JP5607400B2 - 半導体構造体の製造方法 - Google Patents

半導体構造体の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5607400B2
JP5607400B2 JP2010070091A JP2010070091A JP5607400B2 JP 5607400 B2 JP5607400 B2 JP 5607400B2 JP 2010070091 A JP2010070091 A JP 2010070091A JP 2010070091 A JP2010070091 A JP 2010070091A JP 5607400 B2 JP5607400 B2 JP 5607400B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
width
side pad
semiconductor structure
drain
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.)
Active
Application number
JP2010070091A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010245522A (ja
Inventor
デュレセティ・チダンバラオ
リディヤ・セカリック
ティモン・バーウィッチ
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.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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 International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JP2010245522A publication Critical patent/JP2010245522A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5607400B2 publication Critical patent/JP5607400B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • H01L29/0669Nanowires or nanotubes
    • H01L29/0673Nanowires or nanotubes oriented parallel to a substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/122Single quantum well structures
    • H01L29/125Quantum wire structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H01L29/42392Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor fully surrounding the channel, e.g. gate-all-around
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel

Description

本発明は、半導体デバイスに関し、特に、移動度が最適化された方位を有する半導体ナノワイヤ及びその製造方法に関する。
半導体ナノワイヤは、横断方向側部寸法(transverse lateral dimension)及び縦方向寸法がナノメートル(10−9メートル)又は数十ナノメートルのオーダーの半導体ワイヤのことを指す。典型的には、横断方向側部寸法及び縦方向寸法は20nm未満である。
側部寸法に対する制限は、横断方向側部寸法(幅)及び縦方向側部寸法(高さ)に適用される。半導体ナノワイヤの長手方向側部寸法(長さ)には制限はなく、例えば1nmから1mmまでとすることができる。半導体ナノワイヤの側部寸法が数十ナノメートル未満の場合、量子力学的効果が重要になってくる。それゆえ、半導体ナノワイヤは半導体量子ワイヤとも呼ばれる。
半導体ナノワイヤの横断方向側部寸法は、現在はサブリソグラフィとなっており、すなわち、単一露光によってパターン形成されたフォトレジストからの直接像転写によって印刷することはできない。2008年現在、限界寸法、すなわちリソグラフィ法によって印刷できる最小の印刷可能寸法は、約35nmである。限界寸法未満の寸法は、サブリソグラフィ寸法と呼ばれる。いつの時点でも、限界寸法、及びサブリソグラフィ寸法範囲は、半導体産業における最良利用可能なリソグラフィ・ツールによって規定される。一般に、限界寸法及びサブリソグラフィ寸法範囲は後継の技術ノードになるにつれて小さくなっていくものであり、半導体産業全体にわたって容認された製造基準によって確立される。
半導体ナノワイヤの断面がゲート誘電体及びゲート電極によって完全に包囲されていることによって、半導体ナノワイヤの長手方向に沿った電荷担体の制御の強化が可能となる。半導体ナノワイヤ・デバイスの方が、半導体ナノワイヤが完全に包囲されているので、フィン型電界効果トランジスタ(finFET)の場合よりも、ゲート電極による半導体ナノワイヤに沿った電荷の輸送がより良好に制御される。
高性能の相補型金属オン半導体(CMOS)回路のための、高いオン電流及び低いオフ電流を与える高性能のp型半導体ナノワイヤ・デバイス及びn型半導体ナノワイヤ・デバイスが所望される。
各々が半導体リンク部と2つの隣接するパット部とを含む原型の半導体構造体が、誘電体材料層上の半導体層をリソグラフィでパターン形成することによって形成される。半導体リンク部の側壁は、第1のタイプの半導体構造体の場合には正孔の移動度を最大化するように、第2のタイプの半導体の場合には電子の移動度を最大化するように方位を定められる。半導体構造体の酸化による薄化(thinning)によって、半導体リンク部の幅は、異なる結晶方位ごとに異なる速度で小さくされる。半導体リンク部の幅は、半導体リンク部の側壁上での異なる量の薄化の結果として、薄化後に得られる半導体ナノワイヤが目標とするサブリソグラフィ寸法となるように、予め決定される。異なる結晶面に対する異なる薄化速度を補償することによって、過剰な薄化又は不十分な薄化がなされることなく、最適なサブリソグラフィ幅を有する半導体ナノワイヤを異なる結晶方位に対して形成することができる。
本発明の1つの態様によれば、半導体構造体を形成する方法が提供され、この方法は、第1の半導体リンク部を含む第1の半導体構造体をパターン形成するステップであって、第1の半導体構造体が、第1の幅w1によって隔てられた、酸化雰囲気中で第1の酸化速度を有する第1の面方位を有する第1の側壁対を有する、ステップと、第2の半導体リンク部を含む第2の半導体構造体をパターン形成するステップであって、第2の半導体構造体が、第2の幅w2によって隔てられた、酸化雰囲気中で第2の酸化速度を有する第2の面方位を有する第2の側壁対を有する、ステップと、第3の幅w3を有する第1の半導体ナノワイヤを、第1の半導体リンクを薄化することによって形成するステップと、第4の幅w4を有する第2の半導体ナノワイヤを、第2の半導体リンクを薄化することによって形成するステップとを含み、第3の幅w3及び第4の幅w4はサブリソグラフィ寸法である。
1つの実施形態において、第1の幅w1と第3の幅w3との間の差の、第2の幅w2と第4の幅w4との間の差に対する比Rは、第1の酸化速度の第2の酸化速度に対する比と同一であり、すなわち、第1の幅w1及び第2の幅w2は、式(w1−w3)/(w2−w4)=Rによって定められ、ここで、Rは第1の酸化速度の第2の酸化速度に対する有効率を表す。Rの値は、酸化温度、半導体リンク部の寸法、及び第1及び第2の面方位の結晶方位の関数である。Rは、一般に、0.1と10との間の値を有する。Rの正確な値は、有限要素酸化シミュレーションのような当業者に公知の方法によって求めることができる。一例として、第1の面方位が[110]であり第2の面方位が[100]であり、両方の半導体リンク部がおよそ70nmの断面寸法を有する場合、Rの値は、800℃での水蒸気酸化に対して1.06となる。
本発明の別の態様によれば、半導体構造体は、第1の半導体構造体と第2の半導体構造体とを含む。第1の半導体構造体は、第1の半導体ナノワイヤと、第1のソース側パッドと、第1のドレイン側パッドとを含む第1の半導体構造体を含み、第1のソース側パッド及び第1のドレイン側パッドの各々は、第1の半導体ナノワイヤに隣接し、第2の導電性型のドーピングを有する半導体材料を含むものであり、第1の半導体ナノワイヤの中央部は、上記半導体材料を含み、第1の導電性型のドーピングを有し、第1の側壁対を有するものであり、第1の側壁対は、第1の面方位を有し、かつサブリソグラフィ幅で隔てられており、第2の導電性型は第1の導電性型の反対である。第2の半導体構造体は、第2の半導体ナノワイヤと、第2のソース側パッドと、第2のドレイン側パッドとを含み、第2のソース側パッド及び第2のドレイン側パッドの各々は、第2の半導体ナノワイヤに隣接し、第1の導電性型のドーピングを有する半導体材料を含むものであり、第2の半導体ナノワイヤは、上記半導体材料を含み、第2の導電性型のドーピングを有し、第2の側壁対を有するものであり、第2の側壁対は、第2の面方位を有し、かつ上記サブリソグラフィ幅の80%から125%の間のサブリソグラフィ幅で隔てられており、第2の面方位は第1の面方位とは異なる。
半導体・オン・インシュレータ(SOI)基板上にフォトレジストを塗布してパターン形成した後の例示的な半導体構造体の平面図である。 図1に対応するステップにおける平面B−B’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 図1に対応するステップにおける平面C−C’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 半導体リンク部及び半導体パッドをパターン形成した後の例示的な半導体構造体の平面図である。 図4に対応するステップにおける平面B−B’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 図4に対応するステップにおける平面C−C’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 絶縁体架台を形成した後の例示的な半導体構造体の平面図である。 図7に対応するステップにおける平面B−B’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 図7に対応するステップにおける平面C−C’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 半導体ナノワイヤを形成した後の例示的な半導体構造体の平面図である。 図10に対応するステップにおける平面B−B’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 図10に対応するステップにおける平面C−C’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 ゲート誘電体を形成した後の例示的な半導体構造体の平面図である。 図13に対応するステップにおける平面B−B’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 図13に対応するステップにおける平面C−C’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 ゲート電極を形成した後の例示的な半導体構造体の平面図である。 図16に対応するステップにおける平面B−B’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 図16に対応するステップにおける平面C−C’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 中間工程(MOL)誘電体層及びコンタクト・ビアを形成した後の例示的な半導体構造体の平面図である。中間工程(MOL)誘電体層80は、見やすくするために図19では省略されている。 図19に対応するステップにおける平面B−B’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。 図19に対応するステップにおける平面C−C’に沿った例示的な半導体構造体の縦断面図である。
上述のように、本発明は、移動度が最適化された方位を有する半導体ナノワイヤ、及びその製造方法に関するものであり、これらは、以下、添付の図面と共に詳細に説明される。同様の要素及び対応する要素は、同様の参照符号によって示されることに留意されたい。
ミラー指数に関して
Figure 0005607400

は、以降−1と記載する。
図1乃至図3を参照すると、本発明による例示的な半導体構造体は、ハンドル基板10と埋込絶縁体層20と上部半導体層28とを備えた半導体・オン・インシュレータ(SOI)基板を含む。上部半導体層28は半導体材料を含み、この半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム合金、シリコン炭素合金、シリコン−ゲルマニウム炭素合金、ガリウム砒素、インジウム砒素、燐化インジウム、III−V族化合物半導体材料、II−VI族化合物半導体材料、有機半導体材料、及び他の化合物半導体材料から選択することができるが、それらに限定されるものではない。1つの実施形態において、上部半導体層28は、単結晶シリコン又は単結晶シリコン−ゲルマニウム合金のようなSi含有半導体材料を含むことができる。
好ましくは、上部半導体層28内の半導体材料の全体が単結晶材料、すなわち全体を通してエピタキシャル原子配向を有するものである。この場合、上部半導体層28の上面の表面法線の結晶方位を、ここでは上部半導体層28の上面の面方位と呼ぶ。上部半導体層28の上面はいかなる結晶方位とすることもできるが、ミラー指数が低い主要な結晶方位が、上部半導体層の上面の面方位として典型的に選択される。本発明は、上部半導体層28の上面について[001]面方位を用いて例示されているが、他のいかなる面方位で[001]面方位を置き換えることもできる。上部半導体層28の上面のための面方位は、全ての利用可能な結晶方位の中で、正孔移動度又は電子移動度のうちのいずれかが少なくとも局所的に、好ましくは全体的に極大となる面方位のうちの1つであることが好ましい。上部半導体層28の厚さは10nmから200nmまでとすることができるが、それを下回る厚さ及び上回る厚さもまたここでは意図されている。
上部半導体層28は必要に応じて電気的ドーパントによってドープすることができる。例えば、第1のデバイス領域2を第1の導電性型のドーパントでドープし、第2のデバイス領域4を第1の導電性型とは反対の第2の導電性型のドーパントでドープすることができる。例えば、第1の導電性型をp型とし、第2の導電性型をn型とすることができ、
逆もまた同様である。上部半導体層28は、真性半導体として設けられてもよく、又はp型ドーピング若しくはn型ドーピングを有するものとして設けられてもよい。第1のデバイス領域2と第2のデバイス領域が適切なドーピングでドープされることを保証するために、イオン注入又はプラズマドーピングの際にパターン付けされたイオン注入マスクを使用することができる。典型的には、ドープされた領域におけるドーパント濃度は5.0×1014/cmから3.0×1017/cmまでの範囲内であるが、それを下回るドーパント濃度及び上回るドーパント濃度もまたここでは意図されている。ここで説明されている非限定的な例において、第1の導電性型はp型であり、第2の導電性型はn型であり、すなわち、第1のデバイス領域2はp型ドーパントでドープされ、第2のデバイス領域4はn型ドーパントでドープされる。
埋込絶縁体層20は、誘電体層、すなわち誘電体材料を含む層である。埋込絶縁体層20の誘電体材料は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、石英、セラミック材料、又はそれらの組合せとすることができる。埋込絶縁体層20の厚さは、50nmから1,000nmまでとすることができるが、それを下回る厚さ及び上回る厚さもまたここでは意図されている。ハンドル基板10は、半導体材料、絶縁体材料、又は導電性材料を含むことができる。場合によっては、ハンドル基板10及び埋込絶縁体層20は、同じ誘電体材料を含むものとすることができ、単一の一体化構造とすることができる。
フォトレジスト7が、上部半導体層28の上面に塗布され、これをリソグラフィによってパターン形成して、第1の形状及び第2の形状が形成される。第1の形状は第1のリンク形状を含み、これは、矩形の形状を有し、上から見ると一定の第1の幅w1を有する。第1の幅w1は、リソグラフィ寸法、すなわち単一のリソグラフィ露光によって印刷することができる寸法である。それゆえ、第1の幅w1は40nmより大きいが、リソグラフィ・ツールが将来的に改良されたときにはそれよりも小さい第1の幅w1を形成することができることが意図される。典型的には、第1の幅w1は限界寸法、すなわちリソグラフィで印刷できる最小寸法とされるか、又は限界寸法に近い寸法とされる。第1のリンク形状は、第1のリンク形状よりも広い幅を有する第1のパッド形状及び第2のパッド形状と横方向に隣接する。第1のリンク形状の長手方向は、水平であり、かつ第1の幅w1の方向に対して垂直であり、これをここでは第1の水平方向と呼ぶ。第1のリンク形状の幅方向は、第1の幅w1の方向であり、これをここでは第2の水平方向と呼ぶ。非限定的な例において、第1の水平方向を[110]結晶方位とすることができ、第2の水平方向を[−110]結晶方位とすることができる。
第2の形状は第2のリンク形状を含み、これは、矩形の形状を有し、上から見ると一定の第2の幅w2を有する。第2の幅w2はリソグラフィ寸法であり、典型的には、限界寸法又は限界寸法に近い寸法とされる。第2のリンク形状は、第2のリンク形状よりも広い幅を有する第3のパッド形状及び第4のパッド形状と横方向に隣接する。第2のリンク形状の長手方向は、水平であり、かつ第2の幅w2の方向に対して垂直であり、これをここでは第3の水平方向と呼ぶ。第3の水平方向は第1の水平方向とは異なる。第3の水平方向は第1の水平方向に対して非直交角を成すものとすることもでき、又は第1の水平方向に対して直交角を成すものとすることもできる。第2のリンク形状の幅方向は、第2の幅w2の方向であり、これをここでは第4の水平方向と呼ぶ。非限定的な例において、第3の水平方向を[100]結晶方位とすることができ、第4の水平方向を[010]結晶方位とすることができる。
好ましくは、第1の水平方向及び第3の水平方向は、上部半導体層28を構成する単結晶半導体層における全ての垂直面の中で、正孔移動度又は電子移動度が少なくとも局所極大となり、好ましくは極大となる垂直面を含むように選択される。上部半導体層28が、第1のデバイス領域2において第1の導電性型のドーパントでドープされ、第2のデバイス領域4において第2の導電性型のドーパントでドープされる場合、第1の水平方向は第2の導電性型の電荷キャリア(担体)の移動度を最大化するように選択され、第3の水平方向は第1の導電性型の電荷キャリアの移動度を最大化するように選択される。例えば、第1の導電性型がn型であり、第2の導電性型がp型である場合、第1の水平方向は正孔移動度を最大化する垂直結晶面を含むように選択することができ、第3の水平方向は電子移動度を最大化する垂直結晶面を含むように選択することができる。半導体材料が単結晶シリコンであり、上部半導体層28の上面が(001)面方位を有する場合、そのような要件は、[110]方向を第1の水平方向として選択し、[110]方向及び[001]方向を含む垂直面が(−110)面方位を有するようにすること、及び[100]方向を第3の水平方向として選択し、[100]方向及び[001]方向を含む垂直面が(010)面方位を有するようにすることによって満たすことができる。上部半導体層28は、導電性キャリア型(正孔又は電子)がゲート電極、ソース及びドレインのドーピングによって決定される場合には、必ずしもドープされる必要はない。
第1の幅w1及び第2の幅w2は、第2の水平方向及び第4の水平方向に垂直な上部半導体層28の半導体表面の酸化速度、並びに、この後で上部半導体層内に形成される半導体リンク部の薄化によって形成されることになる半導体ナノワイヤの目標幅が関与する式に基づいて、予め決定される。第1の幅w1及び第2の幅w2の決定は、フォトレジスト7のパターン形成に先立って行われるが、式は、この後で形成される構造体の寸法に基づいて記述される。この理由から、式については、後の加工ステップにおいて後述する。
図4乃至図6を参照すると、フォトレジスト7のパターンは、例えば異方性エッチングによって、上部半導体層28及び埋込絶縁層20の上部に転写される。すぐ下にある上部半導体層28及び埋込絶縁層20の上部の露光部分は、異方性エッチングによって除去される。上部半導体層28の残存部分は、第1のデバイス領域2の中に形成された第1の半導体構造体と、第2のデバイス領域4の中に形成された第2の半導体構造体とを含む。第1の半導体構造体は、第1の半導体リンク部30Cと、第1の半導体リンク部30Cの片側に横方向に当接した第1のソース側パッド30Aと、第1の半導体リンク部30Cの反対側に横方向に当接した第1のドレイン側パッド30Bとを含む。第2の半導体構造体は、第2の半導体リンク部50Cと、第2の半導体リンク部50Cの片側に横方向に当接した第2のソース側パッド50Aと、第2の半導体リンク部50Cの反対側に横方向に当接した第2のドレイン側パッド50Bとを含む。
第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)の露出した側壁は、フォトレジスト7の側壁に実質的に垂直方向に一致する。さらに、埋込絶縁体層20のパターン形成された部分の側壁は、フォトレジスト7の側壁及び第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)の側壁に実質的に垂直方向に一致する。フォトレジスト7は、その後、例えばアッシングによって除去される。
第1の半導体リンク部30Cは、第1の幅w1によって隔てられた、酸化雰囲気中で第1の酸化速度を有する第1の面方位を有する第1の側壁対を有する。第1の面方位は、第2の水平方位である。第2の半導体リンク部50Cは、第2の幅w2によって隔てられた、酸化雰囲気中で第2の酸化速度を有する第2の面方位を有する第2の側壁対を有するものである。第2の面方位は、第4の水平方位である。
第1の酸化速度及び第2の酸化速度は、予備酸化ビームの断面寸法、既に成長した酸化物の厚さ、酸化の温度、及び周囲気体の組成に依存する。一般に、第1の酸化速度及び第2の酸化速度は、温度、酸素含有量、酸化雰囲気の水分含有量、及び予備酸化寸法に応じて増大する。第1の酸化速度及び第2の酸化速度は、第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)の半導体材料、及び第1及び第2の面方位に依存する。
例えば、シリコンの(111)面に対する酸化速度は、典型的には、同一の酸化雰囲気において、シリコンの(100)面に対する酸化速度の1.01倍から1.68倍である。シリコンの(110)面に対する酸化速度は、典型的には、シリコンの(100)面に対する酸化速度の1.01倍から1.45倍である。したがって、第1の酸化速度と第2の酸化速度との比は、典型的には1.0に等しくないものとなり、主として、第1の半導体リンク部30Cの第1の側壁対の結晶方位、第2の半導体リンク部50Cの第2の側壁対の結晶方位、初期ビームの断面寸法の寸法、及び酸化温度の関数である。図示された例において、第1の側壁対の面方位は(−110)面方位であり、第2の側壁対の面方位は(010)面方位である。
第1の半導体構造体(30A、30B、30C)及び第2の半導体構造体(50A、50B、50C)の高さはここでは初期高さh0と呼ばれ、これは、上部半導体層28(図2及び図3参照)の厚さが均一であれば、全体にわたって均一となり得る。初期高さh0は、上部半導体層28の厚さと実質的に同一とすることができる。
図7乃至図9を参照すると、実質的に等方性のエッチングが、第1の半導体構造体(30A、30B、30C)及び第2の半導体構造体(50A、50B、50C)の半導体材料に対して選択的な埋込絶縁体層20の誘電体材料に対して行われる。第1の半導体構造体(30A、30B、30C)及び第2の半導体構造体(50A、50B、50C)は、実質的に等方性のエッチングのためのエッチングマスクとして利用される。実質的に等方性のエッチングは、湿式エッチング又は乾式エッチングとすることができる。エッチングが実質的に等方性なので、第1の半導体構造体(30A、30B、30C)及び第2の半導体構造体(50A、50B、50C)の縁部は、エッチングが進行するにつれてアンダーカットされる。エッチングは、少なくとも、埋込絶縁体層20のうち第1の半導体構造体(30A、30B、30C)及び第2の半導体構造体(50A、50B、50C)の直下に位置する部分が除去され、第1及び第2の半導体リンク部(30C、50C)が埋込絶縁体層20の残存部分の上に浮いた状態になるまで、行われる。換言すれば、第1及び第2の半導体リンク部(30C、50C)は、本明細書中ではエッチング後は誘電体材料層22と称される埋込絶縁体層20の残存部分との直接的な物理的接触部を有さない。
エッチングはまた、埋込絶縁体層20の誘電体材料を、第1のソース側パッド30A、第1のドレイン側パッド30B、第2のソース側パッド50A、及び第2のドレイン側パッド50Bの周縁部の下側からも除去する。埋込絶縁体層20の残存部分を含む第1の誘電体架台22Aが、第1のソース側パッド30Aの中心部の直下に形成される。同様に、第2の誘電体架台(ぺデスタル)22Bが第1のドレイン側パッド30Bの中心部の直下に形成され、第3の誘電体架台42Aが第2のソース側パッド50Aの中心部の直下に形成され、第4の誘電体架台42Bが第2のドレイン側パッド50Bの中心部の直下に形成される。第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)をエッチングマスクとして利用して、第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)の周縁部の下から誘電体材料がエッチングされるにつれて、絶縁体材料層である埋込絶縁体層20が第1及び第2の半導体リンク部(30C、50C)の下でアンダーカットされる。
第1及び第2の半導体リンク部(30C、50C)は、誘電体材料層22である埋込絶縁体層20の残存部分の上に浮いた状態となる。第1から第4の誘電体架台(22A、22B、42A、42B)は、誘電体材料層22から一体的に形成され、誘電体材料層22の部分である。第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)は、第1から第4の誘電体架台(22A、22B、42A、42B)を組み入れた誘電体材料層22に、第1のソース側パッド30A、第1のドレイン側パッド30B、第2のソース側パッド50A、及び第2のドレイン側パッド50Bの底面において接する。
図10乃至図12を参照すると、第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)は薄化され、すなわち、第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)の寸法が、例えば酸化によって小さくされる。詳細には、第1及び第2の半導体リンク(30C、50C)を含む第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)の露出された周縁部は、酸化によって酸化物材料部分に変換される。半導体酸化物材料は、その後、湿式エッチングのような等方性エッチングによって除去される。例えば、第1及び第2の半導体構造体(30A、30B、30C、50A、50B、50C)がシリコンを含む場合、半導体酸化物材料はシリコン酸化物となり得るので、これは、フッ化水素酸(HF)によって除去することができる。あるいは、等方性湿式エッチング又は等方性乾式エッチングを利用して、半導体材料の露出された外側部分を除去することによって第1及び第2の半導体構造体(30、50)を薄化することができる。
第1の半導体構造体(30A、30B、30C)の残存部分は、第1の薄化されたソース側パッド32A、第1の薄化されたドレイン側パッド32B、及び第1の半導体ナノワイヤ32Cを含む。第1の薄化されたソース側パッド32A及び第1の薄化されたドレイン側パッド32Bは、第1の半導体ナノワイヤ32Cに横方向で当接する。第2の半導体構造体(50A、50B、50C)の残存部分は、第2の薄化されたソース側パッド52A、第2の薄化されたドレイン側パッド52B、及び第1の半導体ナノワイヤ52Cを含む。第2の薄化されたソース側パッド52A及び第2の薄化されたドレイン側パッド52Bは、第2の半導体ナノワイヤ52Cに横方向で当接する。第1の薄化されたソース側パッド32A、第1の薄化されたドレイン側パッド32B、及び第1の半導体ナノワイヤ32Cはひとまとめにして、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)、すなわち薄化後の第1の半導体構造体と称される。第2の薄化されたソース側パッド52A、第2の薄化されたドレイン側パッド52B、及び第2の半導体ナノワイヤ52Cはひとまとめにして、薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)、すなわち薄化後の第2の半導体構造体と称される。
第1の半導体ナノワイヤ32Cは、第1の水平方向に対して垂直な平面において矩形の縦方向断面を有する。第1の半導体ナノワイヤ32Cの幅は、薄化で奥に引っ込んだ第1の側壁対の間の第2の水平方向における第1の半導体ナノワイヤ32Cの寸法であり、これをここでは、第3の幅w3と称する。第3の幅w3は、半導体材料が薄化プロセスの間に消費されるので、第1の幅w1よりも小さい。好ましくは、第3の幅w3はサブリソグラフィ寸法、すなわち、フォトレジストに対する単一のリソグラフィ露光によって印刷することができる最小寸法よりも小さい寸法である。典型的には、第3の幅w3は、1nmから20nmであるが、それを下回る寸法及び上回る寸法もまたここでは意図されている。好ましくは、第3の幅w3は、2nmから10nmである。
第2の半導体ナノワイヤ52Cは、第3の水平方向に対して垂直な平面において矩形の縦方向断面を有する。第2の半導体ナノワイヤ52Cの幅は、薄化で奥に引っ込んだ第2の側壁対の間の第4の水平方向における第2の半導体ナノワイヤ52Cの寸法であり、これをここでは、第4の幅w4と称する。第4の幅w4は、半導体材料が薄化プロセスの間に消費されるので、第2の幅w2よりも小さい。第4の幅w4はサブリソグラフィ寸法である。典型的には、第4の幅w4は、1nmから20nmであるが、それを下回る寸法及び上回る寸法もまたここでは意図されている。好ましくは、第4の幅w4は、2nmから10nmである。
上述のように、第1及び第3の水平方向は、最大正孔移動度又は最大電子移動度をもたらす垂直面を含むように選択することができる。第1の導電性型がn型であり、第2の導電性型がp型である場合、第1の側壁対は、第1の半導体ナノワイヤ32Cを構成する単結晶半導体材料における全ての垂直面の中で正孔移動度が最大となる垂直面に対して平行にすることができ、第2の側壁対は、第2の半導体ナノワイヤ52Cを構成する単結晶半導体材料における全ての垂直面の中で電子移動度が最大となる垂直面に対して平行である。非限定的な例において、第1及び第2の半導体ナノワイヤ(32C、52C)はシリコンを含有し、かつ(001)面方位を有する上面を有し、第1の側壁対は(−110)面方位を有し、第2の側壁対は(010)面方位を有する。
1つの実施形態において、第3の幅w3及び第4の幅w4は、所定の誤差限界又は所定の許容オフセット内で整合するものとすることができる。例えば、第4の幅w4は第3の幅w3の10%から1000%の間とすることができる。換言すれば、第3の幅w3及び第4の幅w4のうちの大きい方の、第3の幅w3及び第4の幅w4のうちの小さい方に対する比は、好ましくは1.0から10である。好ましい実施形態において、第3の幅w3及び第4の幅w4のうちの大きい方の、第3の幅w3及び第4の幅w4のうちの小さい方に対する比は、好ましくは1.0から1.68である。場合によっては、第3の幅w3は第4の幅w4と実質的に同一とすることができる。
薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)の全体及び薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の全体は、同じ厚さを有するものとすることができ、これを、ここでは薄化された厚さh1と呼ぶ。薄化された厚さh1は、初期厚さh0よりも小さい。初期厚さh0と薄化された厚さh1との差は、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)及び薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の半導体材料、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)及び薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の上面の結晶方位、及び薄化プロセスにおいて使用される酸化雰囲気によって、決まる。
図13乃至図15を参照すると、第1のゲート誘電体36が、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)の露出された面上に形成され、第2のゲート誘電体56が、薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の露出された面上に形成される。
ある場合には、第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56は、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)及び薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の外側部分を熱変換することによって形成される酸化シリコン又は窒化シリコンのような誘電体材料を含む。第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56を形成するために、熱酸化、熱窒化、プラズマ酸化、プラズマ窒化、又はそれらの組合せを使用することができる。この場合、第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56は、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)及び薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の表面上のみに形成される。第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56の厚さは、約0.8nmから約10nmとすることができ、典型的には約1.1nmから約6nmである。
別の場合には、第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56は、3.9、すなわち酸化シリコンの比誘電率よりも高い比誘電率を有する高k誘電体材料を含むことができる。高k誘電体材料は、金属及び酸素を含む誘電体金属酸化物を含むものとすることができる。好ましくは、高k材料の比誘電率は約4.0よりも高い。より好ましくは、高k誘電体材料の比誘電率は、約7.5である窒化シリコンの比誘電率よりも高い。さらになお好ましくは、高k誘電体材料の比誘電率は、8.0より高い。高k誘電体材料は当該分野において高kゲート誘電体材料としても知られており、これは、誘電体金属酸化物、その合金、及びそのシリケート合金を含む。例示的な高k誘電体材料は、HfO、ZrO、La、Al、TiO、SrTiO、LaAlO、Y、HfO、ZrO、La、Al、TiO、SrTiO、LaAlO、Y、それらのシリケート、及びそれらの合金を含む。xの各々の値は独立して約0.5から約3であり、yの各々の値は独立して0から約2である。随意的に、例えばシリコン酸化物などの界面層(図示せず)を、高k誘電体材料が堆積される前に化学酸化又は熱酸化によって形成することができる。この場合、第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56は、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)及び薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の上面及び側壁表面の全体、並びに第1から第4の誘電体架台(22A、22B、42A、42B)を含む誘電体材料層22の全ての露出された表面を被覆する単一の連続したゲート誘電体層として形成することができる。この場合、第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56の厚さは、約1nmから約6nmまでとすることができ、1nm又はそれ未満のオーダーの有効酸化物厚さを有することができる。
図16乃至図18を参照すると、第1のゲート電極38が、第1の半導体ナノワイヤ32C(図14参照)の中央部の上にそれを取り巻いて形成され、第2のゲート電極58が、第2の半導体ナノワイヤ52C(図15参照)の中央部の上にそれを取り巻いて形成される。第1及び第2のゲート電極(38、58)は、同じ材料又は異なる材料を含むものとすることができ、かつ、単一の堆積ステップ及び単一のリソグラフィ・パターン形成ステップによって同時に形成されるものとすることもでき、又は多重堆積ステップと少なくとも1つのリソグラフィ・パターン形成ステップとを使用して形成されるものとすることもできる。
第1のゲート電極38及び第2のゲート電極58は、ドープされた半導体材料、金属、金属合金、少なくとも1つの金属の導電性化合物、又はそれらの組合せといった、少なくとも1つの導電性材料を含む。好ましくは、堆積されるゲート電極材料の厚さは、第1及び第2のゲート電極(38、58)の各々が、第1及び第2の半導体ナノワイヤ(32C、52C)のうちの1つがその中に配置される穴を1つだけ含むように、第1及び第2の半導体ナノワイヤ(32C、52C;図14及び図15参照)と誘電体材料層22との間の距離の半分を超えるものとされる。
1つの実施形態において、第1及び第2のゲート電極(38、58)のうちの少なくとも一方は、ポリシリコン、アモルファス・ポリシリコン、シリコン−ゲルマニウム合金、シリコン−炭素合金、シリコン−ゲルマニウム−炭素合金、又はそれらの組合せといった、アモルファスまたは多結晶半導体材料を含むことができる。第1及び第2のゲート電極(38、58)は、インサイチュでドープされることもあり、又はその後のドーパントイオンのイオン注入によってドープされることもある。
代替的に又は付加的に、第1及び第2のゲート電極(38、58)のうちの少なくとも一方は、金属ゲート材料を含むものとすることができ、これは金属導電性材料を含む。例えば、第1及び第2のゲート電極(38、58)のうちの少なくとも一方は、TaN、TiN、WN、TiAlN、TaCN、他の導電性高融点金属窒化物、又はそれらの合金といった材料を含むものとすることができる。金属ゲート材料は、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)、原子層成長(ALD)などによって形成することができ、導電性高融点金属窒化物を含む。第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56が高kゲート誘電体材料を含む場合、金属ゲート材料は、第1のゲート誘電体36及び第2のゲート誘電体56の上に直接形成することができる。金属ゲート材料の組成は、薄化された第1の半導体構造体(32A、32B、32C)及び薄化された第2の半導体構造体(52A、52B、52C)の中にこの後で形成される半導体デバイスの閾値電圧を最適化するように選択される。第1及び第2のゲート電極(38、58)のうちの少なくとも一方の各々が、金属ゲート材料及び半導体材料の両方を含むことができる。
随意的に、例えば、第1及び第2のゲート電極(38、58)と形成される半導体ナノワイヤ・トランジスタのソース及びドレイン領域との間の重なりを制御するために、誘電体スペーサ(図示せず)を必要に応じて第1及び第2のゲート電極(38、58)の側壁上に形成することができる。
第2の導電性型のドーパントが、第1のゲート電極38をイオン注入マスクとして利用して、第1のデバイス領域2の中に注入される。第2の導電性型のドーパントの注入の間、第2のデバイス領域4をブロックマスクで覆ってもよい。第1の薄化されたソース側パッド32A及び第1の薄化されたドレイン側パッド32Bは第2の導電性型のドーパントでドープされ、これらを、ここでは第1のパッド・ソース部33A及び第1のパッド・ドレイン部37Aと称する。第1のパッド・ソース部33Aに当接する第1の半導体ナノワイヤ32C(図14参照)の一方の端部もまた第2の導電性型のドーパントでドープされ、これを、ここでは第1のナノワイヤ・ソース部33Bと称する。第1のパッド・ソース部33A及び第1のナノワイヤ・ソース部33Bは第2の導電性型のドーピングを有し、これらはまとめて第1のソース領域33と呼ばれる。第1のパッド・ドレイン部37Aに当接する第1の半導体ナノワイヤ32Cの他方の端部もまた第2の導電性型のドーパントでドープされ、これを、ここでは第1のナノワイヤ・ドレイン部37Bと称する。第1のパッド・ドレイン部37A及び第1のナノワイヤ・ドレイン部37Bは第2の導電性型のドーピングを有し、これらはまとめて第1のドレイン領域37と呼ばれる。第2の導電性型のドーパントが注入されなかった第1の半導体ナノワイヤ32C(図14参照)の中央部は第1の導電性型のドーピングを有し、ここでは第1のチャネル領域35と称される。第1のチャネル領域35は、第1のソース領域33及び第1のドレイン領域37に横方向で当接する。第1のチャネル領域35、第1のソース領域33、第1のドレイン領域37、第1のゲート誘電体36、及び第1のゲート電極38がひとまとまりになって、第1の半導体ナノワイヤ(35、33B、37B)を通る電流の流れを制御する第1の半導体ナノワイヤ・トランジスタを構成する。
第1の導電性型のドーパントが、第2のゲート電極58をイオン注入マスクとして利用して、第2のデバイス領域4の中に注入される。第1の導電性型のドーパントの注入の間、第1のデバイス領域2をブロックマスクで覆ってもよい。第2の薄化されたソース側パッド52A及び第2の薄化されたドレイン側パッド52Bは第1の導電性型のドーパントでドープされ、これらを、ここでは第2のパッド・ソース部53A及び第2のパッド・ドレイン部57Aと称する。第2のパッド・ソース部53Aに当接する第2の半導体ナノワイヤ52C(図15参照)の一方の端部もまた第1の導電性型のドーパントでドープされ、これを、ここでは第2のナノワイヤ・ソース部53Bと称する。第2のパッド・ソース部53A及び第2のナノワイヤ・ソース部53Bは第1の導電性型のドーピングを有し、これらはまとめて第2のソース領域53と呼ばれる。第2のパッド・ドレイン部57Aに当接する第2の半導体ナノワイヤ52C(図15参照)の他方の端部もまた第1の導電性型のドーパントでドープされ、これを、ここでは第2のナノワイヤ・ドレイン部57Bと称する。第2のパッド・ドレイン部57A及び第2のナノワイヤ・ドレイン部57Bは第1の導電性型のドーピングを有し、これらはまとめて第2のドレイン領域57と呼ばれる。第1の導電性型のドーパントが注入されなかった第2の半導体ナノワイヤ52C(図15参照)の中央部は第2の導電性型のドーピングを有し、ここでは第2のチャネル領域55と称される。第2のチャネル領域55は、第2のソース領域53及び第2のドレイン領域57に横方向で当接する。第2のチャネル領域55、第2のソース領域53、第2のドレイン領域57、第2のゲート誘電体56、及び第2のゲート電極58がひとまとまりになって、第2の半導体ナノワイヤ(55、53B、57B)を通る電流の流れを制御する第2の半導体ナノワイヤ・トランジスタを構成する。
図19乃至図21を参照すると、中間工程(MOL)誘電体材料層80が第1及び第2の半導体ナノワイヤ・トランジスタの上を覆って形成される。MOL誘電体材料層80は、Na+及びK+のような可動イオンの拡散を阻止する材料を含む可動イオン拡散障壁層(図示せず)を含むことができる。可動イオン拡散障壁層のために使用される典型的な材料は、窒化シリコンを含む。MOL誘電体材料層80は、例えば、CVD酸化物、2.8未満の比誘電率を有するスピン・オン低誘電率材料、2.8未満の比誘電率を有するオルガノシリケート・ガラス若しくはCVD低誘電率材料、又は金属相互接続構造における後工程(バック・エンド・オブ・ライン(BEOL))誘電体層のために使用することができる他のいずれかの誘電体材料を含むことができる。例えば、CVD酸化物は、未ドープのシリケート・ガラス(USG)、ボロシリケート・ガラス(BSG)、ホスホシリケート・ガラス(PSG)、フルオロシリケート・ガラス(FSG)、ボロホスホシリケート・ガラス(BPSG)、又はそれらの組合せとすることができる。MOL誘電体材料層80は、誘電体材料層22と第1及び第2の半導体ナノワイヤ(35、33B、37B、55、53B、57B)との間の空間を充填する。
種々のコンタクトビアホールをMOL誘電体材料層80の中に形成し、導電性材料で充填して、種々のコンタクト・ビアが形成される。詳細には、第1のソース側コンタクト・ビア42Aは、第1のパッド・ソース部33Aの上に直接形成され、第1のドレイン側コンタクト・ビア42Bは、第1のパッド・ドレイン部37Aの上に直接形成され、第1のゲート側コンタクト・ビア48は、第1のゲート電極38の上に直接形成される。同様に、第2のソース側コンタクト・ビア62Aは、第2のパッド・ソース部53Aの上に直接形成され、第2のドレイン側コンタクト・ビア62Bは、第2のパッド・ドレイン部57Aの上に直接形成され、第2のゲート側コンタクト・ビア68は、第2のゲート電極58の上に直接形成される。MOL誘電体材料層80、第1のソース側コンタクト・ビア42A、第1のドレイン側コンタクト・ビア42B、第1のゲート側コンタクト・ビア48、第2のソース側コンタクト・ビア62A、第2のドレイン側コンタクト・ビア62B、及び第2のゲート側コンタクト・ビア68の上面は、MOL誘電体材料層80の平坦化と過剰の導電性材料の除去の後、実質的に同一平面上にあるものとすることができる。第1のレベルの金属配線(図示せず)を含む更なる金属相互接続構造(図示せず)を、MOL誘電体材料層80の上に形成することができる。
本発明を特定の実施形態について説明してきたが、上記の説明を鑑みて、多くの代替物、改変及び変形が当業者には明らかである。したがって、本発明は、本発明の範囲及び精神並びに以下の特許請求の範囲内に入る、そのような代替物、改変及び変形の全てを包含することが意図される。
2、4:デバイス領域
7:フォトレジスト
10:ハンドル基板
20:埋込絶縁体層
22:誘電体材料層
22A、22B、42A、42B:誘電体架台
28:上部半導体層
30A、50A:ソース側パッド
30B、50B:ドレイン側パッド
30C、50C:半導体リンク部
32A、52A:薄化されたソース側パッド
32B、52B:薄化されたドレイン側パッド
32C、52C:半導体ナノワイヤ
33、53:ソース領域
35、55:チャネル領域
36、56:ゲート誘電体
37、57:ドレイン領域
38、58:ゲート電極
42A、42B、48、62A、62B、68:コンタクト・ビア
80:MOL誘電体材料層

Claims (16)

  1. 半導体構造体を形成する方法であって、
    第1の半導体リンク部を含む第1の半導体構造体をパターン形成するステップであって、前記第1の半導体構造体が、第1の幅w1によって隔てられた、酸化雰囲気中で第1の酸化速度を有する第1の面方位を有する第1の側壁対を有するものである、ステップと、
    第2の半導体リンク部を含む第2の半導体構造体をパターン形成するステップであって、前記第2の半導体構造体が、第2の幅w2によって隔てられた、前記酸化雰囲気中で前記第1の酸化速度とは異なる第2の酸化速度を有する第2の面方位を有する第2の側壁対を有するものである、ステップと、
    第3の幅w3を有する第1の半導体ナノワイヤを、前記第1の半導体リンクを前記第1の酸化速度で薄化することによって形成するステップと、
    第4の幅w4を有する第2の半導体ナノワイヤを、前記第2の半導体リンクを前記第2の酸化速度で薄化することによって形成するステップと
    を含み、
    前記第3の幅w3及び前記第4の幅w4はサブリソグラフィ寸法である、方法。
  2. 前記第1の幅w1と前記第3の幅w3との間の差と、前記第2の幅w2と前記第4の幅w4との間の差との比が、前記第1の酸化速度と前記第2の酸化速度との比に等しく、
    前記第1の幅w1及び前記第2の幅w2がリソグラフィ寸法である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1の半導体構造体が、前記第1の幅w1よりも大きい幅を有する第1のソース側パッド及び第1のドレイン側パッドをさらに含み、前記第2の半導体構造体が、前記第2の幅w2よりも大きい幅を有する第2のソース側パッド及び第2のドレイン側パッドをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第1のソース側パッド、前記第1のドレイン側パッド、前記第2のソース側パッド、及び前記第2のドレイン側パッド、並びに前記第1及び第2の半導体リンク部を同時に薄化するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記第1のソース側パッド、前記第1のドレイン側パッド、前記第2のソース側パッド、及び前記第2のドレイン側パッドが、薄化の前に、前記第1及び第2の半導体リンク部と同じ厚さを有し、
    薄化の後に、前記第1及び第2の半導体ナノワイヤと同じ厚さを有する、請求項4に記載の方法。
  6. 前記第1及び第2の半導体構造体をエッチングマスクとして利用して、前記第1及び第2の半導体構造体の下から誘電体材料層をエッチングするステップをさらに含み、前記誘電体材料層が、前記第1及び第2の半導体リンク部の下側でアンダーカットされる、請求項3〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記第1及び第2の半導体リンク部が、前記誘電体材料層の残存部分の上に浮いた状態となり、前記第1及び第2の半導体構造体が、前記第1のソース側パッド、前記第1のドレイン側パッド、前記第2のソース側パッド、及び前記第2のドレイン側パッドの底面で前記誘電体材料層と接する、請求項6に記載の方法。
  8. 単結晶半導体層をパターン形成するステップをさらに含み、前記第1の半導体構造体及び前記第2の半導体構造体が、前記単結晶半導体層のパターン形成された部分によって形成される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記第1の側壁対が、前記単結晶半導体層における全ての垂直面の中で正孔移動度が最大となる垂直面に平行であり
    前記第2の側壁対が、前記単結晶半導体層における全ての垂直面の中で電子移動度が最大となる垂直面に平行である、請求項8に記載の方法。
  10. 前記第3の幅w3及び前記第4の幅w4が1nmから20nmである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記第3の幅w3及び前記第4の幅w4のうち大きい方の、前記第3の幅w3及び前記第4の幅w4のうち小さい方に対する比が、1.0から10である、請求項10に記載の方法。
  12. 前記第1及び第2の半導体リンクの周縁部を酸化によって酸化物材料部分に変換するステップと、
    前記酸化物材料部分を除去し、それによって前記第1及び第2の半導体リンクが薄化されるステップと
    をさらに含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記第1及び第2の半導体構造体が誘電体材料層の上に形成され、前記誘電体材料層が半導体・オン・インシュレータ(SOI)基板の埋込絶縁体層であり、前記第1及び第2の半導体構造体が、前記SOI基板の上部半導体層のパターン形成によって形成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 前記第1の半導体ナノワイヤの周囲に第1のゲート誘電体を形成するステップと、
    前記第2の半導体ナノワイヤの周囲に第2のゲート誘電体を形成するステップと、
    前記第1のゲート誘電体の周囲に第1のゲート電極を形成するステップと、
    前記第2のゲート誘電体の周囲に第2のゲート電極を形成するステップと
    をさらに含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 前記第1の半導体構造体が、前記第1の幅w1よりも大きい幅を有する第1のソース側パッド及び第1のドレイン側パッドをさらに含み、前記第2の半導体構造体が、前記第2の幅w2よりも大きい幅を有する第2のソース側パッド及び第2のドレイン側パッドをさらに含み、前記方法が、
    前記第1のソース側パッド及び前記第1のドレイン側パッドを第2の導電性型のドーパントでドーピングするステップと、
    前記第2のソース側パッド及び前記第2のドレイン側パッドを第1の導電性型のドーパントでドーピングするステップと
    をさらに含み、
    前記第2の導電性型が前記第1の導電性型の反対である、請求項14に記載の方法。
  16. 前記第1の半導体ナノワイヤが前記第1の導電性型のドーピングを有し、前記第2の半導体ナノワイヤが前記第2の導電性型のドーピングを有する、請求項15に記載の方法。
JP2010070091A 2009-04-03 2010-03-25 半導体構造体の製造方法 Active JP5607400B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/417,796 US7943530B2 (en) 2009-04-03 2009-04-03 Semiconductor nanowires having mobility-optimized orientations
US12/417796 2009-04-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010245522A JP2010245522A (ja) 2010-10-28
JP5607400B2 true JP5607400B2 (ja) 2014-10-15

Family

ID=42825444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010070091A Active JP5607400B2 (ja) 2009-04-03 2010-03-25 半導体構造体の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7943530B2 (ja)
JP (1) JP5607400B2 (ja)
KR (1) KR101143760B1 (ja)
CN (1) CN101859707B (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7943530B2 (en) * 2009-04-03 2011-05-17 International Business Machines Corporation Semiconductor nanowires having mobility-optimized orientations
US8420455B2 (en) 2010-05-12 2013-04-16 International Business Machines Corporation Generation of multiple diameter nanowire field effect transistors
US8519479B2 (en) 2010-05-12 2013-08-27 International Business Machines Corporation Generation of multiple diameter nanowire field effect transistors
KR101725112B1 (ko) * 2010-12-14 2017-04-11 한국전자통신연구원 반도체 소자 및 이를 제조하는 방법
CN102169889A (zh) * 2011-03-17 2011-08-31 复旦大学 超长半导体纳米线结构及其制备方法
JP5325932B2 (ja) 2011-05-27 2013-10-23 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
KR101631778B1 (ko) 2011-12-23 2016-06-24 인텔 코포레이션 랩-어라운드 컨택트들을 가진 나노와이어 구조들
KR101271787B1 (ko) 2012-03-13 2013-06-07 포항공과대학교 산학협력단 나노선 전계효과 트랜지스터 및 이의 제조방법
CN102637606B (zh) * 2012-05-03 2014-08-27 上海华力微电子有限公司 基于SOI的后栅型积累模式Si-NWFET制备方法
US8823059B2 (en) * 2012-09-27 2014-09-02 Intel Corporation Non-planar semiconductor device having group III-V material active region with multi-dielectric gate stack
US20140264488A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Globalfoundries Inc. Methods of forming low defect replacement fins for a finfet semiconductor device and the resulting devices
US20140353761A1 (en) * 2013-05-28 2014-12-04 International Business Machines Corporation Multi-orientation semiconductor devices employing directed self-assembly
GB2526880A (en) 2014-06-06 2015-12-09 Univ Southampton Melt-growth of single-crystal alloy semiconductor structures and semiconductor assemblies incorporating such structures
KR102309342B1 (ko) * 2014-12-24 2021-10-07 인텔 코포레이션 게르마늄 나노와이어들을 사용하는 전계 효과 트랜지스터 구조체들
CN108028275A (zh) * 2015-09-25 2018-05-11 英特尔公司 纳米线晶体管设备架构
US9929266B2 (en) * 2016-01-25 2018-03-27 International Business Machines Corporation Method and structure for incorporating strain in nanosheet devices
CN107452793B (zh) 2016-06-01 2020-07-28 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体装置及其制造方法
CN106229256A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 东莞华南设计创新院 一种硅锗纳米线的制作方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998048456A1 (en) * 1997-04-24 1998-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Nanowire arrays
US6248674B1 (en) * 2000-02-02 2001-06-19 Hewlett-Packard Company Method of aligning nanowires
US6720240B2 (en) * 2000-03-29 2004-04-13 Georgia Tech Research Corporation Silicon based nanospheres and nanowires
JP4112358B2 (ja) * 2000-07-04 2008-07-02 インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト 電界効果トランジスタ
CN1251962C (zh) * 2000-07-18 2006-04-19 Lg电子株式会社 水平生长碳纳米管的方法和使用碳纳米管的场效应晶体管
KR100791732B1 (ko) * 2000-08-22 2008-01-04 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하버드 칼리지 전기 디바이스
KR101008294B1 (ko) * 2001-03-30 2011-01-13 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 나노구조체 및 나노와이어의 제조 방법 및 그로부터 제조되는 디바이스
US6656573B2 (en) * 2001-06-26 2003-12-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method to grow self-assembled epitaxial nanowires
US6843902B1 (en) * 2001-07-20 2005-01-18 The Regents Of The University Of California Methods for fabricating metal nanowires
US7176505B2 (en) * 2001-12-28 2007-02-13 Nantero, Inc. Electromechanical three-trace junction devices
US6872645B2 (en) * 2002-04-02 2005-03-29 Nanosys, Inc. Methods of positioning and/or orienting nanostructures
US6831017B1 (en) * 2002-04-05 2004-12-14 Integrated Nanosystems, Inc. Catalyst patterning for nanowire devices
US7135728B2 (en) * 2002-09-30 2006-11-14 Nanosys, Inc. Large-area nanoenabled macroelectronic substrates and uses therefor
FR2845519B1 (fr) * 2002-10-03 2005-07-01 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication de nano-structure filaire dans un film semi-conducteur
US6841235B2 (en) * 2002-10-11 2005-01-11 General Motors Corporation Metallic nanowire and method of making the same
AU2003295889A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-18 Florida State University Depositing nanowires on a substrate
US7183568B2 (en) * 2002-12-23 2007-02-27 International Business Machines Corporation Piezoelectric array with strain dependant conducting elements and method therefor
US6897098B2 (en) * 2003-07-28 2005-05-24 Intel Corporation Method of fabricating an ultra-narrow channel semiconductor device
WO2005022637A1 (ja) * 2003-08-28 2005-03-10 Nec Corporation フィン型電界効果トランジスタを有する半導体装置
US7067328B2 (en) * 2003-09-25 2006-06-27 Nanosys, Inc. Methods, devices and compositions for depositing and orienting nanostructures
US7067341B2 (en) * 2003-10-28 2006-06-27 Stmicroelectronics S.R.L. Single electron transistor manufacturing method by electro-migration of metallic nanoclusters
US6969679B2 (en) * 2003-11-25 2005-11-29 Canon Kabushiki Kaisha Fabrication of nanoscale thermoelectric devices
US7208094B2 (en) * 2003-12-17 2007-04-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Methods of bridging lateral nanowires and device using same
US7189635B2 (en) * 2004-09-17 2007-03-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Reduction of a feature dimension in a nano-scale device
US7405129B2 (en) * 2004-11-18 2008-07-29 International Business Machines Corporation Device comprising doped nano-component and method of forming the device
US7598516B2 (en) * 2005-01-07 2009-10-06 International Business Machines Corporation Self-aligned process for nanotube/nanowire FETs
KR100680415B1 (ko) * 2005-05-31 2007-02-08 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 제조 방법
JP2007035957A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Toshiba Corp 半導体装置とその製造方法
JP5229711B2 (ja) * 2006-12-25 2013-07-03 国立大学法人名古屋大学 パターン形成方法、および半導体装置の製造方法
KR101356697B1 (ko) * 2007-09-21 2014-01-28 삼성전자주식회사 나노와이어 형성방법 및 나노와이어를 포함하는 반도체소자의 제조방법
US7943530B2 (en) * 2009-04-03 2011-05-17 International Business Machines Corporation Semiconductor nanowires having mobility-optimized orientations
US8237150B2 (en) * 2009-04-03 2012-08-07 International Business Machines Corporation Nanowire devices for enhancing mobility through stress engineering

Also Published As

Publication number Publication date
US7943530B2 (en) 2011-05-17
US20110175063A1 (en) 2011-07-21
US20100252814A1 (en) 2010-10-07
CN101859707A (zh) 2010-10-13
KR101143760B1 (ko) 2012-05-11
US8299565B2 (en) 2012-10-30
CN101859707B (zh) 2012-07-04
KR20100110728A (ko) 2010-10-13
JP2010245522A (ja) 2010-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5607400B2 (ja) 半導体構造体の製造方法
US7902541B2 (en) Semiconductor nanowire with built-in stress
US20220359687A1 (en) Contact Structures for Gate-All-Around Devices and Methods of Forming the Same
US20170358643A1 (en) Method and structure for improving finfet with epitaxy source/drain
TWI525829B (zh) 半導體裝置及其製造方法
US8013324B2 (en) Structurally stabilized semiconductor nanowire
US10510856B2 (en) Semiconductor device and method
TW202036662A (zh) 半導體裝置的形成方法
US7781274B2 (en) Multi-gate field effect transistor and method for manufacturing the same
US8237150B2 (en) Nanowire devices for enhancing mobility through stress engineering
KR102331059B1 (ko) 반도체 디바이스 및 방법
US9865709B2 (en) Selectively deposited spacer film for metal gate sidewall protection
US10818803B1 (en) Fin-type field-effect transistors including a two-dimensional material
US10600795B2 (en) Integration of floating gate memory and logic device in replacement gate flow
TW202029340A (zh) 半導體裝置及其形成方法
US9812558B2 (en) Three-dimensional transistor and methods of manufacturing thereof
US9953976B2 (en) Effective device formation for advanced technology nodes with aggressive fin-pitch scaling

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121003

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140114

RD12 Notification of acceptance of power of sub attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7432

Effective date: 20140127

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20140128

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140326

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: 20140805

RD14 Notification of resignation of power of sub attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7434

Effective date: 20140805

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140828

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5607400

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150