KR20050118686A - 반도체 장치 형성 방법 및 ｍｉｓ 유형 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MIS 유형 반도체 장치를 제공하는데, 그 장치는 반도체 기판과, 게이트 절연 필름상에 형성되고 게이트 재질로 형성되는 게이트 전극을 포함한다. 게이트 전극은 기판을 향해 배향된 제 1 측면과 기판으로 멀어지도록 배향된 제 2 측면을 가진 활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1층 - 제 1층은 1019ions/㎤ 이상의 도핑 레벨을 가짐 - 과, 활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1층의 제 2 측면에 게이트 재질의 제 2 층을 포함한다. 본 발명은 그러한 장치를 형성하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 프로세싱 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들어, MIS(Metal Insulator-Semiconductor) 또는 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 장치를 가진 반도체 장치의 제조에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치, 특히 MIS 또는 MOS 트랜지스터 장치의 스케일링은, 게이트 전극의 길이가 대략 수십 나노메타인 단계에 이르렀다.
반도체 프로세싱에 있어서, 예를 들어, 얕은 접합 또는 아주 얕은 접합을 형성하기 위해 실리콘과 같은 게이트 물질을 도핑시키는 이온 주입이 넓게 이용된다. 이온 주입은 실리콘 격자에 손상을 입히는데, 실리콘내에서 도펀트를 활성화시키고 캐리어 이동도를 복구하기 위해서는 이 손상을 어닐링으로 수리해야 한다. 예를 들어, 대략 800℃와 1000℃ 사이의 높은 온도에서 30분의 시간 기간동안 주입전 어닐링(post-implantation annealing)이 실행되는 경우가 있다. 대안적으로, 예를 들어, 1100℃의 훨씬 높은 온도에서 단지 1초 동안의 짧은 시간 기간 동안에 실행되는 신속한 열적 어닐링이 실행될 수도 있다.
예를 들어, 1020ions/㎤ 이상의 도핑 농도를 가진 실리콘처럼 무겁게 도핑된 실리콘에 있어서, 상술한 어닐링 절차는 도펀트의 완전한 활성화를 성취할 수 없어서, 가장 중요한 문제중의 하나인 트랜지스터 성능을 개선할 수 없다. 동일한 시간 기간동안에 보다 높은 온도의 어닐링을 제공하기 위해 온도를 상승시키는 것은 도펀트의 보다 양호한 활성화를 획득할 수 있게 하는 해법으로 될 수 있다. 그러나, 이러한 높은 온도는 이미 형성되어 있는 접합을 확장시키는데, 소형 장치의 경우에는 이러한 것이 허용되지 않는다.
이러한 문제에 대한 해법은 US-5882953에 개시되어 있는바, 거기에는 반도체 재질내의 도펀트를 활성화시키는 방법이 설명되어 있다. 그 방법은 도펀트로 반도체 재질을 과포화시키는 단계와, 기설정된 활성 임계치보다 높게 과포화된 반도체 재질에 고밀도의 전류를 인가하는 단계를 포함한다. 그러나, 이 방법은, 예를 들어, 기존의 CMOS 프로세스에 쉽게 통합될 수 없다.
게이트에 이온 주입된 도펀트의 원하는 활성화를 이루기 위해, 현재까지는 어닐링이 이용되었으며, 폴리실리콘 게이트내의 그레인 크기를 적절히 튜닝하였다. 이에 따라, 활성 어닐링 단계 동안에 폴리실리콘-절연체 인터페이스를 향해 도펀트를 확산시키는데 적합한 미세 그레인된 폴리실리콘 구조가 생성되었다. 그러나, 최적의 그레인 크기는 약 30nm이며, 최근의 진보된 소형화 기술에 있어서, 이러한 것은 기본적으로 게이트 전극이 단지 몇개의 그레인만을 구비하는 것을 의미한다.
이점에 있어서 주요한 두가지 문제가 발생된다. 첫번째, 게이트 형성 동안에, 예를 들어, 폴리실리콘 형성 동안에, 게이트 재질과 게이트 절연체사이에 갭이 나타나게 되어, 소위 EOT(Equivalent Oxide Thickness)를 증가시키고, ON 전류를 감소시키며, 그에 따라 트랜지스터 성능을 열화시킨다. 두번째, 대략 1020ions/㎤ 레벨의 게이트 활성화가 실제적인 과제로 되는데, 그 이유는 진보된 기술에서는 그레인 경계를 통해서가 아니라 결정질 실리콘(단지 하나의 그레인)에서 확산이 실행되어야하기 때문이다.
도 1은 반도체 기판과, 그 위에 형성된 게이트 절연 필름 및 게이트 재질의 제 1 층의 스택을 도시한 개략적인 단면도,
도 2는 반도체 기판과, 그 위에 형성된 게이트 절연 필름, 게이트 재질의 제 1 층 및 게이트 재질의 제 2 층의 스택을 도시한 개략적인 단면도,
도 3은 850mJ/㎠로 레이저 열적 어닐링되고, 0.5keV 에너지와 1015 주입을 가진 B에 대한 SIMS와 SRP 프로파일을 나타내는 접합 깊이와 농도의 함수 관계를 나타내는 그래픽도.
서로 다른 도면에 있어서, 동일 참조 도면은 동일하거나 유사한 소자를 나타낸다.
본 발명의 목적은, 예를 들어, 게이트를 형성하는 높게 도핑된 반도체 재질에서 만족할만한 도펀트 활성화를 이루는 방법을 제공하고, 그와 같이 높게 도핑되고 활성화된 반도체 재질을 포함하는 장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적은 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 달성된다.
본 발명은 게이트를 가진 반도체 장치를 형성하는 방법을 제공하며, 그 방법은
비정질 게이트 재질의 제 1 층을 제공하고,
비정질 게이트 재질의 제 1 층을 도핑하여 비정질 게이트 재질의 제 1 도핑층을 형성하고,
게이트 재질의 제 1 도핑층을 열적 활성화시켜, 게이트 재질의 제 1 활성층을 형성하고,
게이트 재질의 제 1 활성층의 상부에 게이트 재질의 제 2 층을 제공하는 것을 포함한다.
이러한 방식에서는, 게이트 전극이 단지 몇개의 게이트 재질의 그레인을 구비하는 진보된 기술에서도, 높게 활성화된 게이트 전극이 획득될 수 있다.
비정질 게이트 재질의 제 1 층을 제공하는 것은 약 10nm 내지 40nm, 바람직하기로는 약 20nm 내지 30nm의 두께를 가진 비정질 게이트 재질의 층을 형성하는 것을 포함한다.
게이트 재질의 제 2층을 제공하는 것은, 약 50nm 내지 150nm, 바람직하기로는 약 70nm 내지 130nm의 두께를 가진 게이트 재질의 층을 형성하는 것을 포함한다.
게이트 재질의 제 2층은 비정질 게이트 재질 또는 폴리결정질 게이트 재질을 포함한다.
게이트 재질의 제 1 층 및 제 2층은 실리콘 기반형이다. 실리콘은 반도체 재품에 공통으로 이용되는 재질이다. 그 경우, 제 1 층은 비정질 실리콘으로써 값싸고 제조가 용이하며, 제 2층은 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘이다.
그 도핑은 NMOS 장치를 형성하는 n형 불순물로 실행되거나 PMOS 장치를 형성하는 p형 불순물로 실행된다.
본 발명에 따른 방법은 게이트 재질의 제 2층과 게이트 재질의 활성화된 제 1 층을 패터닝하여 기판상에 하나 이상의 게이트를 형성하는 것을 포함한다.
본 발명은 MIS형 반도체 장치를 제공하는데, 그 장치는 반도체 기판과, 게이트 절연 필름상에 형성되고 게이트 재질로 형성된 게이트 전극을 포함한다.
게이트 전극은,
기판을 향해 배향된 제 1 측면과 기판으로 멀어지도록 배향된 제 2 측면을 가진 활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1층 - 제 1층은 1019ions/㎤ 이상의 도핑 레벨을 가짐 - 과,
활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1층의 제 2 측면에 마련된 게이트 재질의 제 2 층을 포함한다.
활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1 층은 1020ions/㎤ 이상의 도핑 레벨, 바람직하기로는 5×1020ions/㎤ 이상의 도핑 레벨을 가진다.
활성화된 게이트 재질내의 도핑 주입은 2nm 이상의 단열(abruptness), 바람직하기로는 1.5nm 이상의 단열, 가장 바람직하기로는 약 1nm의 단열을 가진다. 그러한 높은 단열은, 종래 기술의 장치에서의 문제점인 게이트 공핍에 대해 큰 개선점을 제공하고, 금속 게이트 도입에 대한 필요성을 지체시킨다.
본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 게이트 재질의 제 2 층은 비정질 게이트 재질 또는 폴리결정질 게이트 재질을 포함한다. 제 2 층의 그레인 크기는 40nm 미만이며, 바람직하기로는 30nm 미만이다. 제 1 층은 결정질이거나 5nm 미만의 그레인을 갖도록 매우 미세하게 그레인된다. 이것은 그레인 크기가 30-40nm보다 큰 종래 기술의 장치와 아주 다르다.
반도체 기판과 게이트 전극 사이에 게이트 절연체가 제공된다.
그 장치는 트랜지스터일 수 있다.
예를 들어, NMOS 및 PMOS에 대해 높은 도핑 레벨까지 게이트를 형성하는 반도체 재질의 이온 주입된 도펀트를 탁월하게 활성화하는 본 발명에 의해 해법이 제공됨으로써, 예를 들어 폴리실리콘 그레인 구조와 같은 게이트 재질 그레인 구조에 관한 문제가 해결된다. 높은 도핑이라 하는 것은, 1020ions/㎤ 이상의 도핑 레벨, 바람직하기로는 1021ions/㎤ 이상의 도핑 레벨을 의미한다.
본 발명의 이러한 특성, 특질 및 장점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하는 이하의 상세한 설명으로 부터 명확해질 것이다. 이러한 설명은 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다. 이하에 인용된 참조 도면은 첨부된 도면을 나타낸다.
본 발명은 특정 도면을 참조하여 특정의 실시예로서 설명될 것이지만, 그에 제한되는 것이 아니라 청구 범위에 의해서만 제한된다. 도시된 도면은 단지 개략적인 것이며, 제한을 위한 것은 아니다. 도면에 있어서, 일부 소자들의 크기는 설명을 위해 과장된 것으로 축적으로 도시된 것이 아니다. 용어 "포함하는'이 상세한 설명 및 청구 범위에 설명되었지만, 그것이 다른 소자 및 단계를 배제하는 것은 아니다. 부정관사 및 정관사가 단수 명사 "소정" 또는 "그" 를 나타내는데 이용되었지만, 이것은 특정하게 다르게 언급한 경우가 아니라면, 다수개가 있음을 포함한다.
또한, 상세한 설명 및 청구 범위에 있어서, 용어, 제 1의 , 제 2의 등은 유사한 소자들을 구별하는데 이용된 것으로, 연속적이거나 연대순을 나타내는데 필수적인 것은 아니다. 그와 같이 이용된 용어는 적절한 상황에서 상호 뒤바뀔 수 있으며, 본 명세서에서 설명한 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 설명되거나 예시된 것과는 다른 순서로 동작할 수 있음을 알아야 한다.
또한, 상세한 설명 및 청구 범위에 있어서 상부, 하부, 위에, 아래에 등의 용어는 설명을 위해 이용된 것으로, 상대적 위치를 설명하는데 있어서 필수적인 것은 아니다. 그와 같이 이용된 용어는 적절한 환경에서 상호 뒤바뀔 수 있으며, 본 명세서에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 설명되거나 예시된 다른 배향으로 동작할 수 있음을 알아야 한다.
본 발명에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 단계에서, 기판(2)이 제공된다. 본 발명의 실시예에 있어서, 용어 "기판"은 임의의 하부에서 이용될 수 있는 재질을 포함하거나, 또는 그 위에 소정 회로나 에피택셜층이 형성되는 것을 포함한다. 다른 대안적인 실시예에 있어서, 이러한 "기판"은, 예를 들어, 도핑된 실리콘, GaAs, GaAsP, InP, Ge 또는 SiGe 기판과 같은 반도체 기판을 포함한다. '기판"은, 예를 들어, 반도체 기판 부분에 부가된 SiO2 또는 Si3N4층과 같은 절연층을 포함한다. 따라서, 용어 "기판"은 실리콘-온-글래스(silicon-on-glass), 실리콘-온-사파이어(silicon-on-sapphire) 기판을 포함한다. 용어 "기판"은 소정 층 또는 관심층의 하부에 놓여있는 층들에 대한 소자들을 포괄적으로 정의하는데 이용된다. 또한, 용어 "기판"은, 예를들어, 글라스나 금속층과 같이, 소정 층이 그 위에 형성되는 임의의 다른 베이스(base)일 수 있다. 이하의 프로세싱에서는 실리콘 프로세싱을 참조하여 설명될 것이지만, 당업자라면 본 발명이 다른 반도체 재질 시스템에 기반하여 구현될 수 있음을 알 것이며, 당업자라면 이하에 설명된 유전체 및 전도체와 등가인 적당한 재질을 선택할 수 있을 것이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 실리콘 기판과 같은 기판(2)의 상부에서는, 예를 들어, 실리콘 이산화물을 포함하는 게이트 산화물층(4)과 같은 절연층이 형성되는데, 이러한 형성은 산소-스팀 환경에서 약 600 내지 1000℃ 사이의 온도로 대략 1(또는 그 미만) 내지 15nm의 두께까지 그것을 열적 성장시킴에 의해 이루어진다. 대안적으로, 예를 들어, ISSG(in-situ steam generation)의 RTO(Rapid Thermal Oxidation)가 이용되어 게이트 산화층(4)이 획득될 수 있으며 또는 임의의 다른 적정한 방법이 이용될 수 있다.
게이트 절연층 또는 게이트 산화층(4)의 상부에는, 10nm 내지 40nm, 바람직하기로는 20nm 내지 30nm의 비정질 게이트 재질층(6), 즉, 비정질 실리콘과 같은 비 결정질 게이트 재질이 증착된다. 이러한 증착은 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 실행된다. 소오스 가스로서, 실란 및 수소의 가스 혼합(SiH4)이 이용된다. 실란의 유속은 0.5slm(분당 표준 리터)이고, 필름 증착 온도는 550℃이다. 게이트 절연체(4)와의 인터페이스에 이용되는 큰 그레인 폴리결정질 구조가 없게되면 완전한 인터페이스가 획득된다.
후속적으로, 도펀트(8)가 아주 얕게 주입된다. 즉, 비정질층(6)내의, 주입에 노출된 표면 바로 아래에 주입된다. 이러한 도펀트(8)는, PMOS의 경우, 제 1 유형, 예를 들어, 보론(B), 플루오르(F), BF2와 같은 B 및 F 공-주입(co-implant), 질화물(N), 인듐(N), 염소(Cl), N 및 F 공-주입, In 및 F 공-주입 또는 Cl 및 F 공-주입과 같은 P형 불순물일 수 있다. F 주입의 경우, 적절하게 튜닝되면, 임의의 다른 주입보다 나은 단열의 도펀트 프로파일을 제공할 수 있다. 도펀트(8)는, NMOS의 경우, 제 2 유형, 예를 들어, As, P, Sb 또는 그들의 조합일 수 있다. 주입 동안, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼는, 예를 들어, 도펀트라고 하는 전기적으로 대전된 이온의 빔에 의해 포격을 받는다. 주입에 의해 도펀트가 주입되는 재질의 특성이 변경되어 특정의 전기적 성질이 달성된다. 도펀트는, 그들이 웨이퍼에 원하는 깊이까지 관통되거나, 주입될 수 있게 하는 에너지까지 가속된다. 도펀트 농도 및 선량(dose)은 빔내의 이온 수와, 웨이퍼가 이온빔을 통과하는 횟수를 제어함에 의해 결정된다. 빔 에너지는, 도펀트가 자리하게 될 깊이를 결정한다. 전형적인 선량 및 이러한 선량을 주입하기 위한 에너지는 이하에 설명된다. 다른 실시예에서는, 다른 세기 및 에너지가 이용된다.
B에 대해 0.2-0.5keV에서 5×1014 - 2×1015 atoms/㎤,
F에 대해 3-6keV에서 1015 atoms/㎤,
As에 대해 1-2keV에서 5×1014 - 2×1015 atoms/㎤,
Sb에 대해 5-10keV에서 3×1014 - 3×1015 atoms/㎤.
비정질층(6)은 어떠한 채널링(channeling)이 발생하지 않음을 보장한다. 채널링은, 결정질 고체에 이온을 주입하는 동안에 발생하는 효과이다. 주입된 종(specie)은 결정 격자내의 개방 채널에 인가되며, 그 결과 그것은 격자내의 원자와 충돌하는 다른 주입된 종보다 더 깊이 그 고체를 관통한다. 채널링이 없게 되면 결국 도펀트 프로파일에서 테일(tail)이 제한된다. 즉, 도펀트의 거의 모두가 비정질층내에서 동일한 깊이로 존재한다.
도펀트 주입 다음은 어닐링 단계이다. 어닐링 단계는, 예를 들어, 550℃의 온도에서의 고체 위상 에피텍시(SPE)에서 같은 저온 어닐링 단계, 전형적으로 1000℃ 와 1300℃ 사이의 온도에서의 높은 램프 속도를 가진 RTA(Rapid Thermal Anneling) 또는 fRTA(flash RTA)와 같은 고온 어닐링 단계, 또는 LTA(Laser Thermal Annealing)와 같은 용융 온도보다 높은 어닐링 단계일 수 있다. 어닐링 단계는, 적절하게 튜닝되면, 정확한 위치에 높은 레벨의 활성도의 매우 가파른 도펀트 프로파일을 제공할 수 있다. 이에 따라 도 2 에 도시된 바와 같이, 높게 활성화된 제 1 게이트 재질층(10)이 생성된다.
도 3에는, B 주입 및 LTA 어닐링 단계를 거친 예를 들어 20nm의 높게 활성화된 제 1 게이트 재질층에 대한 접합 깊이와 농도의 함수 관계가 그래프로 도시된다. B의 1015atoms/㎠의 선량이 비정질 실리콘층에 0.5keV의 에너지로 주입된다. LTA는 λ=380nm의 파장을 가진 XeCl 엑시머 레이저를 이용하여 850mJ/㎠로 실행된다. 점선으로 된 그래프(14)는 활성 도펀트 농도 프로파일을 제공하는 SRP(Scanning Resistance Profile)를 나타내며, 실선 그래프(12)는 도펀트 화학적 농도인 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry) 프로파일이다. SIMS 프로파일(12)로 부터, 도핑 프로파일의 단열이 1.8nm/decade에 도달함을 알 수 있을 것이다. 도핑 프로파일의 단열은 절연체 또는 채널내의 도펀트 주입을 방지하는데 중요하다. SRP 프로파일(14)로 부터 6×1020atoms/㎤의 활성 레벨에 도달함을 알 수 있을 것이다.
예를 들어 제 1 실리콘층이 제공되는, 결과하는 게이트 재질의 제 1 층(10)은 크게 활성화되고, 결정질이며, 결함이 없고, 거의 금속 전극처럼 작용한다.
본 발명에 따른 방법의 제 2 단계에 있어서, 예를 들어, 비정질 실리콘이나 폴리결정질 실리콘과 같이 비정질 게이트 재질이나 폴리결정질 게이트 재질인 게이트 재질의 제 2 층(16)이 증착된다. 게이트 재질의 이러한 제 2 층(16)은 기술에 좌우되는 두께를 가진다. 전형적으로, 이러한 제 2 층의 두께는 70 내지 130nm 사이이다. 도 2에는 결과하는 구조가 개략적으로 도시된다.
이 시점에서, 정상적인 반도체 프로세싱 흐름이 뒤따른다. 예시적으로, 폴리실리콘의 제 2 층은 소오스/드레인 딥(deep) 접합 주입 및 어닐닝동안에 종래의 흐름에서와 같이 도핑되고 활성화된다. 이들 단계들은, 원칙적으로 진보된 장치의 경우에서와 마찬가지로, 700℃ 미만의 저온 단계이어야 하며, 그에 의해 게이트 내의 도펀트 원자의 불활성화가 방지되고 게이트의 확장이 방지된다.
상술한 본 발명의 방법에 의해, 게이트에 아주 높은 레벨의 도펀트 활성화가 이루어지며, 그에 따라 형성되는 게이트의 대부분이 금속 게이트 전극의 특성을 가지게 된다.
본 발명의 방법에 따라 형성된 게이트를 가진 반도체 장치는 매우 낮은 게이트 공핍 및 OFF 상태 전류의 증가가 없는 개선된 ON 전류를 가진다.
상술한 방법은 CMOS 흐름에 통합하기 쉽다.
본 발명에 따른 장치에 대해 본 명세서에서는 바람직한 실시예, 특정의 구조 및 구성, 재질이 설명되었지만, 형태 및 세부 사항에 있어서 다양한 변경 및 수정이 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않고도 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Claims (14)
- 게이트를 가진 반도체 장치를 형성하는 방법으로써:비정질 게이트 재질의 제 1 층(6)을 제공하는 단계와,비정질 게이트 재질의 상기 제 1 층(6)을 도핑하여(8) 비정질 게이트 재질의 제 1 도핑층을 형성하는 단계와,게이트 재질의 상기 제 1 도핑층을 열적 활성화하여 게이트 재질의 제 1 활성층(10)을 형성하는 단계와,상기 게이트 재질의 제 1 활성층(10)의 상부에 게이트 재질의 제 2 층(16)을 제공하는 단계를 포함하는반도체 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 재질의 제 1 층 및 제 2 층(6,10)은 실리콘 기반형인반도체 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 재질의 제 2 층(16)과 게이트 재질의 제 1 활성층(10)을 패터닝하여 상기 기판(2)상에 하나 이상의 게이트를 형성하는 단계를 더 포함하는반도체 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 비정질 게이트 재질의 제 1 층(6)을 제공하는 단계는, 약 10nm 내지 40nm의 두께, 바람직하기로는, 20nm 내지 30nm의 두께를 가진 비정질 게이트 재질의 층을 형성하는 것을 포함하는반도체 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 재질의 제 2 층(16)을 제공하는 단계는, 약 50nm 내지 150nm의 두께, 바람직하기로는, 70nm 내지 130nm의 두께를 가진 게이트 재질의 층을 형성하는 것을 포함하는반도체 장치 형성 방법.
- 반도체 기판(2)과,게이트 절연 필름상에 형성되고 게이트 재질로 형성된 게이트 전극을 포함하되,상기 게이트 전극은,기판(2)을 향해 배향된 제 1 측면과 기판(2)으로 멀어지도록 배향된 제 2 측면을 가진 활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1 층(10) - 상기 활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1층(10)은 1019ions/㎤ 이상의 도핑 레벨을 가짐 - 과,상기 활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1층(10)의 제 2 측면에 있는 게이트 재질의 제 2 층을 포함하는,MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 활성화된 결정질 게이트 재질의 제 1 층은 1020ions/㎤ 이상의 도핑 레벨, 바람직하기로는 5×1020ions/㎤ 이상의 도핑 레벨을 가진MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 활성화된 게이트 재질내의 도핑 주입은 2nm 이상의 단열(abruptness), 바람직하기로는 1.5nm 이상의 단열, 가장 바람직하기로는 약 1nm의 단열을 가진MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 게이트 재질의 제 2 층(6)은 비정질 게이트 재질로 이루어지는MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 게이트 재질의 제 2 층(6)은 폴리결정질 게이트 재질로 이루어지는MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 층의 그레인 크기는 40nm 미만이며, 바람직하기로는 30nm 미만인MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 층은 결정질이거나 5nm 미만의 그레인을 갖도록 매우 미세하게 그레인되는MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 게이트 절연체(4)는 상기 반도체 기판(2)과 상기 게이트 전극 사이에 마련되는MIS 유형 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 장치는 트랜지스터인MIS 유형 반도체 장치.
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP4085891B2 (ja) * | 2003-05-30 | 2008-05-14 | ソニー株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0616556B2 (ja) * | 1987-04-14 | 1994-03-02 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
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| US5158903A (en) * | 1989-11-01 | 1992-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a field-effect type semiconductor device |
| US6051483A (en) * | 1996-11-12 | 2000-04-18 | International Business Machines Corporation | Formation of ultra-shallow semiconductor junction using microwave annealing |
| US5882953A (en) * | 1996-07-12 | 1999-03-16 | The Regents Of The University Of California | Dopant activation of heavily-doped semiconductor by high current densities |
| US6222251B1 (en) * | 1997-01-27 | 2001-04-24 | Texas Instruments Incorporated | Variable threshold voltage gate electrode for higher performance mosfets |
| JP3523093B2 (ja) * | 1997-11-28 | 2004-04-26 | 株式会社東芝 | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2000031475A (ja) * | 1998-07-10 | 2000-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| US6160300A (en) * | 1999-01-26 | 2000-12-12 | Advanced Micro Devices, Inc. | Multi-layer gate conductor having a diffusion barrier in the bottom layer |
| US6399515B1 (en) * | 1999-06-21 | 2002-06-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Plasma etch method for forming patterned chlorine containing plasma etchable silicon containing layer with enhanced sidewall profile uniformity |
| JP2003086798A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-03-20 | Nec Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| US6667525B2 (en) * | 2002-03-04 | 2003-12-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having hetero grain stack gate |
-
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8263473B2 (en) | 2010-07-07 | 2012-09-11 | SK Hynix Inc. | Method of forming semiconductor devices |
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