KR20010039964A - Use of silicon germanium and other alloys as the replacement gate for the fabrication of mosfet - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Use of silicon germanium and other alloys as the replacement gate for the fabrication of MOSFET is provided to manufacturing a MOSFET device wherein the source region and the drain region are formed before formation of the gate and allows the use of any type of gate dielectric material. CONSTITUTION: A method for fabricating a MOSFET structure on a substrate comprises the steps of: forming an island above a gate region in the substrate, island being formed of Si.sub.1-x Ge.sub.x, wherein x is in the range of about 0.05 to about 1.0; building a sidewall about island; forming a source region and a drain regions in the substrate; selectively removing the island without removing the sidewall, thereby leaving a void over the gate region; and filling the void with a gate structure.

Description

MOSFET를 제조하기 위한, 치환 게이트로서 실리콘 게르마늄 및 기타 합금의 용도{USE OF SILICON GERMANIUM AND OTHER ALLOYS AS THE REPLACEMENT GATE FOR THE FABRICATION OF MOSFET}USE OF SILICON GERMANIUM AND OTHER ALLOYS AS THE REPLACEMENT GATE FOR THE FABRICATION OF MOSFET}

본 발명은 집적회로의 제조 방법, 특히 치환 게이트를 이용하여 형성된 MOSFET 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an integrated circuit, in particular a method of manufacturing a MOSFET device formed using a substitution gate.

MOSFET 반도체의 제조방법은 본 분야에서 공지되어 있다. 그 구조는 미국특허 제4,702,792호에 나타나 있고, 여기서는 소형의 도전성 채널을 제조하는 기술을 기재하고 있다.Methods of fabricating MOSFET semiconductors are known in the art. The structure is shown in US Pat. No. 4,702,792, which describes a technique for making small conductive channels.

치환 또는 "캐스트" 공정은 게이트 물질의 폭 넓은 선택으로 트랜지스터를 제조하기에 좋은 후보 공정이다. 그러나, 최근에는 공정 제어성이 문제로 되기 때문에, 이러한 공정은 널리 이용되지 못하고 있다. 치환 게이트 공정을 이용하는 데 있어 주요한 장애는 게이트 치환 공정동안 게이트 임계 치수의 제어이다.The substitution or "cast" process is a good candidate for fabricating transistors with a wide selection of gate materials. However, in recent years, since process controllability becomes a problem, such a process is not widely used. A major obstacle in using a substitution gate process is the control of the gate critical dimensions during the gate substitution process.

채터지(Chatterjee) 등은 문헌 "IEDM Tech Digest, page 777, 1998"에서 치환 게이트 공정, 특히 치환 게이트 물질로서 폴리실리콘의 사용에 대해서 기재하고 있다. 치환 게이트 물질로서 폴리실리콘을 사용하는 데 따른 단점은 이산화 실리콘에 대해서 선택성이 있는 습식 에칭 공정을 이용하여 폴리실리콘을 제거하는 어려움이다.Chatterjee et al. Describe a substitution gate process, in particular the use of polysilicon as a substitution gate material, in IEDM Tech Digest, page 777, 1998. A disadvantage of using polysilicon as a substitution gate material is the difficulty of removing polysilicon using a wet etching process that is selective for silicon dioxide.

야기시타(Yagishita) 등은 문헌 "IEDM Tech Digest, page 785, 1998"에서 치환 게이트 공정에 관해 기재하고 있다. 야기시타는 또한 치환 게이트 물질로서 폴리실리콘의 용도에 대해 기재하고 있다.Yagishita et al. Describe a substitution gate process in the literature "IEDM Tech Digest, page 785, 1998". Yagishita also describes the use of polysilicon as a substitution gate material.

에반스(Evans) 등의 미국특허출원 제09/028,157호(1998. 2. 23. 출원)에서 치환 게이트 물질로서 실리콘질화물의 용도를 기재하고 있다. 치환 게이트 물질로서 실리콘질화물을 이용하는 것은 효과가 있지만, 건식 에칭 공정을 이용하여 실리콘질화물 치환 게이트를 패터닝하는 것은 어렵다. 건식 실리콘질화물을 최적화하기 위해서는 에칭제가 실리콘 및 이산화실리콘 모두에 대해 선택성이 있어야 한다.US patent application Ser. No. 09 / 028,157, filed Feb. 23, 1998, to Evans et al. Describes the use of silicon nitride as a substitution gate material. Although using silicon nitride as the substitution gate material is effective, it is difficult to pattern the silicon nitride substitution gate using a dry etching process. In order to optimize dry silicon nitride, the etchant must be selective for both silicon and silicon dioxide.

지금까지는, 실리콘 게르마늄 및 기타 IV-B족 원소 합금이 MOSFET 소자의 제조 과정에서 더미(dummy) 또는 치환 게이트로서 사용되지 않았다.Until now, silicon germanium and other Group IV-B element alloys have not been used as dummy or replacement gates in the manufacture of MOSFET devices.

스페이서 및 기타 구조물에 사용되는 치환 게이트 물질과 인접 물질 사이에의 에칭 선택성을 개선시킨 치환 게이트 MOSFET 제조 방법이 유리할 것이다. 상기 문헌들에서는 MOSFET 소자의 제조에 대해서 기재하고 있지만, 본 발명의 장점을 제공하고 있지 못하다.It would be advantageous to have a method of fabricating a substitution gate MOSFET that improves the etching selectivity between the substitution gate material and adjacent materials used in spacers and other structures. Although these documents describe the manufacture of MOSFET devices, they do not provide the advantages of the present invention.

본 발명의 목적은 소스 영역 및 드레인 영역이 게이트 형성 전에 형성되는 MOSFET 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a MOSFET device in which a source region and a drain region are formed before gate formation.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 실리콘 및 절연체 상의 실리콘(SOI: silicon-on-insulator) 모두에 제조될 수 있는 MOSFET 소자를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a MOSFET device that can be fabricated in both conventional silicon and silicon-on-insulator (SOI).

본 발명의 또 다른 목적은 어떠한 형태의 게이트 유전체도 사용할 수 있는 MOSFET 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a MOSFET device that can use any type of gate dielectric.

본 발명의 또 다른 목적은 게이트 전극으로서 내화성 금속 또는 구리와 같은 고도전성 물질을 갖는 MOSFET 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a MOSFET device having a highly conductive material such as a refractory metal or copper as a gate electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 에칭 공정의 향상된 제어성으로 인해 소망의 게이트 임계 치수를 얻는 것을 특징으로 하는 MOSFET 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.It is a further object of the present invention to provide a method for fabricating a MOSFET device characterized by obtaining the desired gate critical dimension due to the improved controllability of the etching process.

따라서, 본 발명의 방법은 주기율표 IV-B족 원소로부터 바람직하게 선택되는 유사한 합금 섬(island) 또는 실리콘 게르마늄을 기판 내의 게이트 영역 상에 형성하는 단계; 실리콘 게르마늄(사용되는 IV-B족 원소의 바람직한 합금의 대표적인 예) 섬 주위에 산화물이나 질화물 측벽을 설정하는 단계; 기판 내에 소스 영역과 드레인 영역을 형성하는 단계; 섬 주위의 측벽을 제거하지 않고 실리콘 게르마늄 섬을 제거하여 게이트 영역 상에 공극을 남게하는 단계; 그리고 공극 내의 게이트 영역 상에 게이트 유전체를 형성하고 게이트 전극 물질로 공극의 나머지를 채움으로써 게이트 구조로 공극을 채우는 단계를 포함한다.Accordingly, the method of the present invention comprises the steps of forming a similar alloy island or silicon germanium, preferably selected from Periodic Group IV-B elements, on the gate region in the substrate; Silicon oxide (representative example of a preferred alloy of Group IV-B elements used) setting oxide or nitride sidewalls around islands; Forming a source region and a drain region in the substrate; Removing silicon germanium islands without leaving sidewalls around the islands to leave voids on the gate region; And filling the voids with the gate structure by forming a gate dielectric on the gate region within the voids and filling the rest of the voids with the gate electrode material.

실리콘 게르마늄(또는 기타 IV-B족 합급)을 제거하는 단계는 바람직하기로는 섬의 합금으로 하여금 선택적으로 용해되거나 퇴적된 비 섬 물질 층을 동시에 제거하지 않고 제거되게 하는 비 섬 물질 층을 소스 영역과 드레인 영역 상의 부분 및 섬에 퇴적시키는 단계를 포함한다. 비 섬 물질 층은 상승된 소스/드레인 영역이 제공될 때는 폴리실리콘으로 될 수 있거나(본 분야의 숙련자라면 다결정성 실리콘을 사용할 수 있음), 또는 종래의 공급/드레인 영역이 제공될 때 실리콘질화물 또는 실리콘 산화물과 같은 적절한 유전체일 수 있다. 게이트 구조로 공극을 충전한 후, 화학 기계적 연마에 의해 구조의 상부 면을 평면화하는 것이 바람직하다. 상승된 소스/드레인 영역이 형성되는 본 발명의 실시예에서, 구조의 상부 표면에 금속층을 퇴적하는 단계, 및 구조물을 금속화시켜 소스 영역, 게이트 영역, 및 드레인 영역 내에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Removing the silicon germanium (or other Group IV-B alloy) preferably comprises a layer of non-islet material that allows the island's alloy to be removed without simultaneously removing the selectively dissolved or deposited non-island material layer. Depositing on portions and islands on the drain region. The non-islet material layer may be polysilicon when an elevated source / drain region is provided (polycrystalline silicon may be used by those skilled in the art), or silicon nitride or when a conventional supply / drain region is provided It may be a suitable dielectric such as silicon oxide. After filling the voids with the gate structure, it is preferable to planarize the upper surface of the structure by chemical mechanical polishing. In an embodiment of the invention wherein an elevated source / drain region is formed, depositing a metal layer on a top surface of the structure, and metallizing the structure to form electrodes in the source region, the gate region, and the drain region. It is desirable to.

도 1-12는 상승된 소스/드레인 영역을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MOSFET 소자를 제조하기 위한 연속적인 단계를 나타낸 도면.1-12 illustrate successive steps for fabricating a MOSFET device in accordance with a first embodiment of the present invention having an elevated source / drain region.

도 13은 SOI 기판 상의 소자를 나타낸 도면.13 illustrates an element on an SOI substrate.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에서 배리어 층의 퇴적 후의 소자 구조를 나타낸 도면.FIG. 14 shows the device structure after deposition of the barrier layer in another embodiment of the present invention. FIG.

도 15는 퇴적된 배리어 층을 갖는 완성된 소자의 구조를 나타낸 도면.15 shows the structure of a finished device having a deposited barrier layer.

도 16은 SIMOX 기판 상에 퇴적된 게이트 배리어 층을 갖는 완성된 구조를 나타낸 도면.16 shows a completed structure with a gate barrier layer deposited on the SIMOX substrate.

도 17-22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 MOSFET 소자를 제조하기 위한 연속적인 단계를 나타낸 도면.17-22 illustrate successive steps for fabricating a MOSFET device in accordance with another embodiment of the present invention.

[발명의 실시의 형태][Embodiment of the Invention]

첨부 도면 중 먼저 도1을 참고로 할 때, 기판은 단결정 실리콘 기판인 경우 "20"으로 나타내진다. 본 명세서에서 "기판" 또는 "실리콘 기판"이란 SIMOX(Separation by IMplantation of OXygen) 기판을 포함하여 벌크 실리콘, 단결정 기판 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 의미한다. 기판(20)은 하기에 설명되는 소자의 제조에 적합한 전기 활성 및/또는 분리 영역을 형성하기 위해 특히 제공된다. 사전 가공은 종래의 n-벽 및/또는 p-벽 한정 및 분리; 폴리실리콘 또는 산화물 리필(refill)로서의 트렌치 분리: 종래의 충분히 요홈된 국부 산화(LOCOS); 및/또는 LOCOS 또는 에칭에 의해 형성된 SOI 메사 구조를 제한없이 포함할 수 있다. 이들 단계들은 단독으로 또는 함께 사용될 수 있다. SOI 기판은 단결정 실리콘에 다량의 산소를 주입한 후 어닐링하여 SIMOX, 결합된 실리콘 웨이퍼 및 에칭백, 헤테로에피택시 등을 형성함으로써 제조될 수 있다. SIMOX의 예로는 1∼2x1018cm-2의 산소량으로 약 200 keV에서 산소를 주입하는 것이다. 웨이퍼는 1300℃∼1350℃에서 4∼10시간 어닐링된다. 매립된 산화물 두께는 약 300 nm이다. 사전 가공이 종료되자마자 기판은 평면화, 즉, 화학 기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)에 의해 전체적으로 평면화될 수 있다. 산화물층(22)은 약 5∼30 nm의 두께로 기판(20) 상에 형성된다(도면에서는 도시되지 않음).Referring first to FIG. 1 of the accompanying drawings, the substrate is represented by "20" when it is a single crystal silicon substrate. As used herein, the term “substrate” or “silicon substrate” refers to a bulk silicon, single crystal substrate, or silicon on insulator (SOI) substrate, including a separation by implantation of OXygen (SIMOX) substrate. Substrate 20 is particularly provided to form electrically active and / or isolation regions suitable for the fabrication of devices described below. Pre-processing can be accomplished by conventional n-wall and / or p-wall confinement and separation; Trench separation as polysilicon or oxide refill: conventional fully grooved local oxidation (LOCOS); And / or SOI mesa structures formed by LOCOS or etching. These steps may be used alone or together. SOI substrates can be fabricated by injecting large amounts of oxygen into single crystal silicon followed by annealing to form SIMOX, bonded silicon wafers and etch backs, heteroepitaxial, and the like. An example of a SIMOX is to inject oxygen at about 200 keV with an oxygen content of 1-2 x 10 18 cm -2 . The wafer is annealed at 1300 ° C to 1350 ° C for 4 to 10 hours. Buried oxide thickness is about 300 nm. As soon as the pre-processing is finished, the substrate can be planarized entirely by planarizing, ie, chemical mechanical polishing (CMP). An oxide layer 22 is formed on the substrate 20 to a thickness of about 5 to 30 nm (not shown in the figure).

산화물층(22)은 본원 발명에서 패드 산화물층(22)을 말한다. 주기율표 IV-B족 원소의 합금인 물질의 층이 산화물층(22)에 퇴적된다. IV-B족 원소의 합금의 바람직한 예로는 화학 증기 증착법(CVD)에 의해 약 150∼500 nm의 두께로 퇴적되는 다결정성 실리콘 게르마늄이 있다. 이하에 설명하는 바와 같이, IV-B족 원소의 적합한 합금의 대표적인 예로서 사용되는 실리콘 게르마늄은 "섬" 물질 작용을 한다.The oxide layer 22 refers to the pad oxide layer 22 in the present invention. A layer of material that is an alloy of group IV-B elements of the periodic table is deposited on the oxide layer 22. Preferred examples of alloys of group IV-B elements are polycrystalline silicon germanium which is deposited to a thickness of about 150-500 nm by chemical vapor deposition (CVD). As described below, silicon germanium, which is used as a representative example of a suitable alloy of group IV-B elements, acts as an "island" material.

실리콘 게르마늄 층은 바람직하게는 Si1-xGex로 나타내지며, 여기서 x는 0.05∼1.0, 바람직하게는 0.1∼0.5이다. 실리콘 게르마늄 합금 층은 퇴적된 실리콘 게르마늄 층의 포토리소그라피 및 비등방성 플라즈마 에칭 공정에 의해 도1에서 실리콘 게르마늄 섬(24)으로 형성된다. 에칭에 의해 제거된 실리콘 게르마늄의 영역은 도1에서 선(23)으로 나타냈다. 섬 영역(24) 외부에 있는 영역(23)의 에칭은 패드 산화물층(22)에서 중단시킨다. 다시 말해서, 실리콘 게르마늄층(23)은 게이트 영역에서 마스킹된 후, 실리콘 게르마늄의 나머지는 에칭되어 섬(24)을 형성한다. 마스킹된 "섬" 영역(24) 외부의 패드 산화물층(22)은 후속 단계에서 에칭 중단 작용을 할 수 있지만, 이 에칭 공정 동안 부분적으로 에칭되거나 완전 제거될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 패드 산화물층(22)은 제거되지 않는다.The silicon germanium layer is preferably represented by Si 1-x Ge x , where x is 0.05-1.0, preferably 0.1-0.5. The silicon germanium alloy layer is formed of silicon germanium islands 24 in FIG. 1 by photolithography and anisotropic plasma etching processes of the deposited silicon germanium layer. The region of silicon germanium removed by etching is indicated by line 23 in FIG. Etching of the region 23 outside the island region 24 stops at the pad oxide layer 22. In other words, after the silicon germanium layer 23 is masked in the gate region, the remainder of the silicon germanium is etched to form islands 24. The pad oxide layer 22 outside the masked "island" region 24 may act as an etch stop in subsequent steps, but may be partially etched or completely removed during this etch process. In the embodiment of the present invention, the pad oxide layer 22 is not removed.

실리콘 게르마늄 섬(24)은 게이트 전극에 대한 치환 "캐스트"를 형성한다. 다시 말해서, 실리콘 게르마늄 섬(24)은 게이트 전극이 되는 유전체 이미지를 형성한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 이 이미지는 별도의 포토리소그래피 단계 없이 이 이미지는 금속 게이트 전극이나 또 다른 물질의 게이트 전극을 형성하기 위한 패턴으로서 바람직하게 이용된다. 예를 들면, 섬(24)의 이미지는 깊게 도핑된 폴리실리콘이나 폴리실리콘 게르마늄 합금 물질 게이트 전극으로 전환될 수 있다.Silicon germanium islands 24 form a substitution “cast” to the gate electrode. In other words, silicon germanium islands 24 form a dielectric image that becomes a gate electrode. As described below, this image is preferably used as a pattern for forming a metal gate electrode or a gate electrode of another material without a separate photolithography step. For example, the image of island 24 may be converted to a deeply doped polysilicon or polysilicon germanium alloy material gate electrode.

본 도면에서는 n-채널이나 p-채널형으로 될 수 있는 MOSFET 트랜지스터의 형성을 나타내고 있다. 이 두 형태가 제조 공정 동안 동시에 형성되는 경우, 포토레지스트는 p-LDD(Low Dose 또는 Lightly Doped Drain) 이온 주입 공정동안 n-채널 트랜지스터를 마스킹하는 데 사용된다. p-LDD 영역(26, 28)은 도1에 나타낸 바와 같이, BF2이온 주입 또는 플라즈마 도핑에 의해 형성된다. 바람직한 이온 도즈량은 5∼50 x 1013cm-2이고, BF2이온 에너지는 10 keV∼80keV이다. 이온 에너지는 충분히 낮아 이온이 실리콘 게르마늄 층을 통해 주입되지 않는다. 그 다음, 포토레지스트가 스트립된 후, 새로운 포토레지스트를 사용하여 n-LDD 이온 주입을 위해 p-채널 트랜지스터를 마스킹한다. n-LDD 영역은 비소에 대한 40 keV∼100keV의 이온 에너지와 인에 대한 10 keV∼60keV의 이온 에너지로 5∼50 x 1013cm-2의 비소 또는 인 이온 도즈량을 주입함으로써 형성된다. 도면에 나타낸 트랜지스터는 n-채널이나 p-채널 트랜지스터를 나타낸다.This figure shows the formation of a MOSFET transistor that can be of n-channel or p-channel type. If both forms are formed simultaneously during the fabrication process, photoresist is used to mask the n-channel transistors during the p-LDD (Low Dose or Lightly Doped Drain) ion implantation process. The p-LDD regions 26 and 28 are formed by BF 2 ion implantation or plasma doping, as shown in FIG. Preferred ion dose amounts are 5 to 50 x 10 13 cm -2 , and BF 2 ion energy is 10 keV to 80 keV. The ion energy is low enough that no ions are injected through the silicon germanium layer. Then, after the photoresist is stripped, a new photoresist is used to mask the p-channel transistor for n-LDD ion implantation. The n-LDD region is formed by injecting 5 to 50 x 10 13 cm -2 of arsenic or phosphorus ion dose with an ion energy of 40 keV to 100 keV for arsenic and an ion energy of 10 keV to 60 keV for phosphorus. The transistor shown in the figure represents an n-channel or p-channel transistor.

선택적인 산화 단계는 도2의 30 및 32로 나타낸 바와 같이 섬의 엣지에서 "새 부리" 모양의 패드 산화물(22)을 두껍게 하기 위해서 실시된다. 새 부리는 게이트 전극의 엣지에서 게이트 산화물의 파괴 전압을 향상시킬 수 있다. 산화 단계는 산소 중에서 도1의 구조를 가열하고, 공지된 바와 같이 "섬"(24)에 의해 덮여지지 않은 패드 산화물 영역(22)을 두껍게 함으로써 실시된다. 도2에 나타낸 바와 같이, 이 산화 과정 동안, LDD 영역의 이온은 확산되고 새 부리의 길이 이상으로 연장된다. 실리콘질화물 층(34)은 PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)나 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)과 같은 최신 공정에 의해 구조 위에 퇴적되어 도2에 나타낸 구조를 얻게된다. 또 다른 실시예에서, 산화물은 층(34)을 위한 물질로서 사용될 수 있다.An optional oxidation step is carried out to thicken the pad oxide 22 in the shape of a “bird beak” at the edge of the island, as shown at 30 and 32 in FIG. 2. The new beak can improve the breakdown voltage of the gate oxide at the edge of the gate electrode. The oxidation step is carried out by heating the structure of FIG. 1 in oxygen and thickening the pad oxide region 22 which is not covered by the "islands" 24 as is known. As shown in Figure 2, during this oxidation process, ions in the LDD region diffuse and extend beyond the length of the new beak. The silicon nitride layer 34 is deposited on the structure by an advanced process such as plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) to obtain the structure shown in FIG. In another embodiment, oxide may be used as the material for layer 34.

실리콘 질화물이 층(34)에 사용되는 경우(도2), 웨이퍼를 비등방성 질화물 에칭시켜, 도3에 나타낸 바와 같이 실리콘 게르마늄의 측벽 주위에 질화물(36, 38)의 얇은 층을 남기게 된다.When silicon nitride is used for layer 34 (FIG. 2), the wafer is anisotropic nitride etched, leaving a thin layer of nitrides 36 and 38 around the sidewalls of silicon germanium as shown in FIG.

도4를 참고로 할 때, 섬(24)에 사용된 IV-B족 원소의 합금과 서로 다른 물질의 층(4)이 도3의 구조 위에 퇴적된다. 층(40)(도4)은 섬(24)의 물질과 서로 달라야 하기 때문에 비 섬 물질로 형성되어 층(40)에 사용된 물질을 동시에 제거하지 않고 섬을 편리하게 제거할 수 있게 한다. 본 발명의 제 1 실시예에서, 층(40)은 바람직하게 퇴적된 폴리실리콘이다. 폴리실리콘층(40)은 합금 섬 상의 웨이퍼, 섬 측벽 및 소스 및 드레인 영역에 퇴적된다. 층(40)은 양 "T"만큼 실리콘 게르마늄 층(24)보다 더 두껍다. 층(40)은 제1 폴리실리콘층(40)으로 할 수 있다. 그 구조는 도5에 나타낸 바와 같이 CMP에 의해 처리되어 실리콘 게르마늄 섬(24)을 노출시킨다.Referring to FIG. 4, a layer 4 of a material different from the alloy of group IV-B elements used in the island 24 is deposited over the structure of FIG. Since layer 40 (FIG. 4) must be different from the material of island 24, it is formed of a non-islet material to facilitate removal of the island without removing the material used in layer 40 at the same time. In the first embodiment of the present invention, layer 40 is preferably deposited polysilicon. Polysilicon layer 40 is deposited on the wafer, island sidewalls and source and drain regions on the alloy islands. Layer 40 is thicker than silicon germanium layer 24 by an amount "T". The layer 40 may be the first polysilicon layer 40. The structure is processed by CMP as shown in FIG. 5 to expose the silicon germanium island 24.

포토레지스트 마스크(33)는 소자 활성 영역을 덮는 데 이용된다. 필드 영역(35)(도6에 사선으로 도시)의 폴리실리콘 층(40)은 레지스트에 의해 덮이지 않는다. 폴리실리콘 층(40)과 기판(20)의 어느 적합한 부분은 에칭되어 필드 영역(35)을 제거한다. 그 다음, 레지스트 층(33)이 제거된다. 이 점에서 p-채널과 n-채널 트랜지스터 모두의 소스 영역(26)과 드레인 영역(28) 만이 폴리실리콘 층(40)으로 덮인다. 웨이퍼를 필드 영역(35)에 퇴적되는 산화물의 깊이보다 더 크거나 같은 두께를 갖는 산화물층(도6에서 선37로 나타냄)으로 코팅된다. 산화물은 CMP에 의해 평면화되고, 폴리실리콘과 실리콘 게르마늄 층의 상부 표면에서 정지된다. 폴리실리콘보다 더 빨리 산화물을 제거하는 고선택성 슬러리는 이 공정에 바람직하다. 이는 도7 및 8에 나타낸 바와 같이 산화물 영역(41)을 분리시키게 되어, 폴리실리콘층(40)을 둘러싼다. 영역(41)은 기판 상에서 서로 소자를 절연시킨다. 도7 및 도8에 나타낸 바와 같이, 영역(41)은 도5 및 도6과 관련하여 설명된 단계 후에 기타 도면에서 존재하는 것이다.Photoresist mask 33 is used to cover the device active region. The polysilicon layer 40 in the field region 35 (shown diagonally in FIG. 6) is not covered by the resist. Any suitable portion of polysilicon layer 40 and substrate 20 is etched away to remove field region 35. Then, the resist layer 33 is removed. At this point, only the source region 26 and the drain region 28 of both the p-channel and n-channel transistors are covered with the polysilicon layer 40. The wafer is coated with an oxide layer (indicated by line 37 in FIG. 6) having a thickness greater than or equal to the depth of the oxide deposited in the field region 35. The oxide is planarized by CMP and stopped at the top surface of the polysilicon and silicon germanium layers. Highly selective slurries that remove oxides faster than polysilicon are preferred for this process. This separates the oxide region 41 as shown in FIGS. 7 and 8, and surrounds the polysilicon layer 40. Regions 41 insulate the devices from each other on the substrate. As shown in Figures 7 and 8, region 41 is present in other figures after the steps described in connection with Figures 5 and 6.

다음 단계는 도5∼도7에 남아 있는 폴리실리콘 영역(40)에 소스/드레인 이온 주입하는 것이다. p-채널 및 n-채널 소자가 제조되고 p-채널 소자에 먼저 주입되는 경우에 포토레지스트가 n-채널 트랜지스터를 마스킹하기 위해 도포된다. 도5에서 폴리실리콘 영역(40)을 포함하는 p-채널 소스/드레인 영역에는 BF2이온이 주입된다. 바람직한 이온 도즈량은 1.0∼5.0x1015cm-2이고, BF2이온 에너지는 10 keV∼80keV이다. 이온 에너지는 게이트 유전층을 통해 이온이 채널 영역에 주입되지 않도록 충분히 낮다. 이온 주입은 p-채널 트랜지스터를 위해 상승된 p+소스 영역 및 p+드레인 영역을 형성한다. 포토레지스트는 제거되고 새로운 포토레지스트가 사용되어 채널 소스/드레인 이온 주입을 위해 p-채널 트랜지스터를 마스킹한다.The next step is to implant source / drain ions into the polysilicon region 40 remaining in Figures 5-7. When p-channel and n-channel devices are fabricated and first implanted into the p-channel device, photoresist is applied to mask the n-channel transistors. In FIG. 5, BF 2 ions are implanted into the p-channel source / drain region including the polysilicon region 40. Preferred ion dose amounts are 1.0 to 5.0x10 15 cm -2 , and BF 2 ion energy is 10 keV to 80 keV. The ion energy is low enough that no ions are injected into the channel region through the gate dielectric layer. Ion implantation forms raised p + source and p + drain regions for the p-channel transistor. The photoresist is removed and a new photoresist is used to mask the p-channel transistor for channel source / drain ion implantation.

n-채널 소스/드레인은 이온 도즈량 1.0∼5.0x1015cm-2, 비소 이온 에너지 40 keV∼100keV, 또는 인 에너지 10 keV∼60keV에서 비소(또는 인) 이온을 주입함으로써 형성된다. 마스킹 레지스트는 제거되고, 웨이퍼는 약 800℃∼1100℃에서 15초∼60분 동안 불활성 가스 분위기에서 어닐링된다. p-채널 트랜지스터의 소스 및 드레인은 p+에 도핑되는 반면, n-채널 트랜지스터의 대응 영역은 n+에 도핑된다.The n-channel source / drain is formed by implanting arsenic (or phosphorus) ions at an ion dose of 1.0 to 5.0x10 15 cm -2 , arsenic ion energy of 40 keV to 100 keV, or phosphorous energy of 10 keV to 60 keV. The masking resist is removed and the wafer is annealed in an inert gas atmosphere for 15 seconds to 60 minutes at about 800 ° C to 1100 ° C. The source and drain of the p-channel transistor are doped to p + , while the corresponding region of the n-channel transistor is doped to n + .

도9를 참고로 할 때, 실리콘 게르마늄 섬(24)은 고선택성 습식 에칭과 같은 여러 방법 중 어느 한 방법에 의해 제거된다. 아세트산, 질산 및 HF의혼합물을 포함하여, 실리콘 상에 실리콘 게르마늄을 선택적으로 제거하는 수종류의 습식 에칭 공정이 있는 데, 이는 실리콘에 대해서는 100 대 1이상, 그리고 이산화 실리콘에 대해서는 1,000 대 1 이상으로 실리콘 게르마늄을 에칭하는 선택성을 나타낸다. NH4OH, H2O2및 물의 혼합물은 실리콘 보다 적어도 5배 빨리 실리콘 게르마늄을 선택적으로 에칭시킨다. H2O2, HF 및 물의 혼합물은 또한 실리콘 상에서 실리콘 게르마늄을 선택적으로 에칭시킨다. 이들 모든 습식 에칭 공정은 도9에 나타낸 구조를 갖게 된다. 실리콘 게르마늄 섬(24)을 에칭하는 동안 가능한 고선택성 및 패턴 조절로 인해, 게이트의 임계 치수, 즉 게이트의 길이가 조절될 수 있다. 다시 말해서, 스페이서(36,38)의 내측벽은 본 공정 동안 게이트 영역의 표면에 거의 정상적으로 남아 있게 되므로 게이트의 임계 치수는 제조 단계 동안 변하지 않는다. 상기 나타낸 실시예에서, 게이트는 0.10∼0.2 미크론, 바람직하기로는 약 0.13 미크론의 임계 치수를 갖는데, 이는 영역(26)으로부터 영역(28)까지 게이트 영역의 폭을 따라 연장된다. 완성된 트랜지스터의 채널 영역(42)이 되고, 섬(24)이 제거된 부분을 공극(45)이라 한다. 공극(45)은 게이트 영역 상의 공극이라고도 한다.Referring to Figure 9, silicon germanium islands 24 are removed by any one of several methods, such as high selectivity wet etching. There are several types of wet etching processes that selectively remove silicon germanium on silicon, including a mixture of acetic acid, nitric acid, and HF, at least 100 to 1 for silicon and 1,000 to 1 for silicon dioxide. The selectivity to etch silicon germanium is shown. The mixture of NH 4 OH, H 2 O 2 and water selectively etches silicon germanium at least five times faster than silicon. The mixture of H 2 O 2 , HF and water also selectively etches silicon germanium on silicon. All of these wet etching processes have the structure shown in FIG. Due to the high selectivity and pattern control possible while etching the silicon germanium islands 24, the critical dimensions of the gate, ie the length of the gate, can be adjusted. In other words, the inner sidewalls of the spacers 36 and 38 remain almost normally on the surface of the gate region during the present process so that the critical dimensions of the gate do not change during the manufacturing step. In the embodiment shown above, the gate has a critical dimension of 0.10 to 0.2 microns, preferably about 0.13 microns, which extends along the width of the gate region from region 26 to region 28. The portion of the completed transistor, which becomes the channel region 42 and where the island 24 is removed, is referred to as the void 45. The voids 45 are also called voids on the gate region.

실리콘 게르마늄의 제거 시, 오리지날 패드 산화물(22)의 나머지는 노출되고, 도9에서 선(22)으로만 나타냈다. 이 산화물 층이 게이트 유전체로서 역할을 할 지라도, 패드 산화물의 나머지는 실리콘 게르마늄 섬의 제거 후에 오염되거나 손상되기 쉽다. 패드 산화물(22)은 마스킹되지 않은 임계 조절 주입을 위한 스크린 산화물로서 작용할 수 있으므로, 패드 산화물(22)을 오염시키게 된다. 따라서, 패드 산화물(22)은 게이트 유전체로서 바람직하지 못하다. 패드 산화물(22)이 제거되기만 하면, 채널 영역(42)이 노출되므로 게이트 절연체의 일부를 그 위에 위치시킬 필요가 있게 된다.Upon removal of the silicon germanium, the remainder of the original pad oxide 22 was exposed, shown only in line 22 in FIG. Although this oxide layer serves as the gate dielectric, the rest of the pad oxide is susceptible to contamination or damage after removal of the silicon germanium islands. Pad oxide 22 may act as a screen oxide for non-masked critical control implantation, contaminating pad oxide 22. Thus, pad oxide 22 is not desirable as a gate dielectric. Once the pad oxide 22 is removed, the channel region 42 is exposed, which necessitates placing a portion of the gate insulator thereon.

게이트 유전체를 형성하는 가장 간단한 방법은 채널 영역(42)에서 노출된 실리콘 상에 유전체를 재 성장시키는 것이고, 이러한 재 성장은 엣지를 얇게 하여 궁극적으로는 소자로 하여금 바람직하지 못하게 낮은 게이트 파괴 전압을 갖게 한다. 이러한 효과는 상기 도2의 산화 단계의 분명한 고안에 의해 절감될 수 있다. 산화 단계 동안, 새 부리(30,32)는 실리콘 게르마늄 섬의 주변에 형성되어 게이트의 엣지에서 패드 산화물을 두껍게 한다. 나머지 패드 산화물 스트립이 주의 깊게 조절된다면, 소위 "토우"(toe)가 엣지 두께를 상쇄시키는 스페이서(36,38)의 바닥에서 형성된다.The simplest way to form a gate dielectric is to regrow the dielectric on the silicon exposed in the channel region 42, which re-thinks the edges and ultimately causes the device to have an undesirably low gate breakdown voltage. do. This effect can be reduced by the obvious design of the oxidation step of FIG. During the oxidation step, new beaks 30 and 32 are formed around the silicon germanium island to thicken the pad oxide at the edge of the gate. If the remaining pad oxide strips are carefully controlled, a so-called "toe" is formed at the bottom of the spacers 36 and 38 which offsets the edge thickness.

한편, 게이트 유전체는 어떤 퇴적 형태로 형성될 수 있으며, AlN, Al2O3, TiO2, ZrO2또는 Ta2O5과 같이 고 유전 상수 및/또는 고 파괴 강도 등의 바람직한 물성을 갖는 산화 실리콘 이외의 물질이 사용될 수 있기 때문에 바람직하다. 그 외에, 알루미늄 도핑 지르코늄 산화물, 실리콘 도핑 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 도핑 하프늄 산화물 및 실리콘 도핑 하프늄 산화물과 같은 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 화합물이 사용될 수 있다. 이들 경우에, 상기 산화 단계에 의해 새 부리의 형성은 불필요하므로, 이 단계는 공정에서 생략할 수 있다. 이 물질은 CVD, PVD 또는 원자층 퇴적(ALD)에 의해서 퇴적될 수 있다. 최종 목적은 이용되는 방법에 관계없이 도10에 나타낸 바와 같이 게이트 유전층(44)을 형성하는 것이다.On the other hand, the gate dielectric may be formed in any deposition, silicon oxide having desirable properties such as high dielectric constant and / or high fracture strength, such as AlN, Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 or Ta 2 O 5 Preferred is because other materials may be used. In addition, zirconium oxide and hafnium oxide compounds such as aluminum doped zirconium oxide, silicon doped zirconium oxide, hafnium oxide, aluminum doped hafnium oxide and silicon doped hafnium oxide may be used. In these cases, the formation of new beaks by the oxidation step is unnecessary, so this step can be omitted in the process. This material may be deposited by CVD, PVD or atomic layer deposition (ALD). The final goal is to form the gate dielectric layer 44 as shown in FIG. 10 regardless of the method used.

게이트 유전체(44)를 형성한 후, 게이트 전극 물질(46)이 구조 전체에 퇴적되어 도10에 나타낸 구조를 얻게 된다. 퇴적층(46)은 폴리실리콘으로 될 수 있다. 그러나, 폴리실리콘 이외의 물질이 공극을 충전하고, 소스, 게이트 드레인 영역에 연장시키는 데 사용될 수 있다. 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 백금(Pt) 또는 몰리브덴(Mo)과 같은 내화성 금속, 또는 구리(Cu)와 같은 고도전성 금속이 티탄질화물(TiN), 탄탈질화물(TaN) 또는 텅스텐질화물(WN)과 같은 배리어 금속과 함께 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 게이트를 형성하는 데 폴리실리콘 게르마늄이 사용될 수도 있다. 선택된 물질로 구조를 덮을 때, 그 구조는 CMP에 의한 전체적인 평면화를 이루어 폴리실리콘층(40)과 게이트 물질 층(46) 부분 뿐만 아니라 측벽 스페이서(36,38) 부분을 제거함으로써 도11에 나타낸 구조를 얻게 된다.After forming the gate dielectric 44, gate electrode material 46 is deposited throughout the structure to obtain the structure shown in FIG. The deposition layer 46 may be made of polysilicon. However, materials other than polysilicon may be used to fill the voids and extend into the source, gate drain regions. Refractory metals such as tungsten (W), tantalum (Ta), platinum (Pt) or molybdenum (Mo), or highly conductive metals such as copper (Cu) are titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN) or tungsten nitride ( It can be used with a barrier metal such as WN). In another embodiment, polysilicon germanium may be used to form the gate. When covering the structure with the selected material, the structure is globally planarized by CMP to remove the polysilicon layer 40 and the gate material layer 46 portion as well as the sidewall spacers 36 and 38 portion as shown in FIG. You get

게이트, 소스 및 드레인 전극의 기생 저항을 최소화하기 위해서 임의의 살리사이드(자기 정합된 규화물) 공정이 실시될 수 있다. 도12에 나타낸 바와 같이, 규화물층(52, 54)은 어닐링과 같은 어떠한 최신의 공정으로 형성될 수 있다. 살리사이드에 대한 종래 기술에서의 문제점은 게이트가 스페이서(36,38)에 남아있는 미에칭 금속에 의해 소스 및/또는 드레인에 단락될 수 있다는 것이다. 이 문제는 소위 "접촉 연마(touch polish)", 매우 짧은 CMP 단계에 의해 해결된다.Any salicide (self-matched silicide) process can be performed to minimize parasitic resistance of the gate, source and drain electrodes. As shown in Fig. 12, the silicide layers 52 and 54 may be formed by any modern process such as annealing. A problem with the prior art for salicide is that the gate can be shorted to the source and / or drain by the unetched metal remaining in the spacers 36 and 38. This problem is solved by the so-called "touch polish", a very short CMP step.

도12의 소자는 본 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려진 바와 같이 전극이 각 영역과 전기적으로 접속되어 있는 소스 영역, 게이트 영역, 드레인 영역에 대한 전극을 형성하기 위한 도전체 금속화를 할 수 있는 상태를 나타낸 것이다. 이는 알루미늄 합금과 같이 종래의 패터닝 및 에칭 금속화에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 표면은 전체적으로 평면화되기 때문에, 구리와 CMP를 이용한 내장 금속화가 쉽게 실시될 수 있다.The device of Fig. 12 is in a state capable of conducting metallization for forming electrodes for source regions, gate regions, and drain regions in which electrodes are electrically connected to respective regions, as is well known to those skilled in the art. It is shown. This can be accomplished by conventional patterning and etch metallization, such as aluminum alloys. However, since the surface is entirely planarized, embedded metallization using copper and CMP can be easily performed.

도13에 나타낸 바와 같이, 벌크 실리콘 층(60)과 매립된 산화층(62)을 갖는 SIMOX 기판 상의 구조를 나타낸다. 나머지 구조는 상기 소자와 같은 번호로 나타냈다.As shown in FIG. 13, a structure on a SIMOX substrate having a bulk silicon layer 60 and an oxide layer 62 embedded therein is shown. The remaining structure is indicated by the same number as the above element.

도14 및 15는 도9의 공극(45)에 배리어 층이 퇴적되는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 배리어층(70)은 공극(45)에 퇴적되는 구리 게이트 전극(73)과 함께 사용되는 티탄질화물(TiN), 탄탈질화물(TaN) 또는 텅스텐질화물(WN)과 같은 적당한 배리어 물질이 바람직하다. 소스 및 드레인 영역 상의 과도한 배리어 물질은 CMP에 의해 제거되어 게이트 전극(78)에 대한 배리어 물질의 자연적인 자신 정합을 가져온다. 도16은 SIMOX 기판 상에 도15의 실시예를 나타낸다. 도16의 게이트 유전체(44)는 Ta2O5, TiO2, ZrO2또는 HfO2와 같은 고유전 상수 물질의 퇴적과 같은 적절한 수단에 의해 제공되고, 상기 물질들은 Si 또는 Al, 또는 기타 적절한 유전 물질로 임으로 도핑될 수 있다. 도10에 나타낸 실시예에서 게이트 유전체(44)를 제공하는 데 유사한 공정이 이용될 수 있다.14 and 15 show another embodiment of the invention in which a barrier layer is deposited in the voids 45 of FIG. The barrier layer 70 is preferably a suitable barrier material such as titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN) or tungsten nitride (WN) used with the copper gate electrode 73 deposited in the voids 45. Excess barrier material on the source and drain regions is removed by CMP, resulting in a natural self-alignment of the barrier material to the gate electrode 78. Figure 16 shows the embodiment of Figure 15 on a SIMOX substrate. The gate dielectric 44 of FIG. 16 is provided by suitable means, such as deposition of high dielectric constant materials, such as Ta 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2, or HfO 2 , which materials may be Si or Al, or other suitable dielectric material. Can be doped with material. Similar processes can be used to provide the gate dielectric 44 in the embodiment shown in FIG.

SiSn과 같은 IV-B족 합금이 상기 공정에서 더미 또는 치환 게이트로서 사용될 수 있다. 유사한 공정들이 이들 물질의 유사한 화학 성질을 기본으로 실리콘 주석 합금 공정에서 실리콘 게르마늄에 사용될 수 있다. 이들의 새로운 더미 게이트 물질은 또한 강자성(ferroelectric) 메모리와 같은 기타 장치의 제조에 사용될 수 있다.Group IV-B alloys such as SiSn can be used as dummy or replacement gates in the process. Similar processes can be used for silicon germanium in silicon tin alloy processes based on the similar chemistry of these materials. Their new dummy gate materials can also be used in the manufacture of other devices such as ferroelectric memories.

본 발명의 상기 실시예는 상승된 소스/드레인 구조를 이용하고, 도17∼도22의 실시예는 종래의 소스/드레인 구조를 이용한다. 도17, 18, 19 및 20은 각각 도3, 4, 5 및 9 등에 나타낸 제1 실시예의 것들과 동일한 단계를 나타내고, 동일한 번호는 위 모든 도면에서 동일한 요소를 나타낸다. 도 17에서, 섬(24) 및 측벽 스페이서(36,38)의 형성 후에, 주입 단계가 실시되어 적절한 p- 또는 n-형 도핑제(형성되는 소자의 도전 형에 따라 달라짐)를 기판(20)에 주입한다. 도핑제를 활성화하기 위해서 적당한 어닐링이 실시된 후, 소스 및 드레인 영역(100,102)이 형성된다.The above embodiment of the present invention uses an elevated source / drain structure, and the embodiments of Figs. 17-22 use a conventional source / drain structure. 17, 18, 19 and 20 represent the same steps as those of the first embodiment shown in Figs. 3, 4, 5 and 9, respectively, and like numerals denote like elements in all the above figures. In FIG. 17, after formation of the islands 24 and the sidewall spacers 36, 38, an implantation step is performed to provide a suitable p- or n-type dopant (depending on the conductivity type of the device being formed) of the substrate 20. Inject in. After suitable annealing is performed to activate the dopant, source and drain regions 100 and 102 are formed.

본 실시예에서, 다음 단계(도18)는 합금 섬, 섬 측벽 및 소스 및 드레인 영역에 이산화 실리콘 같은 유전층(106)을 퇴적시키는 것이다. 층(106)은 또한 상기 구조 상에 퇴적된 비 섬 물질 또는 "유전 물질의 제1층"이라고도 한다. 도4의 층(40)에 있어서, 층(106)은 양 "T"만큼 실리콘 게르마늄("섬")층(24)보다 더 두껍다(도 4 참조). 그 구조는 도19에 나타낸 것처럼 CMP에 의해 처리되어 실리콘 게르마늄 섬(24)을 노출시킨다. 도19에서, 소스/드레인 영역(100/102)은 각각 이실리콘 산화물층(110/112)에 의해 덮인다. 소자 분리를 위한 필드 영역은 도6∼8에서와 같이 형성될 수 있다.In this embodiment, the next step (Figure 18) is to deposit a dielectric layer 106, such as silicon dioxide, on the alloy islands, island sidewalls, and source and drain regions. Layer 106 is also referred to as a non-islet material or “first layer of dielectric material” deposited on the structure. In layer 40 of FIG. 4, layer 106 is thicker than silicon germanium (“island”) layer 24 by an amount “T” (see FIG. 4). The structure is processed by CMP to expose the silicon germanium island 24 as shown in FIG. In Fig. 19, the source / drain regions 100/102 are each covered by the silicon oxide layers 110/112. Field regions for device isolation may be formed as in FIGS. 6 to 8.

이 점에서 실리콘 게르마늄 섬(24)은 섬(24) 물질을 선택적으로 제거하는 적당한 방법에 의해 제거되지만 측벽 스페이서(36,38) 또는 이산화 실리콘 영역(110,112)을 제거하지 않는 어느 적절한 방법에 의해 제거된다. 이산화 실리콘 또는 실리콘 질화물 상의 실리콘 게르마늄을 선택적으로 제거하는 공지된 수가지 습식 에칭 공정이 있다. 상기와 같이 제거한 결과, 도20에서 나타낸 바와 같이 소자의 게이트 영역 또는 채널 영역(42) 상에 공극(45)이 형성된다.In this regard, the silicon germanium island 24 is removed by any suitable method to selectively remove the island 24 material, but by any suitable method that does not remove the sidewall spacers 36 and 38 or the silicon dioxide regions 110 and 112. do. There are several known wet etching processes that selectively remove silicon germanium on silicon dioxide or silicon nitride. As a result of the above removal, as shown in Fig. 20, the voids 45 are formed in the gate region or the channel region 42 of the device.

게이트 유전층(44)(도21)의 형성과 도17∼22의 실시예에서 게이트 전극 물질 층(46)의 퇴적은 상기 도10에서 나타낸 바와 동일하다. 게이트 구조로 공극(45)을 채우는 것은 구조의 상부 표면을 도22의 선(118)으로 나타낸 수준까지 평면화한 후에 이루어진다. 평면화 단계는 화학 기계적 연마에 의해 실시된다.Formation of gate dielectric layer 44 (FIG. 21) and deposition of gate electrode material layer 46 in the embodiments of FIGS. 17-22 are the same as shown in FIG. Filling the void 45 with the gate structure occurs after planarizing the top surface of the structure to the level shown by line 118 in FIG. The planarization step is carried out by chemical mechanical polishing.

마지막으로, 유전체(122)의 제2층은 평면화 구조 위에 퇴적된다. 구멍(124,126,128)은 층(122)을 관통하여 형성되는 데, 구멍(126)은 게이트 구조(130)까지 연장되고, 구멍(124,128)은 제1 유전층(110,112)을 관통해 소스 및 드레인 영역(100,102)까지 각각 연장되도록 형성된다. 적당한 금속층(도시하지 않음)이 구조 위와 구멍(124,126,128) 속에 형성되어 소스 영역(100), 게이트 영역(130), 및 드레인 영역(102)와 전기 접속되는 전극을 형성하여 소자가 완성된다.Finally, a second layer of dielectric 122 is deposited over the planarization structure. Holes 124, 126, 128 are formed through layer 122, with holes 126 extending to gate structure 130, holes 124, 128 passing through first dielectric layer 110, 112, and source and drain regions 100, 102. Are each extended up to). A suitable metal layer (not shown) is formed over the structure and in the holes 124, 126, 128 to form an electrode in electrical contact with the source region 100, the gate region 130, and the drain region 102 to complete the device.

그러므로, 실리콘 게르마늄 또는 유사한 합금, 치환 게이트를 이용한 MOSFET를 형성하는 방법이 기재되었다. 구조를 형성하는 바람직한 방법 및 SIMOX 기판에 그를 이용하는 기술도 기재되었을지라도, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않고 여러 가지로 변형할 수 있다.Therefore, a method of forming a MOSFET using silicon germanium or a similar alloy, a substitution gate has been described. Although the preferred method of forming the structure and the technique of using the same in the SIMOX substrate have been described, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

본 발명에서는 게이트 임계 치수의 양호한 조절에 의해 선택적으로 제거될 수 있는 더미 또는 치환 게이트에 대한 새로운 물질을 사용한다. 특히, 실리콘 게르마늄 치환 게이트는 종래의 치환 게이트 보다 더 빠르고 쉽게 패턴화될 수 있다. 또한, 치환 게이트 물질로서 실리콘 게르마늄 또는 이와 유사한 합금을 이용하면 산화물 또는 질화물 스페이서를 사용할 수 있어 치환 게이트 섬을 형성할 수 있다. 그러나, 종래의 폴리실리콘 치환 게이트는 산화물 스페이서로만 형성될 수 있다.The present invention uses new materials for dummy or replacement gates that can be selectively removed by good adjustment of gate critical dimensions. In particular, silicon germanium substitution gates can be patterned faster and easier than conventional substitution gates. In addition, the use of silicon germanium or similar alloys as the substitution gate material allows the use of oxide or nitride spacers to form the substitution gate islands. However, conventional polysilicon substitution gates can only be formed with oxide spacers.

Claims (27)

하기 단계를 포함하는 기판 상에 MOSFET 구조를 제조하는 방법:A method of fabricating a MOSFET structure on a substrate comprising the following steps: 주기율표 IV-B족 원소의 합금으로 이루어지는 섬을 기판 내의 게이트 영역 상에 형성하는 단계;Forming an island made of an alloy of group IV-B elements of the periodic table on the gate region in the substrate; 상기 섬 주위에 측벽을 설정하는 단계;Establishing sidewalls around the island; 기판 내에 소스 영역과 드레인 영역을 형성하는 단계;Forming a source region and a drain region in the substrate; 측벽을 제거하지 않고 섬을 선택적으로 제거하여 게이트 영역 상에 공극을 남기는 단계; 및Selectively removing islands without removing sidewalls to leave voids on the gate area; And 공극을 게이트 구조로 채우는 단계.Filling the voids with the gate structure. 제 1항에 있어서, IV-B족 원소의 합금이 Si1-xGex이고, 여기서 x가 약 0.05∼1.0인 방법.The method of claim 1, wherein the alloy of group IV-B elements is Si 1-x Ge x , wherein x is about 0.05-1.0. 제 1항에 있어서, 섬을 형성하는 단계 전에, 두께 5∼30nm의 기판 상에 산화층을 퇴적하고, 상기 섬을 형성하는 단계가 상기 산화층 상에 섬을 형성하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein prior to forming the islands, depositing an oxide layer on a substrate having a thickness of 5 to 30 nm and forming the islands comprises forming islands on the oxide layer. 제 3항에 있어서, 상기 섬을 형성하는 단계가 산화층 위에 약 150∼500nm의 두께로 IV-B족 원소의 합금으로부터 형성된 물질의 층을 퇴적하는 것을 포함하는 방법.4. The method of claim 3, wherein forming the island comprises depositing a layer of material formed from an alloy of group IV-B elements to a thickness of about 150-500 nm over the oxide layer. 제 4항에 있어서, 상기 섬을 형성하는 단계가 주기율표 IV-B족 원소의 합금으로 이루어진 물질의 층을 산화층에 퇴적하는 단계; 상기 섬 부분에 상기 퇴적층을 마스킹하는 단계; 및 상기 퇴적층을 에칭하여 게이트 영역 상의 부분을 제외하고 퇴적층을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.5. The method of claim 4, wherein forming the islands comprises: depositing a layer of material of an alloy of periodic table IV-B elements on the oxide layer; Masking the deposited layer on the island portion; And etching the deposited layer to remove the deposited layer except portions on the gate region. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 게르마늄 합금 섬을 제거하는 공정이 상기 섬, 측벽 및 소스 영역 및 드레인 영역 위에 비 섬 물질 층을 퇴적하는 단계; 상기 섬의 상부의 구조를 화학 기계적으로 연마하는 단계; 및 상기 섬을 용매로 용해시켜 공극을 남기는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein removing the silicon germanium alloy islands comprises depositing a layer of non-island material over the islands, sidewalls and source and drain regions; Chemical mechanical polishing the structure of the top of the island; And dissolving the island with a solvent to leave voids. 제 6항에 있어서, 상기 비 섬 물질 층이 폴리실리콘, 즉 제1 폴리실리콘 층이고, 공극을 채우는 상기 단계가 나머지 제1 폴리실리콘 층과 공극 위에 게이트 물질 층을 퇴적하는 단계와 제1 폴리실리콘 층의 상부 수준까지 물질을 제거하기 위해 구조를 화학 기계적으로 연마하는 단계를 포함하는 방법.7. The method of claim 6 wherein the non-islet material layer is polysilicon, i.e., a first polysilicon layer, and wherein filling the voids comprises depositing a gate material layer over the remaining first polysilicon layers and the voids and the first polysilicon. Chemical mechanical polishing the structure to remove material to the upper level of the layer. 제 7항에 있어서, 상기 게이트 물질이 폴리실리콘; 텅스텐(W); 탄탈(Ta); 백금(Pt); 몰리브덴(Mo); 티탄질화물(TiN), 탄탈질화물(TaN) 또는 텅스텐질화물(WN)과 같은 배리어 금속과 함께 이용되는 구리(Cu); 및 폴리실리콘 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.8. The method of claim 7, wherein the gate material comprises polysilicon; Tungsten (W); Tantalum (Ta); Platinum (Pt); Molybdenum (Mo); Copper (Cu) used with barrier metals such as titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN) or tungsten nitride (WN); And polysilicon germanium. 제 6항에 있어서, 상기 비 섬 물질 층이 유전 물질의 제1층인 방법.The method of claim 6, wherein the non-islet material layer is a first layer of dielectric material. 제 9항에 있어서, 상기 유전 물질의 제1층이 실리콘 질화물 및 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.10. The method of claim 9, wherein the first layer of dielectric material is selected from the group consisting of silicon nitride and oxides. 제 9항에 있어서, 공극을 게이트 구조로 채우는 단계 후에, 화학 기계적 연마에 의해 구조의 상부 표면을 평면화시키는 단계를 포함하는 방법.10. The method of claim 9 including after the step of filling the voids with the gate structure, planarizing the top surface of the structure by chemical mechanical polishing. 제 11항에 있어서, 구조를 명편화하는 단계 후에, 평면화 구조 위에 유전 물질의 제2층을 퇴적하는 단계, 유전 물질의 제2층을 관통해 상기 게이트 구조까지 구멍을 형성하는 단계, 상기 유전 물질의 제2층과 제1층을 관통해 상기 소스 및 드레인 영역까지 구멍을 형성하는 단계, 및 상기 구조 위의 금속층을 상기 구멍까지 퇴적하여 소스 영역, 게이트 영역 및 드레인 영역과 전기적으로 접속되도록 전극을 형성하는 단계를 포함하는 방법.12. The method of claim 11, after the step of flattening the structure, depositing a second layer of dielectric material over the planarizing structure, forming a hole through the second layer of dielectric material to the gate structure, the dielectric material Forming a hole through the second layer and the first layer of the electrode to the source and drain regions, and depositing a metal layer on the structure to the hole to electrically connect the electrode to the source region, the gate region and the drain region. Forming. 제 1항에 있어서, 상기 섬 주위에 측벽을 설정하는 단계가 실리콘 질화물 및 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질의 측벽을 설정하는 단계를 포함하는 방법.2. The method of claim 1, wherein setting the sidewalls around the island comprises setting sidewalls of a material selected from the group consisting of silicon nitride and oxides. 제 1항에 있어서, 공극이 소스 영역으로부터 드레인 영역까지 0.10∼0.2미크론 연장된 길이를 갖는 방법.The method of claim 1 wherein the voids have a length extending from 0.10 to 0.2 microns from the source region to the drain region. 제 1항에 있어서, 공극을 게이트 구조로 채우는 공정이 게이트 유전층을 소스 영역, 드레인 영역 및 공극 위에 퇴적하여 게이트 유전층이 공극에 형성되는 단계, 및 게이트 유전층 위에 게이트 전극 물질 층을 퇴적하는 단계를 포함하는 방법.2. The process of claim 1, wherein filling the voids with the gate structure comprises depositing a gate dielectric layer over the source region, the drain region, and the void to form a gate dielectric layer in the void, and depositing a gate electrode material layer over the gate dielectric layer. How to. 제 15항에 있어서, 상기 게이트 유전층을 형성하는 단계가 고유전상수 및 고 파괴 강도를 갖는 물질을 퇴적하는 단계를 포함하는 방법.16. The method of claim 15, wherein forming the gate dielectric layer comprises depositing a material having a high dielectric constant and high breaking strength. 제 15항에 있어서, 상기 퇴적된 게이트 유전체가 Ta2O5, TiO2, ZrO2또는 HfO2; Si로 도핑된 Ta2O5, TiO2, ZrO2또는 HfO2물질; Al로 도핑된 Ta2O5, TiO2, ZrO2또는 HfO2물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 방법.The method of claim 15, wherein the deposited gate dielectric comprises: Ta 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2 or HfO 2 ; Ta 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2 or HfO 2 materials doped with Si; A material comprising a material selected from the group consisting of Ta 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2 or HfO 2 materials doped with Al. 제 15항에 있어서, 게이트 유전층을 퇴적하는 단계가 물리적 증기 증착법(PVD), 화학적 증착법(CVD) 및 플라즈마 촉진 화학 증착법(PECVD)로부터 선택되는 공정에 의해 실시되는 방법.The method of claim 15, wherein depositing the gate dielectric layer is performed by a process selected from physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and plasma accelerated chemical vapor deposition (PECVD). 제 1항에 있어서, 공극을 게이트 구조로 채우는 단계 후에, 화학 기계적 연마법에 의해 구조의 상부 면을 평면화하는 단계를 포함하는 방법.2. The method of claim 1 including after the step of filling the voids with the gate structure, planarizing the top surface of the structure by chemical mechanical polishing. 제 19항에 있어서, 상기 구조의 상부 면을 평면화하는 단계 후에, 금속 층이 구조의 상부 면에 퇴적되고, 그 구조가 소스 영역, 게이트 영역 및 드레인 영역과 전기 접속되는 전극을 형성하도록 금속화되는 방법.20. The method of claim 19, wherein after planarizing the top surface of the structure, a metal layer is deposited on the top surface of the structure and the structure is metalized to form an electrode in electrical connection with the source region, the gate region and the drain region. Way. 제 20항에 있어서, 상기 구조의 상부 면에 금속층을 퇴적하는 단계 후와 상기 구조를 금속화하는 단계 전에, 살리시드 공정을 촉진시키기 위해서 구조를 어닐링하는 단계를 포함하는 방법.21. The method of claim 20 including annealing the structure to promote a salicide process after depositing a metal layer on the top surface of the structure and before metallizing the structure. 하기 단계를 포함하는 MOSFET의 제조 방법:A method of making a MOSFET comprising the following steps: 소자 분리를 위해 실리콘 기판 상에 산화층을 퇴적하는 단계;Depositing an oxide layer on the silicon substrate for device isolation; 기판 내의 게이트 영역 위에 실리콘 주석 합금 섬을 형성하는 단계;Forming a silicon tin alloy island over a gate region in the substrate; 실리콘 주석 합금 섬 주위에 측벽을 설정하는 단계;Setting a sidewall around the silicon tin alloy island; 기판 내에 소스 영역과 드레인 영역을 형성하는 단계;Forming a source region and a drain region in the substrate; 실리콘 주석 합금 섬을 제거하여 게이트 영역 상에 공극을 남기는 단계;Removing the silicon tin alloy islands to leave voids on the gate region; 소스 영역과 드레인 영역 상의 부분과 공극을 채우는 단계; 및Filling portions and voids on the source and drain regions; And 구조의 상부 표면을 화학 기계적 연마법으로 평면화하는 단계.Planarizing the upper surface of the structure by chemical mechanical polishing. 제 22항에 있어서, 실리콘 주석 합금이 Si1-xSnx으로 나타내지고, 여기서 x가 약 0.05∼1.0인 방법.The method of claim 22, wherein the silicon tin alloy is represented by Si 1-x Sn x , wherein x is about 0.05 to 1.0. 제 22항에 있어서, 실리콘 주석 합금 섬 주위에 측별을 설정하는 단계가 실리콘 질화물 및 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 측벽 물질로 측벽을 설정하는 것을 포함하는 방법.23. The method of claim 22, wherein establishing side measurements around the silicon tin alloy islands comprises setting the sidewalls with sidewall material selected from the group consisting of silicon nitride and oxide. 하기 단계를 포함하는 MOSFET의 제조 방법:A method of making a MOSFET comprising the following steps: 소자 분리를 위해 실리콘 기판 상에 산화층을 퇴적하는 단계;Depositing an oxide layer on the silicon substrate for device isolation; 기판 내의 게이트 영역 위에 실리콘 게르마늄 합금 섬을 형성하는 단계;Forming a silicon germanium alloy island over a gate region in the substrate; 실리콘 게르마늄 합금 섬 우위에 측벽을 설정하는 단계;Setting the sidewalls on the silicon germanium alloy island edge; 기판 내에 소스 영역과 드레인 영역을 형성하는 단계;Forming a source region and a drain region in the substrate; 실리콘 게르마늄 합금 섬을 제거하여 게이트 영역 상에 공극을 남기는 단계;Removing the silicon germanium alloy island to leave voids on the gate region; 소스 영역과 드레인 영역 상의 부분과 공극을 채우는 단계; 및Filling portions and voids on the source and drain regions; And 구조의 상부 표면을 화학 기계적 연마법으로 평면화하는 단계.Planarizing the upper surface of the structure by chemical mechanical polishing. 제 25항에 있어서, 실리콘 게르마늄 합금이 Si1-xGex로 나타내지고, 여기서 x가 약 0.05∼1.0인 방법.The method of claim 25, wherein the silicon germanium alloy is represented by Si 1-x Ge x , wherein x is about 0.05 to 1.0. 제 25항에 있어서, 실리콘 게르마늄 합금 섬 주위에 측벽을 설정하는 단계가 실리콘 질화물 및 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 측벽 물질로 측벽을 설정하는 것을 포함하는 방법.27. The method of claim 25, wherein setting the sidewalls around the silicon germanium alloy island comprises setting the sidewalls with sidewall material selected from the group consisting of silicon nitride and oxide.
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