Corporation Vertical transistor including controlled gate length and a self-aligned junction
US9640636B1 (en) 2016-06-02 2017-05-02 Globalfoundries Inc. Methods of forming replacement gate structures and bottom and top source/drain regions on a vertical transistor device
US10170616B2 (en) 2016-09-19 2019-01-01 Globalfoundries Inc. Methods of forming a vertical transistor device
US10347745B2 (en) 2016-09-19 2019-07-09 Globalfoundries Inc. Methods of forming bottom and top source/drain regions on a vertical transistor device
US9882025B1 (en) 2016-09-30 2018-01-30 Globalfoundries Inc. Methods of simultaneously forming bottom and top spacers on a vertical transistor device
US10535652B2 (en) * 2016-10-27 2020-01-14 International Business Machines Corporation Fabrication of vertical fin field effect transistors having top air spacers and a self-aligned top junction
US9966456B1 (en) 2016-11-08 2018-05-08 Globalfoundries Inc. Methods of forming gate electrodes on a vertical transistor device
US9935018B1 (en) 2017-02-17 2018-04-03 Globalfoundries Inc. Methods of forming vertical transistor devices with different effective gate lengths
US10229999B2 (en) 2017-02-28 2019-03-12 Globalfoundries Inc. Methods of forming upper source/drain regions on a vertical transistor device
US10014370B1 (en) 2017-04-19 2018-07-03 Globalfoundries Inc. Air gap adjacent a bottom source/drain region of vertical transistor device
US10157915B1 (en) 2017-10-25 2018-12-18 Texas Instruments Incorporated Capacitor with improved voltage coefficients
US10177215B1 (en) 2017-10-25 2019-01-08 Texas Instruments Incorporated Analog capacitor on submicron pitch metal level
US10600778B2 (en) 2017-11-16 2020-03-24 International Business Machines Corporation Method and apparatus of forming high voltage varactor and vertical transistor on a substrate
US11239342B2 (en) 2018-06-28 2022-02-01 International Business Machines Corporation Vertical transistors having improved control of top source or drain junctions
CN111326509B (zh) * 2020-03-03 2023-06-30 中国科学院微电子研究所 包括电容器的半导体装置及其制造方法及电子设备
CN116646381A (zh) * 2023-07-27 2023-08-25 深圳市冠禹半导体有限公司 一种高效能的sgtmosfet器件及其制备方法

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6021294B2 (ja) * 1979-03-07 1985-05-27 株式会社日立製作所 燃焼制御回路
US4366495A (en) * 1979-08-06 1982-12-28 Rca Corporation Vertical MOSFET with reduced turn-on resistance
US4455565A (en) 1980-02-22 1984-06-19 Rca Corporation Vertical MOSFET with an aligned gate electrode and aligned drain shield electrode
US4587713A (en) * 1984-02-22 1986-05-13 Rca Corporation Method for making vertical MOSFET with reduced bipolar effects
US4837606A (en) * 1984-02-22 1989-06-06 General Electric Company Vertical MOSFET with reduced bipolar effects
JPS6126261A (ja) * 1984-07-16 1986-02-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 縦形mos電界効果トランジスタの製造方法
US4786953A (en) * 1984-07-16 1988-11-22 Nippon Telegraph & Telephone Vertical MOSFET and method of manufacturing the same
JPS61179568A (ja) * 1984-12-29 1986-08-12 Fujitsu Ltd 半導体記憶装置の製造方法
JPS6317054A (ja) 1986-07-09 1988-01-25 Fuji Xerox Co Ltd インクジエツト記録装置
JPS63170954A (ja) * 1987-01-09 1988-07-14 Sony Corp 半導体記憶装置の製造方法
JPH01146355A (ja) * 1987-12-03 1989-06-08 Fujitsu Ltd Lsi用微細セル構造
US5342797A (en) * 1988-10-03 1994-08-30 National Semiconductor Corporation Method for forming a vertical power MOSFET having doped oxide side wall spacers
US5276343A (en) * 1990-04-21 1994-01-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory device having a bit line constituted by a semiconductor layer
FR2662733B1 (fr) 1990-06-05 1992-09-11 Rockwell Abs France Dispositif de surveillance de la fermeture des ouvrants d'un vehicule automobile.
US5612563A (en) * 1992-03-02 1997-03-18 Motorola Inc. Vertically stacked vertical transistors used to form vertical logic gate structures
US5208172A (en) * 1992-03-02 1993-05-04 Motorola, Inc. Method for forming a raised vertical transistor
JP2748072B2 (ja) * 1992-07-03 1998-05-06 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
US5340754A (en) * 1992-09-02 1994-08-23 Motorla, Inc. Method for forming a transistor having a dynamic connection between a substrate and a channel region
JP3403231B2 (ja) * 1993-05-12 2003-05-06 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP3745392B2 (ja) * 1994-05-26 2006-02-15 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置
US5576238A (en) * 1995-06-15 1996-11-19 United Microelectronics Corporation Process for fabricating static random access memory having stacked transistors
JPH098244A (ja) * 1995-06-20 1997-01-10 Yamaha Corp 半導体装置とその製造方法
US5668391A (en) * 1995-08-02 1997-09-16 Lg Semicon Co., Ltd. Vertical thin film transistor
US5683930A (en) * 1995-12-06 1997-11-04 Micron Technology Inc. SRAM cell employing substantially vertically elongated pull-up resistors and methods of making, and resistor constructions and methods of making
JPH09162367A (ja) * 1995-12-08 1997-06-20 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
DE19640273C1 (de) * 1996-09-30 1998-03-12 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung barrierenfreier Halbleiterspeicheranordnungen
JPH10112543A (ja) * 1996-10-04 1998-04-28 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体素子および半導体素子の製造方法
JP3087674B2 (ja) * 1997-02-04 2000-09-11 日本電気株式会社 縦型mosfetの製造方法
DE19711483C2 (de) * 1997-03-19 1999-01-07 Siemens Ag Vertikaler MOS-Transistor und Verfahren zu dessen Herstellung
US6297531B2 (en) * 1998-01-05 2001-10-02 International Business Machines Corporation High performance, low power vertical integrated CMOS devices
US6072216A (en) * 1998-05-01 2000-06-06 Siliconix Incorporated Vertical DMOS field effect transistor with conformal buried layer for reduced on-resistance
US6027975A (en) * 1998-08-28 2000-02-22 Lucent Technologies Inc. Process for fabricating vertical transistors
US6197641B1 (en) * 1998-08-28 2001-03-06 Lucent Technologies Inc. Process for fabricating vertical transistors
JP3413569B2 (ja) * 1998-09-16 2003-06-03 株式会社日立製作所 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
US6750495B1 (en) * 1999-05-12 2004-06-15 Agere Systems Inc. Damascene capacitors for integrated circuits
US6506643B1 (en) * 1999-06-11 2003-01-14 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method for forming a damascene FeRAM cell structure
EP1063697B1 (en) 1999-06-18 2003-03-12 Lucent Technologies Inc. A process for fabricating a CMOS integrated circuit having vertical transistors
US6518622B1 (en) * 2000-03-20 2003-02-11 Agere Systems Inc. Vertical replacement gate (VRG) MOSFET with a conductive layer adjacent a source/drain region and method of manufacture therefor
US6603168B1 (en) * 2000-04-20 2003-08-05 Agere Systems Inc. Vertical DRAM device with channel access transistor and stacked storage capacitor and associated method
US6429068B1 (en) * 2001-07-02 2002-08-06 International Business Machines Corporation Structure and method of fabricating embedded vertical DRAM arrays with silicided bitline and polysilicon interconnect
US6724031B1 (en) * 2003-01-13 2004-04-20 International Business Machines Corporation Method for preventing strap-to-strap punch through in vertical DRAMs

Also Published As

Publication number Publication date
US7491610B2 (en) 2009-02-17
TW560065B (en) 2003-11-01
US7633118B2 (en) 2009-12-15
US20070228440A1 (en) 2007-10-04
US7242056B2 (en) 2007-07-10
US7700432B2 (en) 2010-04-20
GB2381124A (en) 2003-04-23
US20030052365A1 (en) 2003-03-20
GB2381124B (en) 2005-04-20
JP2003163281A (ja) 2003-06-06
US20090130810A1 (en) 2009-05-21
US20070238243A1 (en) 2007-10-11
KR20030024566A (ko) 2003-03-26
US7911006B2 (en) 2011-03-22
US20040188737A1 (en) 2004-09-30
GB0214017D0 (en) 2002-07-31
JP2010157742A (ja) 2010-07-15
KR100898265B1 (ko) 2009-05-19
US20100044767A1 (en) 2010-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5274490B2 (ja) 垂直置換ゲートトランジスタと集積可能な容量の構造及び作製法
US6759730B2 (en) Bipolar junction transistor compatible with vertical replacement gate transistor
JP5220257B2 (ja) Cmos垂直置換ゲート(vrg)トランジスタ
US7033877B2 (en) Vertical replacement-gate junction field-effect transistor
KR100781580B1 (ko) 이중 구조 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조 방법
JP5179693B2 (ja) 垂直トランジスタを有する集積回路構造及び垂直トランジスタを有する半導体デバイスを製造する方法
KR100411674B1 (ko) 수직 트랜지스터를 갖는 씨엠오에스 집적 회로 및 이를제조하기 위한 방법
US6197641B1 (en) Process for fabricating vertical transistors
JP2000091578A (ja) 垂直トランジスタの作製プロセス
JPH07193155A (ja) バラクタおよび形成方法
US20220359745A1 (en) Semiconductor Device and Method
JP2007511907A (ja) 完全に量子井戸が空乏化した低出力のマルチチャネルcmosfet
TW202201505A (zh) 半導體元件及半導體方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120816

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20120926

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20121116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121203

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20121121

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130415

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130514

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees