JP2010093012A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、Fin型MOSトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a Fin-type MOS transistor and a method for manufacturing the same.
「MOS」という用語は、古くは金属/酸化物/半導体の積層構造に用いられており、Metal-Oxide-Semiconductorの頭文字を採ったものとされている。しかしながら特にMOS構造を有する電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」と称す)においては、近年の集積化や製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜やゲート電極の材料が改善されている。 The term “MOS” has been used in the past for metal / oxide / semiconductor laminated structures, and is taken from the acronym Metal-Oxide-Semiconductor. However, in particular, in a field effect transistor having a MOS structure (hereinafter, simply referred to as “MOS transistor”), materials for a gate insulating film and a gate electrode have been improved from the viewpoint of recent integration and improvement of a manufacturing process.
例えばMOSトランジスタにおいては、主としてソース・ドレインを自己整合的に形成する観点から、ゲート電極の材料として金属の代わりに多結晶シリコンが採用されてきている。また電気的特性を改善する観点から、ゲート絶縁膜の材料として高誘電率の材料が採用されるが、当該材料は必ずしも酸化物には限定されない。 For example, in a MOS transistor, polycrystalline silicon has been adopted instead of metal as a material of a gate electrode mainly from the viewpoint of forming a source / drain in a self-aligned manner. From the viewpoint of improving electrical characteristics, a material having a high dielectric constant is adopted as a material for the gate insulating film, but the material is not necessarily limited to an oxide.
従って「MOS」という用語は必ずしも金属/酸化物/半導体の積層構造のみに限定されて採用されているわけではなく、本明細書でもそのような限定を前提としない。即ち、技術常識に鑑みて、ここでは「MOS」とはその語源に起因した略語としてのみならず、広く導電体/絶縁体/半導体の積層構造をも含む意義を有する。 Therefore, the term “MOS” is not necessarily limited to the metal / oxide / semiconductor stacked structure, and is not presumed in this specification. That is, in view of technical common sense, here, “MOS” has not only an abbreviation derived from the word source but also a broad meaning including a laminated structure of a conductor / insulator / semiconductor.
微細化に伴い、従来のプレーナー型MOSトランジスタではショートチャネル効果抑制が厳しいため、Fin型MOSトランジスタ(以下、「FinFET」と略記する場合あり)構造が注目されている。 With the miniaturization, the conventional planar type MOS transistor has severe suppression of the short channel effect, and therefore, the structure of a Fin type MOS transistor (hereinafter sometimes abbreviated as “FinFET”) is drawing attention.
一方、チャネルへの歪Si技術として、MOSトランジスタの上方に形成されるライナー窒化膜によるストレス印加手法があるが、微細化に伴いゲート間スペース縮小によりライナー窒化膜を薄膜化しなければならず、十分なストレスをかけることができないことが問題となっている。以下、この点を詳述する。 On the other hand, as a strained Si technology for the channel, there is a stress application method using a liner nitride film formed above the MOS transistor. It is a problem that it cannot be stressed. Hereinafter, this point will be described in detail.
微細化に伴い、ゲート長も縮小化されるが、ゲート-ゲート間のスペースも縮小化する(狭くなる)。そうすると、ゲート−ゲート間がライナー窒化膜で埋まり所望ストレスがかからなくなったり、ライナー窒化膜の膜厚が厚いとコンタクトの開口不良が起こってしまう。 Along with miniaturization, the gate length is also reduced, but the space between the gates is also reduced (narrowed). Then, the gap between the gate and the gate is filled with the liner nitride film so that a desired stress is not applied, or when the liner nitride film is thick, a contact opening failure occurs.
そこで、ライナー窒化膜を薄膜化すべく、よりストレスが強いライナー窒化膜を使う対応が考えられる。しかし、この場合、ライナー窒化膜にクラックがはいり、ストレスがかからなくなり、微細化に伴うライナー窒化膜の適用も厳しくなる問題が生じる。 Therefore, it is conceivable to use a liner nitride film having a higher stress in order to reduce the thickness of the liner nitride film. However, in this case, there is a problem that the liner nitride film is cracked, stress is not applied, and the application of the liner nitride film becomes more severe with miniaturization.
また、最近、MOSトランジスタの駆動能力向上のため、チャネルへの歪Si技術も重要になってきており、特にP型(PMOS)トランジスタの駆動能力向上はデバイス性能に直結するため重要となっている。 Recently, in order to improve the driving capability of a MOS transistor, strained Si technology for the channel has also become important. In particular, the improvement of the driving capability of a P-type (PMOS) transistor is important because it directly affects the device performance. .
次に、FinFETにおいてPMOSトランジスタの駆動能力向上に関する最近の技術について説明する。 Next, a description will be given of recent technology related to improvement of the driving capability of the PMOS transistor in the FinFET.
まず、非特許文献1にPMOSトランジスタに一軸圧縮歪SGOIあるいはGOIを用いた技術が開示されている。SGOIとはSOI構造のSOI層に相当する領域をSiGe層で形成した構造であり、このようなSGOIによって、一軸性圧縮歪とSiGeチャネル材料、及び(110)面方位のすべてがホール移動度に寄与することができる。
First, Non-Patent
また、非特許文献2において、プレーナー型トランジスタと同じく、ソース・ドレイン領域をリセスさせ、SiGe層を埋め込み、チャネルに圧縮応力をかけることによりPMOSトランジスタの駆動能力向上を図った技術が開示されている。
Non-Patent
しかし、ソースドレイン部を掘り下げSiGe層を埋めるストレス印加手法は、ソース・ドレイン領域も縮小化にともない、十分に掘り下げエピ成長してSiGe層を形成することが困難になり、この手法も十分なストレスをかけることができない。 However, the stress application method of digging down the source / drain region and filling the SiGe layer makes it difficult to form a SiGe layer by sufficiently digging and epi-growing as the source / drain regions are reduced in size. I can't apply.
一方、非特許文献3において、ソース・ドレイン領域のFin部にSiGe層をエピ成長させ、SiとSiGeとの格子定数の違いにより、チャネルに圧縮応力をかけることによりPMOSトランジスタの駆動能力向上を図った技術が開示されている。
On the other hand, in
また、プレーナー型トランジスタにおいて、SiC層上にSi層をエピタキシャル成長させて2軸歪をいれたPMOSトランジスタが非特許文献4に開示されている。すなわち、プレーナー型のMOSトランジスタのソースドレイン領域の掘り込みSiGe構造に、チャネル下にSiC層を設けた構造が開示されている。ただし、ここで開示された構造はSiCの2軸歪が基本となる。
Further, Non-Patent
また、バルク基板上に形成されるFinFETは例えば非特許文献5に開示されている。この場合、FinFETはSi基板を用いて形成され、FinFETのチャネル材料がSiとなる。
A FinFET formed on a bulk substrate is disclosed in
非特許文献1〜非特許文献3で開示されているように、ショートチャネル効果を抑制するためSOIウエハタイプのFinFETを用いるトランジスタ構造が主であり、主にSiGeを用いた歪技術を採用してPMOSトランジスタを製造していた。
As disclosed in Non-Patent
しかし、SOIウエハはコストが高いだけでなく、SOIウエハを用いると、FD型SOIトランジスタ(FinFETの場合も含む)はドレイン耐圧が低いため、通常のデバイスでもちいるI/O部(高電圧動作部)では厳しいことがわかっており、I/O部はバルク(Bulk)トランジスタが必要になるため、デバイスを作る上で整合性が悪いという問題点があった。 However, the SOI wafer is not only expensive, but if the SOI wafer is used, the FD type SOI transistor (including the case of FinFET) has a low drain withstand voltage, so that an I / O unit (high voltage operation) used in a normal device is used. Part)), and the I / O part requires a bulk transistor, so that there is a problem of poor matching in manufacturing a device.
FinFETはSOIウエハ用いるタイプと従来のバルク基板を用いるタイプの2種類があるが、ショートチャネル効果抑制には前者が有利ではあるが、コスト面や周辺回路との整合性を考慮すると後者が有利である。 There are two types of FinFETs: a type using an SOI wafer and a type using a conventional bulk substrate. The former is advantageous for suppressing the short channel effect, but the latter is advantageous in consideration of cost and consistency with peripheral circuits. is there.
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、バルク基板を用いてもショートチャネル効果の抑制を効果的に発揮することができるFinFET構造を有する半導体装置及びその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is intended to obtain a semiconductor device having a FinFET structure and a method for manufacturing the same that can effectively suppress the short channel effect even when a bulk substrate is used. Objective.
この発明の一実施の形態によれば、Si基板上にSiCエピタキシャル層が形成される。SiCエピタキシャル層の少なくとも上層部は所定方向に延在した一方向延在形状を呈している。この上層部上にはSiエピタキシャル層が形成されており、Siエピタキシャル層は上記所定方向に延在した一方向延在形状を呈している。Siエピタキシャル層の側面上にゲート酸化膜が形成され、このゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極が形成される。 According to one embodiment of the present invention, a SiC epitaxial layer is formed on a Si substrate. At least the upper layer portion of the SiC epitaxial layer has a unidirectionally extending shape extending in a predetermined direction. A Si epitaxial layer is formed on the upper layer portion, and the Si epitaxial layer has a unidirectionally extending shape extending in the predetermined direction. A gate oxide film is formed on the side surface of the Si epitaxial layer, and a gate electrode formed via the gate oxide film is formed.
この実施の形態によれば、SiCエピタキシャル層の上層部及びSiエピタキシャル層が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層の上層部よりSiエピタキシャル層に対して1方向のチャネル長方向の圧縮応力が他の方向軸より強く発生する。このため、本実施の形態1のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。 According to this embodiment, when the upper layer portion of the SiC epitaxial layer and the Si epitaxial layer are processed in a unidirectionally extending shape, the channel length in one direction from the upper layer portion of the lower SiC epitaxial layer to the Si epitaxial layer Compressive stress in the direction is generated more strongly than other direction axes. For this reason, the FinFET of the first embodiment can improve the hole mobility and improve the driving capability of the transistor.
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性によるリーク電流の発生も、Si(Siエピタキシャル層3)とSiC(SiCエピタキシャル層2)とのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク電流の低減も図ることができる。 In addition, the occurrence of leakage current due to short channel characteristics, which has been a problem with FinFETs formed on bulk substrates, is also caused by the potential barrier due to the difference in band gap between Si (Si epitaxial layer 3) and SiC (SiC epitaxial layer 2). Therefore, the junction leakage current can be reduced with the difference in the band gap.
<実施の形態1>
(第1の態様)
図1はこの発明の実施の形態1であるP型のFinFETの第1の態様の斜視断面構造を示す説明図である。図2は図1の断面C1における断面構造を示す断面図である。
<
(First aspect)
FIG. 1 is an explanatory view showing a perspective sectional structure of a first mode of a P-type FinFET according to
これらの図に示すように、半導体基体であるSi基板1上にSiCエピタキシャル層2(第1の半導体層)が形成される。SiCエピタキシャル層2はその上層部である突出部2tを有している。この突出部2tは図1中斜め縦方向(第1の方向)に延びた略直方体状(以下、「一方向延在形状」と略記する場合あり)に形成されている。
As shown in these drawings, a SiC epitaxial layer 2 (first semiconductor layer) is formed on a
そして、SiCエピタキシャル層2の突出部2t上にSiエピタキシャル層3(第2の半導体層)が形成されている。Siエピタキシャル層3も上記第1の方向に延びた略直方体状(以下、「一方向延在形状」と略記する場合あり)に形成され、上面及び側面を有している。また、突出部2tを除くSiCエピタキシャル層2の上面上には分離絶縁膜11が突出部2tの上面と同程度の高さで形成される。
A Si epitaxial layer 3 (second semiconductor layer) is formed on the
そして、図1に示すように、Siエピタキシャル層3の両側面上にはゲート酸化膜20が形成されており、図1及び図2に示すように、Siエピタキシャル層3の上面上には酸化膜8及び窒化膜9が積層されている。さらに、これら酸化膜8,窒化膜9及びゲート酸化膜20を介して、Siエピタキシャル層3の上面上及び側面上にゲート電極G2が形成される。ゲート電極G2は図1中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G2上に窒化膜19が形成される。
As shown in FIG. 1,
図2に示すように、Siエピタキシャル層3において、ゲート電極G2下の領域がN型のボディ領域3bとなり、このボディ領域3bを挟んでP型のソース領域3s、及びドレイン領域3dがそれぞれ形成される。
As shown in FIG. 2, in the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜20下のSiエピタキシャル層3の両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G2はダブルゲートとして機能する。
The channel region is a region in both side surfaces of the
そして、ボディ領域3b、ドレイン領域3d、ソース領域3s、ゲート酸化膜20及びゲート電極G2によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The
なお、図2おいて、リーク電流L1はショートチャネル効果によるリーク電流を示し、リーク電流L2は接合リークによりリーク電流を示している。 In FIG. 2, a leak current L1 indicates a leak current due to a short channel effect, and a leak current L2 indicates a leak current due to junction leak.
上述したように、実施の形態1の第1の態様では、Siエピタキシャル層3の両側面内の領域をチャネル領域としている。したがって、Siエピタキシャル層3は下層の格子定数小さいSiCエピタキシャル層2により圧縮応力がかかっている。
As described above, in the first mode of the first embodiment, the regions in the both side surfaces of the
図3及び図4はSiCエピタキシャル層2よるSiエピタキシャル層3への圧縮応力のかかり方を示す説明図である。
FIGS. 3 and 4 are explanatory views showing how compressive stress is applied to the
図3に示すように、SiCエピタキシャル層2上の全面にSiエピタキシャル層3が形成されている段階では2方向(第1及び第2の方向)の圧縮応力F1,F2がSiエピタキシャル層3に働く。
As shown in FIG. 3, when the
一方、図4に示すように、SiCエピタキシャル層2の突出部2t及びSiエピタキシャル層3が一方向延在形状として加工された段階で、Siエピタキシャル層3は第1の方向(所定方向)に延在した形状となるため、SiCエピタキシャル層2より1軸方向の圧縮応力F1が他の方向軸より強くSiエピタキシャル層3に働くことになる。そして、この圧縮応力F1は完成後のPMOSトランジスタにおけるチャネル長方向となる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
このように、実施の形態1の第1の態様は、突出部2t及びSiエピタキシャル層3が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2の突出部2tよりSiエピタキシャル層3に対して1方向のチャネル長方向の圧縮応力F1が他の方向軸より強く発生する。このため、実施の形態1のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
Thus, in the first mode of the first embodiment, when the projecting
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性によるリーク電流L1の発生も、Si(Siエピタキシャル層3)とSiC(SiCエピタキシャル層2)とのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク電流L2の低減も図ることができる。 In addition, leakage current L1 due to short channel characteristics, which has been a problem with FinFETs formed on bulk substrates, is also caused by the potential barrier due to the difference in band gap between Si (Si epitaxial layer 3) and SiC (SiC epitaxial layer 2). Therefore, the junction leakage current L2 can be reduced due to the difference in the band gap.
また、ゲート電極G2はダブルゲート構造を呈しているため、トランジスタ特性が安定する効果を奏する。以下、この点を詳述する。 Further, since the gate electrode G2 has a double gate structure, the transistor characteristics are stabilized. Hereinafter, this point will be described in detail.
トライゲート(3面)構造の場合、Siエピタキシャル層3の上部の角部でゲート電極からの電界集中が発生し、耐圧が弱くなる傾向がある。また、また、トライゲート構造の場合、Siの結晶面をよく検討しないと、Siエピタキシャル層3の上面上と側面上とにおけるゲート酸化膜の膜厚が異なりトランジスタ特性に影響する。一方、ダブルゲート構造の場合、上述した懸念材料がない分、トランジスタ特性が安定する効果を奏する。
In the case of the tri-gate (three-plane) structure, electric field concentration from the gate electrode occurs at the upper corner of the
したがって、バルク基板を用いてP型のFinFETを形成することにより、コスト面や周辺回路の整合性を向上させることができる。 Therefore, by forming a P-type FinFET using a bulk substrate, cost and peripheral circuit consistency can be improved.
図5〜図22は実施の形態1の第1の態様であるP型のFinFETの製造方法を示す断面図である。なお、これらの図ではPlanarトランジスタ部R1及びFinトランジスタ部R2それぞれにおいてPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを製造する工程として説明する。また、これらの図は図1のゲート電極G2の形成方向、T字状のI部分の方向(第2の方向)の断面構造を示している。 5 to 22 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a P-type FinFET which is the first mode of the first embodiment. In these drawings, a description will be given as a process of manufacturing a PMOS transistor and an NMOS transistor in each of the Planar transistor portion R1 and the Fin transistor portion R2. Further, these drawings show a cross-sectional structure in the direction of formation of the gate electrode G2 in FIG. 1 and the direction of the T-shaped I portion (second direction).
まず、図5に示すように、バルク基板(ウェハ)であるSi基板1を準備する。Si基板1にはPlanarトランジスタ形成領域R1及びFinトランジスタ形成領域R2を有している。
First, as shown in FIG. 5, a
そして、図6に示すように、Si基板1上にエピタキシャル成長法によりSiCエピタキシャル層2を形成し、SiCエピタキシャル層2上にエピタキシャル成長法によりSiエピタキシャル層3を形成する。さらに、Siエピタキシャル層3上に酸化膜4を堆積する。なお、SiCエピタキシャル層2おいて、結晶欠陥を抑制するため、一般的にSiCにおける結晶格子位置にはいっているCは5%以内である。
Then, as shown in FIG. 6, the
次に、図7に示すように、写真製版技術を用いて、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2p上のみにパターニングされたレジスト5を設ける。そして、レジスト5から露出した領域のSiCエピタキシャル層2、Siエピタキシャル層3及び酸化膜4に対しドライエッチング処理を行って選択的に除去し、PMOSトランジスタ形成部R1pのみにSiCエピタキシャル層2、Siエピタキシャル層3及び酸化膜4を残存させる。
Next, as shown in FIG. 7, a patterned resist 5 is provided only on the PMOS transistor formation portion R2p in the Fin transistor formation region R2 using photolithography. Then, the
その後、図8に示すように、レジスト5の除去後、PMOSトランジスタ形成部R1pに残存したSiCエピタキシャル層2及びSiエピタキシャル層3の側面上に酸化膜サイドウォール6を形成する。酸化膜サイドウォール6はSiCエピタキシャル層2,Siエピタキシャル層3の側面からのエピタキシャル成長を阻止するために設けられる。なお、酸化膜サイドウォール6の一部が酸化膜4の側面に設けられても良い。
After that, as shown in FIG. 8, after removing the resist 5,
続いて、図9に示すように、Si基板1から選択エピタキシャル成長させてSiエピタキシャル層7を形成する。この際、Siエピタキシャル層7の形成高さがSiエピタキシャル層3の形成高さとほぼ一致するように行う。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the
そして、図10に示すように、Siエピタキシャル層7から露出した酸化膜4及び酸化膜サイドウォール6の一部を除去する。
Then, as shown in FIG. 10, a portion of
次に、図11に示すように、酸化膜8及び窒化膜9を順次全面に堆積し、写真製版技術を用いて窒化膜9上にレジスト10を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, an
その後、図12に示すように、レジスト10をマスクとして窒化膜9、酸化膜8、Siエピタキシャル層7、Siエピタキシャル層3、SiCエピタキシャル層2及び酸化膜サイドウォール6を選択的に第1のエッチング量でエッチングしてトレンチ(図示せず)を形成する。なお、上記第1のエッチング量は、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいて、少なくともSiCエピタキシャル層2が全て除去されることなく、一部が必ず残存する量に設定される。
Thereafter, as shown in FIG. 12, the
その結果、一方向延在形状のSiエピタキシャル層3及びSiCエピタキシャル層2の突出部2tを得ることができる。
As a result, the protruding
レジストを除去した後、さらに、図12に示すように、上記トレンチ内に埋め込んで全面に酸化膜等の分離絶縁膜11を形成した後、CMP処理を用いて窒化膜9の高さまで分離絶縁膜11を除去する。すなわち、窒化膜9がストッパー膜として機能する。
After the resist is removed, as shown in FIG. 12, an
その結果、Planarトランジスタ形成領域R1,Finトランジスタ形成領域R2間が分離絶縁膜11によって絶縁分離される。さらに、Planarトランジスタ形成領域R1において、PMOSトランジスタ形成部R1p,NMOSトランジスタ形成部R1n間が分離絶縁膜11によって絶縁分離され、Finトランジスタ形成領域R2において、PMOSトランジスタ形成部R2p,NMOSトランジスタ形成部R2n間が分離絶縁膜11によって絶縁分離される。
As a result, the Planar transistor formation region R1 and the Fin transistor formation region R2 are insulated and separated by the
そして、図13に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1上に写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト12を形成し、Finトランジスタ形成領域R2の分離絶縁膜11に対しドライエッチング処理を行いエッチバックして一部除去する。このときのエッチングした分離絶縁膜11の上面は、SiCエピタキシャル層2とSiエピタキシャル層3とのSiC/Si界面と同等程度にするのが望ましい。
Then, as shown in FIG. 13, a patterned resist 12 is formed on the Planar transistor formation region R1 using a photoengraving technique, and a dry etching process is performed on the
なお、Finトランジスタ形成領域R2における分離絶縁膜11の上面がSiC/Si界面より下に位置する場合はショートチャネル抑制効果を強くなり、分離絶縁膜11の上面がSiC/Si界面より上に位置する場合は、チャネルとなるゲート酸化膜20下の領域が確実にSiエピタキシャル層3のみとなるため、トランジスタ特性ばらつきが低減される。
When the upper surface of the
次に、図14に示すように、Finトランジスタ形成領域R2において、分離絶縁膜11から露出したSiエピタキシャル層3及び7の側面上にそれぞれゲート酸化膜20を形成する。この際、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいて、SiC/Si界面より分離絶縁膜11の上面が下に位置する場合はさらにSiCエピタキシャル層2の一部の側面上にもゲート酸化膜20が形成される。
Next, as shown in FIG. 14,
その後、図14に示すように、全面にポリシリコン層13を堆積する。この例ではゲート材料としてポリシリコンを示している。なお、ゲート材料としては、ポリシリコンやTiNなど、デバイスによって所望のトランジスタ閾値が得られる材料を選べば良い。
Thereafter, as shown in FIG. 14, a
そして、図15に示すように、ポリシリコン層13に対してCMP処理を行い、Planarトランジスタ形成領域R1及びFinトランジスタ形成領域R2の窒化膜9の形成高さまでポリシリコン層13をエッチング除去する。すなわち、窒化膜9がストッパー膜として機能する。したがって、Planarトランジスタ形成領域R1上のポリシリコン層13は全て除去される。
Then, as shown in FIG. 15, a CMP process is performed on the
そして、図16に示すように、Finトランジスタ形成領域R2上にパターニングされたレジスト14を形成し、レジスト14から露出したPlanarトランジスタ形成領域R1の窒化膜9を除去する。
Then, as shown in FIG. 16, a patterned resist 14 is formed on the Fin transistor formation region R2, and the
さらに、図17に示すように、レジスト14を除去した後、Planarトランジスタ形成領域R1の酸化膜8を除去する。
Further, as shown in FIG. 17, after removing the resist 14, the
そして、図18に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1のSiエピタキシャル層7の表面上、Finトランジスタ形成領域R2のポリシリコン層13の表面上に下敷き酸化膜28を形成する。
Then, as shown in FIG. 18, an
続いて、Planarトランジスタ形成領域R1にトランジスタ形成に必要な種々処理(ウェル形成用不純物注入や閾値電圧Vth調整のためのチャネルへの不純物注入)をNMOS/PMOSで区別して、写真製版工程とイオン注入工程を用いて行なう(図示せず)。その後、下敷き酸化膜28を除去する。
Subsequently, the various processes necessary for transistor formation (impurity implantation for well formation and impurity implantation to the channel for adjusting the threshold voltage Vth) are distinguished by NMOS / PMOS in the Planar transistor formation region R1, and the photoengraving process and ion implantation are performed. Performed using a process (not shown). Thereafter, the
その後、図19に示すように、全面にゲート酸化膜23を形成後、続いてポリシリコン層15を全面に堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 19, a
そして、図20に示すように、ポリシリコン層15に対してCMP処理を行い、Finトランジスタ形成領域R2の窒化膜9の高さまでポリシリコン層15を除去する。すなわち、窒化膜9はストッパー膜として機能する。したがって、Planarトランジスタ形成領域R1におけるポリシリコン層15が一部残存する。
Then, as shown in FIG. 20, a CMP process is performed on the
次に、図21に示すように、全面にポリシリコン層16を堆積し、さらに、窒化膜19を堆積した後、写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト18を形成する。
Next, as shown in FIG. 21, a
そして、図22に示すように、レジスト18をマスクとして、窒化膜19、ポリシリコン層16,15,13に対してドライエッチング処理を行う。その結果、Planarトランジスタ形成領域R1のPMOSトランジスタ形成部R1p及びNMOSトランジスタ形成部R1nそれぞれにゲート電極G1が形成され、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2p及びNMOSトランジスタ形成部R2nそれぞれにゲート電極G2が形成される。
Then, as shown in FIG. 22, the
その後、ソース・ドレイン領域形成用の不純物導入処理等を行い、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいてゲート酸化膜20下におけるSiエピタキシャル層3(SiCエピタキシャル層2)の表面であるチャネル領域を挟んでP型のソース・ドレイン領域を形成する。同様にして、PMOSトランジスタ形成部R1pにおいてもP型のソース・ドレイン領域を形成し、NMOSトランジスタ形成部R1n及びR2nそれぞれにおいてN型のソース・ドレイン領域を形成する。
Thereafter, an impurity introduction process for forming a source / drain region is performed, and a p-type transistor is sandwiched between the channel region which is the surface of the Si epitaxial layer 3 (SiC epitaxial layer 2) under the
その結果、Planarトランジスタ形成領域R1にPMOSトランジスタQ11,NMOSトランジスタQ12を、Finトランジスタ形成領域R2にPMOSトランジスタQ21,NMOSトランジスタQ22をそれぞれ完成する。 As a result, the PMOS transistor Q11 and the NMOS transistor Q12 are completed in the Planar transistor formation region R1, and the PMOS transistor Q21 and the NMOS transistor Q22 are completed in the Fin transistor formation region R2.
このように、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2pに形成されるP型のFinFET(として図1及び図2で示した実施の形態1の第1の態様で示す構造を得ることができる。すなわち、図22のゲート周辺領域A1で示すPMOSトランジスタQ21が図1及び図2で示した実施の形態1の第1の態様のP型のFinFETとなる。なお、図22ではゲート電極G2の形状を簡略化して示している。 In this way, a P-type FinFET formed in the PMOS transistor formation portion R2p in the Fin transistor formation region R2 (as shown in the first mode of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained. That is, the PMOS transistor Q21 shown by the gate peripheral region A1 in Fig. 22 is the P-type FinFET of the first mode of the first embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 2. In Fig. 22, the gate electrode G2 The shape is shown in a simplified manner.
このように、実施の形態1の第1の態様の製造方法は、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2pのみにSiCエピタキシャル層2及びSiエピタキシャル層3を選択的に形成している。そして、Planarトランジスタ形成領域R1におけるPMOSトランジスタQ11,Q21及びFinトランジスタ形成領域R2におけるNMOSトランジスタQ12,Q22のゲート電極G1及びG2を同時に形成する等の効率化を図っている。
As described above, in the manufacturing method according to the first aspect of the first embodiment, the
その結果、PlanarトランジスタとFinトランジスタそれぞれの構造のPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを同一の製造プロセスを用いて製造することができる。 As a result, the PMOS transistor and the NMOS transistor having the respective structures of the Planar transistor and the Fin transistor can be manufactured using the same manufacturing process.
(第2の態様)
図23はこの発明の実施の形態1であるP型のFinFETの第2の態様の斜視断面構造を示す説明図である。
(Second aspect)
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a perspective cross-sectional structure of the second mode of the P-type FinFET according to the first embodiment of the present invention.
同図に示すように、Si基板1は一部に突出部1tを有している。この突出部1tは図23中斜め縦方向(第1の方向)に延びて形成されている。Si基板1の突出部1t上にSiCエピタキシャル層2が形成される。SiCエピタキシャル層2は全体として上記第1の方向に延びた略直方体状の一方向延在形状を呈している。
As shown in the figure, the
そして、SiCエピタキシャル層2上に選択的にSiエピタキシャル層3が形成されている。Siエピタキシャル層3も上記第1の方向に延びた略直方体状の一方向延在形状を呈しており、上面及び側面を有している。また、突出部1tを除くSi基板1上には分離絶縁膜21がSiCエピタキシャル層2の上面と同程度の高さで形成される。
A
このように、SiCエピタキシャル層2の全体がSiエピタキシャル層3と平面視同一形状で形成され、SiCエピタキシャル層2及びSiエピタキシャル層3は共に一方向延在形状とされている。
Thus, the entire
そして、図23に示すように、第1の態様と同様に、Siエピタキシャル層3の両側面上にはゲート酸化膜20が形成されており、Siエピタキシャル層3の上面上には酸化膜8、及び窒化膜9が積層されている。さらに、第1の態様と同様に、これら酸化膜8,窒化膜9及びゲート酸化膜20を介して、Siエピタキシャル層3の上面上及び側面上にゲート電極G2が形成される。ゲート電極G2は図23中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G2上に窒化膜19が形成される。
As shown in FIG. 23, as in the first mode,
なお、実施の形態1の第2の態様においても、図2で示した第1の態様と同様、Siエピタキシャル層3において、ゲート電極G2下の領域がN型のボディ領域となり、このボディ領域を挟んでP型のソース領域及びドレイン領域がそれぞれ形成される。
In the second mode of the first embodiment, similarly to the first mode shown in FIG. 2, in the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜20下のSiエピタキシャル層3の両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G2はダブルゲートとして機能する。
The channel region is a region in both side surfaces of the
そして、上述したボディ領域、ドレイン領域、ソース領域、ゲート酸化膜20及びゲート電極G2によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The body region, the drain region, the source region, the
実施の形態1の第2の態様は、第1の態様と同様、SiCエピタキシャル層2及びSiエピタキシャル層3が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2よりSiエピタキシャル層3に対して1軸方向のチャネル長方向の圧縮応力F1が他の方向軸より強く発生する。このため、第2の態様のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
The second mode of the first embodiment is similar to the first mode in that when the
さらに、第2の態様では、SiCエピタキシャル層2全体が一方向延在形状とされる分、チャネル長方向(ゲート電極G2のゲート幅方向に対し垂直方向)により強く一軸ストレス(圧縮応力F1)をかけることができる分、第1の態様以上にトランジスタの駆動能力を向上させることができる効果を奏する。
Further, in the second mode, the entire
また、ゲート電極G2はダブルゲート構造を呈しているため、トランジスタ特性が安定する効果を奏する。 Further, since the gate electrode G2 has a double gate structure, the transistor characteristics are stabilized.
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性も、SiとSiCとのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク低減を図ることができる。 In addition, the short channel characteristics that have been a problem with FinFETs formed on bulk substrates are also suppressed due to the potential barrier due to the difference in band gap between Si and SiC, and junction leakage is reduced due to the difference in band gap. Can be achieved.
図24〜図35は実施の形態1の第2の態様であるP型のFinFETの製造方法を示す断面図である。なお、これらの図ではPlanarトランジスタ部R1及びFinトランジスタ部R2それぞれにおいてPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを製造する工程として説明する。また、これらの図は図23のゲート電極G2の形成方向、T字状のI部分の方向(第2の方向)の断面構造を示している。 24 to 35 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a P-type FinFET which is the second mode of the first embodiment. In these drawings, a description will be given as a process of manufacturing a PMOS transistor and an NMOS transistor in each of the Planar transistor portion R1 and the Fin transistor portion R2. Further, these drawings show a cross-sectional structure in the formation direction of the gate electrode G2 in FIG. 23 and the direction of the T-shaped I portion (second direction).
まず、図5〜図11で示した第1の態様の製造方法と同様な課程を経て図24で示す構造を得る。 First, the structure shown in FIG. 24 is obtained through the same process as the manufacturing method of the first aspect shown in FIGS.
その後、レンチ10をマスクとして窒化膜9、酸化膜8、Siエピタキシャル層7、Siエピタキシャル層3、SiCエピタキシャル層2及び酸化膜サイドウォール6を選択的に第2のエッチング量でエッチングしてトレンチ(図示せず)を形成する。なお、上記第2のエッチング量は、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいて、SiCエピタキシャル層2からSi基板1の表面の一部まで除去される量に設定される。
Thereafter, using the
その結果、図25に示すように、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいて、SiCエピタキシャル層2及びSiエピタキシャル層3は共に全体が一方向延在形状に加工される。
As a result, as shown in FIG. 25, both the
さらに、図25に示すように、このトレンチ内に埋め込んで全面に酸化膜等の分離絶縁膜21を形成した後、CMP処理を用いて窒化膜9の高さまで分離絶縁膜21を除去する。
Further, as shown in FIG. 25, an
その結果、Planarトランジスタ形成領域R1,Finトランジスタ形成領域R2間が分離絶縁膜21によって絶縁分離される。さらに、Planarトランジスタ形成領域R1において、PMOSトランジスタ形成部R1p,NMOSトランジスタ形成部R1n間が分離絶縁膜21によって絶縁分離され、Finトランジスタ形成領域R2において、PMOSトランジスタ形成部R2p,NMOSトランジスタ形成部R2n間が分離絶縁膜21によって絶縁分離される。
As a result, the Planar transistor formation region R1 and the Fin transistor formation region R2 are insulated and separated by the
そして、図26に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1上に写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト12を形成し、Finトランジスタ形成領域R2の分離絶縁膜21に対しドライエッチング処理を行いエッチバックして一部除去する。このときのエッチングした分離絶縁膜21の上面は、第1の態様と同様、SiCエピタキシャル層2とSiエピタキシャル層3とのSiC/Si界面と同等程度にするのが望ましい。
Then, as shown in FIG. 26, a patterned resist 12 is formed on the Planar transistor formation region R1 using photolithography, and a dry etching process is performed on the
次に、図27に示すように、Finトランジスタ形成領域R2において、分離絶縁膜21から露出したSiエピタキシャル層3及び7それぞれの側面上にゲート酸化膜20を形成する。この際、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいて、SiC/Si界面より分離絶縁膜21の上面が下に位置する場合はさらにSiCエピタキシャル層2の一部の側面上にもゲート酸化膜20が形成される。その後、第1の態様と同様、全面にポリシリコン層13を堆積する。
Next, as shown in FIG. 27, a
そして、図28に示すように、ポリシリコン層13に対してCMP処理を行い、Planarトランジスタ形成領域R1及びFinトランジスタ形成領域R2の窒化膜9の形成高さまでポリシリコン層13をエッチング除去する。したがって、Planarトランジスタ形成領域R1上のポリシリコン層13は全て除去される。
Then, as shown in FIG. 28, the
そして、図29に示すように、Finトランジスタ形成領域R2上にパターニングされたレジスト14を形成し、レジスト14から露出したPlanarトランジスタ形成領域R1の窒化膜9を除去する。
Then, as shown in FIG. 29, a patterned resist 14 is formed on the Fin transistor formation region R2, and the
さらに、図30に示すように、レジスト14を除去した後、Planarトランジスタ形成領域R1の酸化膜8を除去する。
Further, as shown in FIG. 30, after removing the resist 14, the
そして、図31に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1のSiエピタキシャル層7の表面上、Finトランジスタ形成領域R2のポリシリコン層13の表面上に下敷き酸化膜28を形成する。
Then, as shown in FIG. 31, an
続いて、第1の態様と同様、Planarトランジスタ形成領域R1にトランジスタ形成に必要な種々処理をNMOS/PMOSで区別して、写真製版工程とイオン注入工程を用いて行なう(図示せず)。その後、下敷き酸化膜28を除去する。
Subsequently, as in the first embodiment, various processes necessary for transistor formation are differentiated by NMOS / PMOS in the Planar transistor formation region R1, and are performed using a photolithography process and an ion implantation process (not shown). Thereafter, the
その後、図32に示すように、全面にゲート酸化膜23を形成後、続いてポリシリコン層15を堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 32, a
そして、図33に示すように、ポリシリコン層15に対してCMP処理を行い、Finトランジスタ形成領域R2の窒化膜9の高さまでポリシリコン層15を除去する。したがって、Finトランジスタ形成領域R2におけるポリシリコン層15及びゲート酸化膜23は全て除去される。
Then, as shown in FIG. 33, a CMP process is performed on the
次に、図34に示すように、全面にポリシリコン層16を堆積し、さらに、窒化膜19を堆積した後、写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト18を形成する。
Next, as shown in FIG. 34, a
そして、図35に示すように、レジスト18をマスクとして、窒化膜19、ポリシリコン層16,15,13に対してドライエッチング処理を行う。その結果、Planarトランジスタ形成領域R1のPMOSトランジスタ形成部R1p及びNMOSトランジスタ形成部R1nそれぞれにゲート電極G1が、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2p及びNMOSトランジスタ形成部R2nそれぞれにゲート電極G2が形成される。
Then, as shown in FIG. 35, dry etching is performed on the
その後、第1の態様と同様、ソース・ドレイン領域形成用の不純物導入処理等を行い、Planarトランジスタ形成領域R1にPMOSトランジスタQ11,NMOSトランジスタQ12を、Finトランジスタ形成領域R2にPMOSトランジスタQ21,NMOSトランジスタQ22をそれぞれ完成する。 Thereafter, as in the first embodiment, impurity introduction processing for forming the source / drain regions is performed, the PMOS transistor Q11 and NMOS transistor Q12 are placed in the Planar transistor forming region R1, and the PMOS transistor Q21 and NMOS transistor are placed in the Fin transistor forming region R2. Each Q22 is completed.
その結果、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2pに形成されるP型のFinFETとして図23で示した実施の形態1の第2の態様で示す構造を得ることができる。すなわち、図35のゲート周辺領域A2で示すPMOSトランジスタQ21が図23で示した実施の形態1の第2の態様となる。なお、図35ではゲート電極G2の形状を簡略化して示している。 As a result, the structure shown in the second mode of the first embodiment shown in FIG. 23 can be obtained as a P-type FinFET formed in the PMOS transistor forming portion R2p in the Fin transistor forming region R2. That is, the PMOS transistor Q21 indicated by the gate peripheral region A2 in FIG. 35 is the second aspect of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 35, the shape of the gate electrode G2 is simplified.
<実施の形態2>
(第1の態様)
図36はこの発明の実施の形態2であるP型のFinFETの第1の態様の斜視断面構造を示す説明図である。図37は図36の断面C2における断面構造を示す断面図である。
<
(First aspect)
FIG. 36 is an explanatory diagram showing a perspective sectional structure of the first mode of the P-type FinFET according to the second embodiment of the present invention. FIG. 37 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure at a cross section C2 in FIG.
これらの図に示すように、Si基板1上にSiCエピタキシャル層2が形成される。SiCエピタキシャル層2はその上層部に突出部2tを有している。この突出部2tは図36中斜め縦方向(第1の方向)に延びた略直方体状に形成され、一方向延在形状を呈している。
As shown in these drawings,
そして、SiCエピタキシャル層2の突出部2t上にSiエピタキシャル層3(第2の半導体層における第2の下部半導体層)が形成されている。Siエピタキシャル層3も上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成され、上面及び側面を有している。また、突出部2tを除くSiCエピタキシャル層2上には分離絶縁膜11が突出部2tの上面と同程度の高さで形成される。さらに、Siエピタキシャル層3上に上記第1の方向に延びてSiC層22(第2の半導体層における第2の上部半導体層)が形成される。すなわち、SiC層22も一方向延在形状を呈している。
A Si epitaxial layer 3 (second lower semiconductor layer in the second semiconductor layer) is formed on the protruding
そして、図36に示すように、Siエピタキシャル層3及びSiC層22の両側面上にはゲート酸化膜20が形成されており、図36及び図37に示すように、SiC層22の上面上には酸化膜8、及び窒化膜9が積層されている。さらに、酸化膜8,窒化膜9及びゲート酸化膜20を介して、SiC層22の上面上及びSiCエピタキシャル層2及びSiC層22の側面上にゲート電極G2が形成される。ゲート電極G2は図36中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G2上に窒化膜19が形成される。
36,
図37に示すように、Siエピタキシャル層3及びSiC層22において、ゲート電極G2下の領域がN型のボディ領域3b及び22bとなり、このボディ領域3b及び22bを挟んでP型のソース領域3s及び22s並びにドレイン領域3d及び22dがそれぞれ形成される。
As shown in FIG. 37, in the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜20下のSiエピタキシャル層3及びSiC層22の両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G2はダブルゲートとして機能する。
The channel region is a region in both side surfaces of the
そして、ボディ領域3b及び22b、ドレイン領域3d及び22d、ソース領域3s及び22d、ゲート酸化膜20並びにゲート電極G2によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The
上述したように、実施の形態2の第1の態様では、Siエピタキシャル層3の両側面内の領域をチャネル領域としている。したがって、Siエピタキシャル層3は下層及び上層の格子定数小さいSiCエピタキシャル層2及びSiC層22それぞれにより圧縮応力がかかっている。
As described above, in the first mode of the second embodiment, the regions in the both side surfaces of the
図38及び図39はSiCエピタキシャル層2及びSiC層22よるSiエピタキシャル層3への圧縮応力のかかり方を示す説明図である。
38 and 39 are explanatory views showing how compressive stress is applied to the
図38に示すように、SiCエピタキシャル層2上の全面にSiエピタキシャル層3が形成され、Siエピタキシャル層3上にSiC層22が形成されている段階では2方向(第1及び第2の方向)の圧縮応力F1,F2がSiエピタキシャル層3に働く。
As shown in FIG. 38, in the stage where the
一方、図39に示すように、Siエピタキシャル層3及びSiC層22並びに突出部2tが一方向延在形状として加工された段階で、Siエピタキシャル層3は第1の方向に延在した形状となるため、Siエピタキシャル層3及びSiC層22それぞれから1軸方向の圧縮応力F1が他の軸方向より強くSiエピタキシャル層3に働くことになる。
On the other hand, as shown in FIG. 39, at the stage where the
このように、実施の形態2の第1の態様は、Siエピタキシャル層3、SiC層22及び突出部2tが一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2の突出部2t及び上方のSiC層22よりSiエピタキシャル層3に対して1方向のチャネル長方向の圧縮応力F1が他の方向軸より強く発生する。このため、実施の形態2のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
As described above, the first aspect of the second embodiment is that when the
さらに、Siエピタキシャル層3下方のSiCエピタキシャル層2に加え、Siエピタキシャル層3上方のSiC層22からの圧縮応力F1が加わる分、更なるホール移動度向上によって実施の形態1以上にトランジスタの電流駆動能力を向上を図ることができる。
Further, in addition to the
また、ゲート電極G2はダブルゲート構造を呈しているため、トランジスタ特性が安定する効果を奏する。 Further, since the gate electrode G2 has a double gate structure, the transistor characteristics are stabilized.
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性も、SiとSiCとのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク低減を図ることができる。 In addition, the short channel characteristics that have been a problem with FinFETs formed on bulk substrates are also suppressed due to the potential barrier due to the difference in band gap between Si and SiC, and junction leakage is reduced due to the difference in band gap. Can be achieved.
なお、実施の形態2の第1の態様であるP型のFinFETの製造方法は、以下の点を除き、図5〜図22で示した実施の形態1の第1の態様と同様な処理を経て行われる。以下、異なる点のみ述べる。 The manufacturing method of the P-type FinFET which is the first mode of the second embodiment performs the same process as the first mode of the first embodiment shown in FIGS. 5 to 22 except for the following points. After that. Only different points will be described below.
実施の形態1の第1の態様の製造方法で、図6で示す工程において、Siエピタキシャル層3の形成後、Siエピタキシャル層3上にさらにエピタキシャル成長法によりSiC層22を形成する。そして、このSiC層22上に酸化膜4を堆積する。
In the manufacturing method according to the first aspect of the first embodiment, in the step shown in FIG. 6, after formation of
(第2の態様)
図40はこの発明の実施の形態2であるP型のFinFETの第2の態様の斜視断面構造を示す説明図である。
(Second aspect)
FIG. 40 is an explanatory view showing a perspective sectional structure of the second mode of the P-type FinFET according to the second embodiment of the present invention.
同図に示すように、Si基板1は一部に突出部1tを有している。この突出部1tは図40中斜め縦方向(第1の方向)に延びて形成されている。Si基板1の突出部1t上にSiCエピタキシャル層2が形成される。SiCエピタキシャル層2は全体が上記第1の方向に延びた略直方体状に形成されている。すなわち、SiCエピタキシャル層2は全体が一方向延在形状とされている。
As shown in the figure, the
そして、SiCエピタキシャル層2上に選択的にSiエピタキシャル層3が形成されている。Siエピタキシャル層3も上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成され、上面及び側面を有している。また、突出部1tを除くSi基板1上には分離絶縁膜21がSiCエピタキシャル層2の上面と同程度の高さで形成される。さらに、Siエピタキシャル層3上に上記第1の方向に延びてSiC層22が形成される。すなわち、SiC層22も全体が一方向延在形状を呈している。
A
そして、図40に示すように、第1の態様と同様に、Siエピタキシャル層3及びSiC層22の両側面上にはゲート酸化膜20が形成されており、SiC層22の上面上には酸化膜8、及び窒化膜9が積層されている。さらに、第1の態様と同様に、酸化膜8,窒化膜9及びゲート酸化膜20を介して、SiC層22の上面上及びSiエピタキシャル層3及びSiC層22の側面上にゲート電極G2が形成される。ゲート電極G2は図40中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G2上に窒化膜19が形成される。
As shown in FIG. 40, the
なお、実施の形態2の第2の態様においても、図37で示した第1の態様と同様、Siエピタキシャル層3及びSiC層22において、ゲート電極G2下の領域がN型のボディ領域となり、このボディ領域を挟んでP型のソース領域及びドレイン領域がそれぞれ形成される。
In the second mode of the second embodiment, similarly to the first mode shown in FIG. 37, in the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜20下のSiエピタキシャル層3及びSiC層22の両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G2はダブルゲートとして機能する。
The channel region is a region in both side surfaces of the
そして、上述したボディ領域、ドレイン領域、ソース領域、ゲート酸化膜20及びゲート電極G2によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The body region, the drain region, the source region, the
実施の形態2の第2の態様は、第1の態様と同様、SiCエピタキシャル層2、Siエピタキシャル層3及びSiC層22が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2及び上方のSiC層22それぞれよりSiエピタキシャル層3に対して1軸方向のチャネル長方向の圧縮応力F1が他の軸方向より強く発生する。このため、第2の態様のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
In the second mode of the second embodiment, when the
さらに、SiCエピタキシャル層2に加え、SiC層22からの圧縮応力F1が加わる分、更なるホール移動度向上によって実施の形態1以上にトランジスタの電流駆動能力を向上を図ることができる。
In addition to the
加えて、第2の態様では、SiCエピタキシャル層2全体が一方向延在形状とされる分、チャネル長方向により強く一軸ストレス(圧縮応力F1)をかけることができる分、第1の態様以上にトランジスタの駆動能力を向上させることができる効果を奏する。
In addition, in the second mode, since the entire
また、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性も、SiとSiCとのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク低減を図ることができる。 In addition, the short channel characteristic that has been a problem with FinFETs formed on bulk substrates is also suppressed due to the potential barrier due to the difference in band gap between Si and SiC, and the junction leakage is reduced due to the difference in the band gap. Can be planned.
なお、実施の形態2の第2の態様であるP型のFinFETの製造方法は、以下の点を除き、図5〜図11,図24〜図35で示した実施の形態1の第2の態様と同様な処理を経て行われる。以下、異なる点のみ述べる。
In addition, the manufacturing method of P type FinFET which is the 2nd aspect of
実施の形態1の第2の態様の製造方法(第1の態様と同じ工程部分)で、図6で示す工程において、Siエピタキシャル層3の形成後、Siエピタキシャル層3上にさらにエピタキシャル成長法によりSiC層22を形成する。そして、このSiC層22上に酸化膜4を堆積する。
In the manufacturing method according to the second aspect of the first embodiment (the same process part as in the first aspect), in the step shown in FIG. 6, after the formation of the
<変形例>
実施の形態1(第1及び第2の態様)及び実施の形態2(第1及び第2の態様)の変形例として、PMOSトランジスタ形成部R2pに形成されるP型のFinFETのソース・ドレイン領域上にさらにSiGe層を形成した構造が考えられる。
<Modification>
As a modification of the first embodiment (first and second modes) and the second embodiment (first and second modes), a source / drain region of a P-type FinFET formed in a PMOS transistor formation portion R2p A structure in which a SiGe layer is further formed thereon can be considered.
図41〜図48は実施の形態1及び実施の形態2の変形例の製造方法を斜視断面構造で模式的に示す説明図である。以下、これらの図を参照して、変形例の製造方法を説明する。なお、図41〜図48で示す製造方法は実施の形態1の第2の態様に適用した場合を、2つのPMOSトランジスタの並列接続された構造で示している。 FIGS. 41 to 48 are explanatory views schematically showing a manufacturing method of a modification of the first embodiment and the second embodiment in a perspective sectional structure. Hereinafter, a manufacturing method of a modification will be described with reference to these drawings. Note that the manufacturing method shown in FIGS. 41 to 48 is applied to the second mode of the first embodiment, and shows a structure in which two PMOS transistors are connected in parallel.
図41は一方向延在形状形成直後の実施の形態1の第2の態様の構造を示している。すなわち、図26で示す工程後に、レジスト12を除去した段階の構造を示してる。 FIG. 41 shows the structure of the second mode of the first embodiment immediately after forming the one-way extending shape. That is, the structure at the stage where the resist 12 is removed after the process shown in FIG.
図42はゲート電極G2形成直後の実施の形態1の第2の態様の構造を示している。すなわち、図35で示す工程でゲート電極G2が形成された直後の構造を示してる。なお、図26及び図35は図41及び図42の斜め縦方向に沿った断面構造となる。以下、図43〜図48を参照して、ゲート電極G2形成後の工程を説明する。 FIG. 42 shows the structure of the second mode of the first embodiment immediately after formation of the gate electrode G2. That is, the structure immediately after the gate electrode G2 is formed in the step shown in FIG. 26 and 35 have a cross-sectional structure along the oblique vertical direction of FIGS. 41 and 42. Hereinafter, the process after the formation of the gate electrode G2 will be described with reference to FIGS.
まず、図43に示すように、ゲート電極G2及び窒化膜19の側面にオフセットスペーサ31を形成した後、LDD注入(斜め注入)を行なう。
First, as shown in FIG. 43, after the offset
その後、図44に示すように、酸化膜ドライエッチ処理により主として窒化膜9上に形成されたオフセットスペーサ31を除去し、サイドウォール形成用のシリコン窒化膜32を全面に堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 44, the offset
なお、LDD注入を、上記酸化膜ドライエッチ処理前に行うのは、上記酸化膜ドライエッチ処理後に注入を行うと、ゲート電極G2側面におけるオフセットスペーサ31の幅に関し、上記酸化膜ドライエッチ処理が挿入される分の加工ばらつきが生じ、LDD注入プロファイルに影響するのを避けるためである。
Note that the LDD implantation is performed before the oxide film dry etching process. When the implantation is performed after the oxide film dry etching process, the oxide film dry etching process is inserted with respect to the width of the offset
一方、LDD注入後、シリコン窒化膜32形成前に上記酸化膜ドライエッチ処理を行うのは、Siエピタキシャル層3上に形成される絶縁膜積層構造が、酸化膜8、窒化膜9、オフセットスペーサ31(酸化膜)及びシリコン窒化膜32からなる酸化膜と窒化膜との積層が2回ある構造になるからである。このような積層構造では、後工程の選択エピ成長やシリサイドプロセスにおいて、オフセットスペーサ31の酸化膜が邪魔になるため、上記酸化膜ドライエッチ処理を行いプロセスが困難になることを避けている。
On the other hand, the oxide film dry etching process is performed after the LDD implantation and before the
そして、図45に示すように、ドライエッチ処理によってシリコン窒化膜32をエッチバックすることにより、ゲート電極G2及び窒化膜19の上面及び側面に残存したオフセットスペーサ31及びシリコン窒化膜32よりなるサイドウォール33を形成する。その後、必要に応じてソース・ドレイン領域形成用のイオン注入を行なう。この際、窒化膜9も除去される。
Then, as shown in FIG. 45, the
次に、図46に示すように、酸化膜8を除去した後、Siエピタキシャル層3の表面からのエピタキシャル成長法によって、ソース・ドレイン領域に隣接するようにSiエピタキシャル層3の上面及び側面上に選択SiGeエピタキシャル層25(第3の半導体層)を形成する。なお、酸化膜8の除去は、通常、フッ酸などのウェット(エッチング)処理によって行う。また、ウェット処理後、通常、自然酸化膜除去のため、選択SiGeエピタキシャル層25の形成前に600℃〜1000度程度の水素雰囲気でベーク処理を行う。
Next, as shown in FIG. 46, after the
そして、選択Siエピタキシャル成長を連続処理を行ない、選択SiGeエピタキシャル層25上にキャップ膜としてSiエピタキシャル層(図示せず)を形成する。キャップ膜はGe汚染防止と後のシリサイドの安定化のために設けられる。なお、説明の都合上、Si/SiGeの積層構造を選択SiGeエピタキシャル層25として示している。
Then, selective Si epitaxial growth is continuously performed to form an Si epitaxial layer (not shown) as a cap film on the selective
その後、図47に示すように、選択SiGeエピタキシャル層25(のキャップ膜)上に例えば、NiPtSiからなるシリサイド領域26を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 47, a
以降、図48に示すように、通常のバックエンドプロセス(層間絶縁膜膜デポ、コンタクト開口後、配線プロセス)により、コンタクトホール27等を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 48, a
このように、変形例は、ソース・ドレイン領域に隣接して少なくともSiエピタキシャル層3の側面上に選択SiGeエピタキシャル層25を形成することにより、選択SiGeエピタキシャル層25からのチャネル領域へのストレス印加による相乗効果が働き、さらにホール移動度を向上させトランジスタの駆動能力向上を図ることができる。
As described above, the modification is formed by forming the selective
<実施の形態3>
(第1の態様)
図49はこの発明の実施の形態3であるP型のFinFETの第1の態様の斜視断面構造を示す説明図である。図50は図49の断面C3における断面構造を示す断面図である。
<
(First aspect)
FIG. 49 is an explanatory view showing a perspective sectional structure of the first mode of the P-type FinFET according to the third embodiment of the present invention. 50 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure at a cross-section C3 in FIG.
これらの図に示すように、Si基板1上にSiCエピタキシャル層2が形成される。SiCエピタキシャル層2はその一部に突出部2tを有している。この突出部2tは図49中斜め縦方向(第1の方向)に延びた一方向延在形状を呈している。
As shown in these drawings,
そして、SiCエピタキシャル層2の突出部2t上にSiエピタキシャル層3が形成されている。Siエピタキシャル層3も上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成され、上面及び側面を有している。また、突出部2tを除くSiCエピタキシャル層2上には分離絶縁膜11が突出部2tの上面と同程度の高さで形成される。
そして、図49及び図50に示すように、Siエピタキシャル層3の上面及び両側面上にはゲート酸化膜24が形成されている。さらに、これらゲート酸化膜24を介して、Siエピタキシャル層3の上面上及び側面上にゲート電極G3が形成される。ゲート電極G3は図49中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G3上に窒化膜39が形成される。
As shown in FIGS. 49 and 50, a
図50に示すように、Siエピタキシャル層3において、ゲート電極G3下の領域がN型のボディ領域3bとなり、このボディ領域3bを挟んでP型のソース領域3s、及びドレイン領域3dがそれぞれ形成される。
As shown in FIG. 50, in the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜24下のSiエピタキシャル層3の上面内及び両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G3はトライゲートとして機能する。
The channel region is a region in the upper surface and both side surfaces of the
そして、ボディ領域3b、ドレイン領域3d、ソース領域3s、ゲート酸化膜24及びゲート電極G3によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The
上述したように、実施の形態3の第1の態様では、Siエピタキシャル層3の上面内及び両側面内の領域をチャネル領域としている。したがって、Siエピタキシャル層3は下層の格子定数小さいSiCエピタキシャル層2により圧縮応力がかかっている。
As described above, in the first mode of the third embodiment, regions in the upper surface and both side surfaces of the
このように、実施の形態3の第1の態様は、実施の形態1及び実施の形態2と同様、突出部2t及びSiエピタキシャル層3が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2の突出部2tより1軸方向のチャネル長方向に他の軸方向より強く圧縮応力が発生する。このため、実施の形態3のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
As described above, the first mode of the third embodiment is similar to the first and second embodiments, when the projecting
また、実施の形態3の第1の態様は、ゲート電極G3はトライゲート構造を呈しているため、ダブルゲート構造のゲート電極G2を採用した実施の形態1の第1の態様に比べ、Siエピタキシャル層3の上面をもチャネル領域とすることができる分、さらに電流駆動能力が向上する効果を奏する。
Moreover, since the gate electrode G3 has a tri-gate structure in the first mode of the third embodiment, compared with the first mode of the first embodiment that employs the gate electrode G2 having a double gate structure, the Si epitaxial layer is formed. Since the upper surface of the
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性も、SiとSiCとのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク低減を図ることができる。 In addition, the short channel characteristics that have been a problem with FinFETs formed on bulk substrates are also suppressed due to the potential barrier due to the difference in band gap between Si and SiC, and junction leakage is reduced due to the difference in band gap. Can be achieved.
図51〜図62は実施の形態3の第1の態様であるP型のFinFETの製造方法を示す断面図である。なお、これらの図ではPlanarトランジスタ部R1及びFinトランジスタ部R2それぞれにおいてPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを製造する工程として説明する。また、これらの図は図49のゲート電極G3の形成方向、T字状のI部分の方向(第2の方向)の断面構造を示している。 51 to 62 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a P-type FinFET which is the first mode of the third embodiment. In these drawings, a description will be given as a process of manufacturing a PMOS transistor and an NMOS transistor in each of the Planar transistor portion R1 and the Fin transistor portion R2. Further, these drawings show a cross-sectional structure in the formation direction of the gate electrode G3 in FIG. 49 and the direction of the T-shaped I portion (second direction).
まず、図5〜図12で示した実施の形態1の第1の態様の製造方法と同様な過程を経て図51で示す構造を得る。 First, the structure shown in FIG. 51 is obtained through the same process as the manufacturing method of the first aspect of the first embodiment shown in FIGS.
すなわち、図51に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1,Finトランジスタ形成領域R2間が分離絶縁膜11によって絶縁分離される。さらに、Planarトランジスタ形成領域R1において、PMOSトランジスタ形成部R1p,NMOSトランジスタ形成部R1n間が分離絶縁膜11によって絶縁分離され、Finトランジスタ形成領域R2において、PMOSトランジスタ形成部R2p,NMOSトランジスタ形成部R2n間が分離絶縁膜11によって絶縁分離される構造を得る。
That is, as shown in FIG. 51, the Planar transistor formation region R1 and the Fin transistor formation region R2 are insulated and separated by the
そして、図52に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1上に写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト12を形成し、Finトランジスタ形成領域R2の分離絶縁膜11に対しドライエッチング処理を行いエッチバックして一部除去する。このときのエッチングした分離絶縁膜11の上面は、実施の形態1及び実施の形態2と同様、SiCエピタキシャル層2とSiエピタキシャル層3とのSiC/Si界面と同等程度にするのが望ましい。
Then, as shown in FIG. 52, a patterned resist 12 is formed on the Planar transistor formation region R1 using photolithography, and a dry etching process is performed on the
さらに、図52に示すように、Finトランジスタ形成領域R2における窒化膜9をドライエッチングよりに除去する。その後、ウエットエッチング処理によりFinトランジスタ形成領域R2における酸化膜8も除去する。なお、ウエットエッチング処理で酸化膜8を除去するのは、Finトランジスタ形成領域R2のSiエピタキシャル層3の上面にドライエッチングによるダメージを与えないためである。
Further, as shown in FIG. 52, the
次に、図53に示すように、Finトランジスタ形成領域R2において、分離絶縁膜11から露出したSiエピタキシャル層3及び7の上面上及び側面上にゲート酸化膜24を形成する。この際、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいて、SiC/Si界面より分離絶縁膜11の上面が下に位置する場合はさらにSiCエピタキシャル層2の一部の側面上にもゲート酸化膜24が形成される。その後、図53に示すように、全面にポリシリコン層13を堆積する。
Next, as shown in FIG. 53, a
次に、図54に示すように、ポリシリコン層13に対してCMP処理を行い、Planarトランジスタ形成領域R1及びFinトランジスタ形成領域R2の窒化膜9の形成高さまでポリシリコン層13をエッチング除去する。したがって、Planarトランジスタ形成領域R1上のポリシリコン層13は全て除去される。
Next, as shown in FIG. 54, a CMP process is performed on the
そして、図55に示すように、全面に窒化膜36を堆積した後、Finトランジスタ形成領域R2上にパターニングされたレジスト14を形成する。
Then, as shown in FIG. 55, after depositing a
続いて、図56に示すように、レジスト14から露出したPlanarトランジスタ形成領域R1の窒化膜36及び窒化膜9を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 56, the
さらに、図57に示すように、レジスト14を除去した後、Planarトランジスタ形成領域R1の酸化膜8を除去する。
Further, as shown in FIG. 57, after removing the resist 14, the
そして、図58に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1のSiエピタキシャル層7の表面上に選択的に下敷き酸化膜28を形成する。
Then, as shown in FIG. 58, an
続いて、Planarトランジスタ形成領域R1にトランジスタ形成に必要な種々処理(ウェル形成用不純物注入や閾値電圧Vth調整のためのチャネルへの不純物注入)をNMOS/PMOSで区別して、写真製版工程とイオン注入工程を用いて行なう(図示せず)。その後、下敷き酸化膜28を除去する。
Subsequently, the various processes necessary for transistor formation (impurity implantation for well formation and impurity implantation to the channel for adjusting the threshold voltage Vth) are distinguished by NMOS / PMOS in the Planar transistor formation region R1, and the photoengraving process and ion implantation are performed. Performed using a process (not shown). Thereafter, the
その後、図59に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1にゲート酸化膜23を形成後、続いてポリシリコン層15を全面に堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 59, a
そして、図60に示すように、ポリシリコン層15に対してCMP処理を行い、Finトランジスタ形成領域R2の窒化膜36の高さまでポリシリコン層15を除去する。したがって、Planarトランジスタ形成領域R1におけるポリシリコン層15の一部が残存する。
Then, as shown in FIG. 60, a CMP process is performed on the
次に、図61に示すように、全面に窒化膜37を堆積した後、写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト18を形成する。
Next, as shown in FIG. 61, a
そして、図62に示すように、レジスト18をマスクとして、窒化膜37,36、ポリシリコン層15,13に対してドライエッチング処理を行う。その結果、Planarトランジスタ形成領域R1のPMOSトランジスタ形成部R1p及びNMOSトランジスタ形成部R1nそれぞれにゲート電極G1が、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2p及びNMOSトランジスタ形成部R2nそれぞれにゲート電極G3が形成される。なお、窒化膜36,37の積層構造が図49及び図50で示した窒化膜39に相当する。
Then, as shown in FIG. 62, dry etching is performed on the
その後、ソース・ドレイン領域形成用の不純物導入処理等を行い、Planarトランジスタ形成領域R1にPMOSトランジスタQ11,NMOSトランジスタQ12をそれぞれ完成し、Finトランジスタ形成領域R2にPMOSトランジスタQ31,NMOSトランジスタQ32をそれぞれ完成する。 Thereafter, impurity introduction processing for forming the source / drain regions is performed, and the PMOS transistor Q11 and the NMOS transistor Q12 are completed in the Planar transistor formation region R1, and the PMOS transistor Q31 and the NMOS transistor Q32 are completed in the Fin transistor formation region R2. To do.
その結果、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2pに形成されるP型のFinFETとして図49及び図50で示した実施の形態3の第1の態様で示す構造を得ることができる。すなわち、図62のゲート周辺領域A3で示すPMOSトランジスタQ21が図49及び図50で示した実施の形態3の第1の態様となる。なお、図62ではゲート電極G3の形状を簡略化して示している。 As a result, the structure shown in the first mode of the third embodiment shown in FIGS. 49 and 50 can be obtained as a P-type FinFET formed in the PMOS transistor formation portion R2p in the Fin transistor formation region R2. That is, the PMOS transistor Q21 indicated by the gate peripheral region A3 in FIG. 62 is the first mode of the third embodiment shown in FIGS. In FIG. 62, the shape of the gate electrode G3 is simplified.
(第2の態様)
図63はこの発明の実施の形態3であるP型のFinFETの第2の態様の斜視断面構造を示す説明図である。
(Second aspect)
FIG. 63 is an explanatory view showing a perspective sectional structure of a second mode of the P-type FinFET according to the third embodiment of the present invention.
同図に示すように、Si基板1は一部に突出部1tを有している。この突出部1tは図63中斜め縦方向(第1の方向)に延びて形成されている。Si基板1の突出部1t上にSiCエピタキシャル層2が形成される。SiCエピタキシャル層2は上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成されている。
As shown in the figure, the
そして、SiCエピタキシャル層2上に選択的にSiエピタキシャル層3が形成されている。Siエピタキシャル層3も上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成され、上面及び側面を有している。また、突出部1tを除くSi基板1上には分離絶縁膜21がSiCエピタキシャル層2の上面と同程度の高さで形成される。
A
そして、図63に示すように、第1の態様と同様に、Siエピタキシャル層3の上面及び両側面上にはゲート酸化膜24が形成されいる。さらに、第1の態様と同様に、ゲート酸化膜24を介して、Siエピタキシャル層3の上面上及び側面上にゲート電極G3が形成される。ゲート電極G3は図63中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G3上に窒化膜39が形成される。
As shown in FIG. 63, the
なお、実施の形態3の第2の態様においても、図50で示した第1の態様と同様、Siエピタキシャル層3において、ゲート電極G3下の領域がN型のボディ領域となり、このボディ領域を挟んでP型のソース領域及びドレイン領域がそれぞれ形成される。
Also in the second mode of the third embodiment, similarly to the first mode shown in FIG. 50, in the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜24下のSiエピタキシャル層3の上面内及び両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G3はトライゲートとして機能する。
The channel region is a region in the upper surface and both side surfaces of the
そして、上述したボディ領域、ドレイン領域、ソース領域、ゲート酸化膜24及びゲート電極G3によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The body region, the drain region, the source region, the
実施の形態3の第2の態様は、第1の態様と同様、SiCエピタキシャル層2及びSiエピタキシャル層3が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2よりSiエピタキシャル層3に対して1軸方向のチャネル長方向に他の軸方向より強い圧縮応力F1が発生する。このため、第2の態様のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
The second mode of the third embodiment is similar to the first mode in that when the
さらに、第2の態様では、SiCエピタキシャル層2全体が一方向延在形状とされる分、チャネル長方向により強く一軸ストレスをかけることができる分、第1の態様以上にトランジスタの駆動能力を向上させることができる効果を奏する。
Furthermore, in the second aspect, the entire
また、実施の形態3の第2の態様は、ゲート電極G3はトライゲート構造を呈しているため、ダブルゲート構造のゲート電極G2を採用した実施の形態1の第2の態様に比べ、さらに電流駆動能力が向上する。 Further, in the second mode of the third embodiment, since the gate electrode G3 has a tri-gate structure, the current is further increased as compared with the second mode of the first embodiment in which the gate electrode G2 having a double gate structure is adopted. Drive ability is improved.
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性も、SiとSiCとのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク低減を図ることができる。 In addition, the short channel characteristics that have been a problem with FinFETs formed on bulk substrates are also suppressed due to the potential barrier due to the difference in band gap between Si and SiC, and junction leakage is reduced due to the difference in band gap. Can be achieved.
図64〜図75は実施の形態3の第2の態様であるP型のFinFETの製造方法を示す断面図である。なお、これらの図ではPlanarトランジスタ部R1及びFinトランジスタ部R2それぞれにおいてPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを製造する工程として説明する。また、これらの図は図63のゲート電極G3の形成方向、T字状のI部分の方向(第2の方向)の断面構造を示している。 64 to 75 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a P-type FinFET which is the second mode of the third embodiment. In these drawings, a description will be given as a process of manufacturing a PMOS transistor and an NMOS transistor in each of the Planar transistor portion R1 and the Fin transistor portion R2. Further, these drawings show a cross-sectional structure in the formation direction of the gate electrode G3 in FIG. 63 and the direction of the T-shaped I portion (second direction).
まず、図5〜図11並びに図24及び図25で示した実施の形態1の第2の態様(図5〜図11は実施の形態1の第1の態様と同じ処理)の製造方法と同様な課程を経て図64で示す構造を得る。 First, similar to the manufacturing method of the second mode of the first embodiment shown in FIGS. 5 to 11 and FIGS. 24 and 25 (FIGS. 5 to 11 are the same processes as the first mode of the first embodiment). The structure shown in FIG. 64 is obtained through various processes.
すなわち、図64に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1,Finトランジスタ形成領域R2間が分離絶縁膜21によって絶縁分離される。さらに、Planarトランジスタ形成領域R1において、PMOSトランジスタ形成部R1p,NMOSトランジスタ形成部R1n間が分離絶縁膜21によって絶縁分離され、Finトランジスタ形成領域R2において、PMOSトランジスタ形成部R2p,NMOSトランジスタ形成部R2n間が分離絶縁膜21によって絶縁分離される構造を得る。
That is, as shown in FIG. 64, the Planar transistor formation region R1 and the Fin transistor formation region R2 are insulated and separated by the
そして、図65に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1上に写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト12を形成し、Finトランジスタ形成領域R2の分離絶縁膜21に対しドライエッチング処理を行いエッチバックして一部除去する。このときのエッチングした分離絶縁膜21の上面は、実施の形態1及び実施の形態2と同様、SiCエピタキシャル層2とSiエピタキシャル層3とのSiC/Si界面と同等程度にするのが望ましい。
Then, as shown in FIG. 65, a patterned resist 12 is formed on the Planar transistor formation region R1 using photolithography, and a dry etching process is performed on the
さらに、図65に示すように、Finトランジスタ形成領域R2における窒化膜9をドライエッチングよりに除去する。その後、ウエットエッチング処理によりFinトランジスタ形成領域R2における酸化膜8も除去する。なお、ウエットエッチング処理で酸化膜8を除去するのは、Siエピタキシャル層3の上面にドライエッチングによるダメージを与えないためである。
Further, as shown in FIG. 65, the
次に、図66に示すように、Finトランジスタ形成領域R2において、分離絶縁膜21から露出したSiエピタキシャル層3及び7の上面上及び側面上にゲート酸化膜24を形成する。この際、PMOSトランジスタ形成部R2pにおいて、SiC/Si界面より分離絶縁膜21の上面が下に位置する場合はさらにSiCエピタキシャル層2の一部の側面上にもゲート酸化膜24が形成される。その後、図66に示すように、全面にポリシリコン層13を堆積する。
Next, as shown in FIG. 66, a
次に、図67に示すように、ポリシリコン層13に対してCMP処理を行い、Planarトランジスタ形成領域R1及びFinトランジスタ形成領域R2の窒化膜9の形成高さまでポリシリコン層13をエッチング除去する。したがって、Planarトランジスタ形成領域R1上のポリシリコン層13は全て除去される。
Next, as shown in FIG. 67, the
そして、図68に示すように、全面に窒化膜36を堆積した後、Finトランジスタ形成領域R2上にパターニングされたレジスト14を形成する。
As shown in FIG. 68, after depositing a
続いて、図69に示すように、レジスト14から露出したPlanarトランジスタ形成領域R1の窒化膜36及び窒化膜9を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 69, the
さらに、図70に示すように、レジスト14を除去した後、Planarトランジスタ形成領域R1の酸化膜8を除去する。
Further, as shown in FIG. 70, after removing the resist 14, the
そして、図71に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1のSiエピタキシャル層7の表面上に選択的に下敷き酸化膜28を形成する。
Then, as shown in FIG. 71, an
続いて、第1の態様と同様、Planarトランジスタ形成領域R1にトランジスタ形成に必要な種々処理をNMOS/PMOSで区別して、写真製版工程とイオン注入工程を用いて行なう(図示せず)。その後、下敷き酸化膜28を除去する。
Subsequently, as in the first embodiment, various processes necessary for transistor formation are differentiated by NMOS / PMOS in the Planar transistor formation region R1, and are performed using a photolithography process and an ion implantation process (not shown). Thereafter, the
その後、図72に示すように、Planarトランジスタ形成領域R1にゲート酸化膜23を形成後、続いてポリシリコン層15を全面に堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 72, a
そして、図73に示すように、ポリシリコン層15に対してCMP処理を行い、Finトランジスタ形成領域R2の窒化膜36の高さまでポリシリコン層15を除去する。したがって、Planarトランジスタ形成領域R1におけるポリシリコン層15の一部が残存する。
Then, as shown in FIG. 73, a CMP process is performed on the
次に、図74に示すように、全面に窒化膜37を堆積した後、写真製版技術を用いてパターニングされたレジスト18を形成する。
Next, as shown in FIG. 74, a
そして、図75に示すように、レジスト18をマスクとして、窒化膜37,36、ポリシリコン層15,13に対してドライエッチングを行う。その結果、Planarトランジスタ形成領域R1のPMOSトランジスタ形成部R1p及びNMOSトランジスタ形成部R1nそれぞれにゲート電極G1が、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2p及びNMOSトランジスタ形成部R2nそれぞれにゲート電極G3が形成さる。なお、窒化膜36,37の積層構造が図63で示した窒化膜39に相当する。
75, dry etching is performed on the
その後、ソース・ドレイン領域形成用の不純物導入処理等を行い、Planarトランジスタ形成領域R1にPMOSトランジスタQ11,NMOSトランジスタQ12を、Finトランジスタ形成領域R2にそれぞれPMOSトランジスタQ31,NMOSトランジスタQ32をそれぞれ完成する。 Thereafter, impurity introduction processing for forming source / drain regions is performed, and the PMOS transistor Q11 and NMOS transistor Q12 are completed in the Planar transistor formation region R1, and the PMOS transistor Q31 and NMOS transistor Q32 are completed in the Fin transistor formation region R2, respectively.
その結果、Finトランジスタ形成領域R2のPMOSトランジスタ形成部R2pに形成されるP型のFinFETとして図63で示した実施の形態3の第2の態様で示す構造を得ることができる。すなわち、図75のゲート周辺領域A4で示すPMOSトランジスタQ21が図63で示した実施の形態3の第2の態様となる。なお、図75ではゲート電極G3の形状を簡略化して示している。 As a result, the structure shown in the second mode of the third embodiment shown in FIG. 63 can be obtained as a P-type FinFET formed in the PMOS transistor formation portion R2p of the Fin transistor formation region R2. That is, the PMOS transistor Q21 indicated by the gate peripheral region A4 in FIG. 75 is the second aspect of the third embodiment shown in FIG. In FIG. 75, the shape of the gate electrode G3 is simplified.
<実施の形態4>
(第1の態様)
図76はこの発明の実施の形態4であるP型のFinFETの第1の態様の斜視断面構造を示す説明図である。図77は図76の断面C4における断面構造を示す断面図である。
<
(First aspect)
FIG. 76 is an explanatory diagram showing a perspective sectional structure of the first mode of the P-type FinFET according to the fourth embodiment of the present invention. 77 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along a cross-section C4 in FIG.
これらの図に示すように、Si基板1上にSiCエピタキシャル層2が形成される。SiCエピタキシャル層2はその一部に突出部2tを有している。この突出部2tは図76中縦方向(第1の方向)に延びた一方向延在形状として形成されている。
As shown in these drawings,
そして、SiCエピタキシャル層2の突出部2t上にSiエピタキシャル層3が形成されている。Siエピタキシャル層3も上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成され、上面及び側面を有している。また、突出部2tを除くSiCエピタキシャル層2上には分離絶縁膜11が突出部2tの上面と同程度の高さで形成される。さらに、Siエピタキシャル層3上に上記第1の方向に延びてSiC層22が形成される。すなわち、SiC層22も一方向延在形状を呈している。
そして、図76及び図77に示すように、SiC層22の上面上並びにSiC層22及びSiエピタキシャル層3の両側面上にはゲート酸化膜24が形成されている。さらに、これらゲート酸化膜24を介して、SiC層22の上面上並びにSiCエピタキシャル層2及びSiC層22の側面上にゲート電極G3が形成される。ゲート電極G3は図76中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G3上に窒化膜39が形成される。
As shown in FIGS. 76 and 77, a
図77に示すように、Siエピタキシャル層3及びSiC層22において、ゲート電極G2下の領域がN型のボディ領域3b及び22bとなり、このボディ領域3bを挟んでP型のソース領域3s及び22s並びにドレイン領域3d及び22dがそれぞれ形成される。
As shown in FIG. 77, in the
なお、ゲート酸化膜24下において、SiC層22の上面内の領域、及びSiエピタキシャル層3及びSiC層22の両側面内の領域がチャネル領域となる。すなわち、ゲート電極G3はトライゲートとして機能する。
Under the
そして、ボディ領域3b及び22b、ドレイン領域3d及び22d、ソース領域3s及び22d、ゲート酸化膜24並びにゲート電極G3によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The
上述したように、実施の形態4の第1の態様では、SiC層22の上面内及びSiC層22及びSiエピタキシャル層3の両側面内の領域をチャネル領域としている。したがって、Siエピタキシャル層3は下層及び上層の格子定数小さいSiCエピタキシャル層2及びSiC層22それぞれにより圧縮応力がかかっている。
As described above, in the first mode of the fourth embodiment, regions in the upper surface of
したがって、実施の形態4の第1の態様は、実施の形態2と同様、突出部2t、Siエピタキシャル層3及びSiC層22が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2の突出部2t及び上方のSiC層22よりSiエピタキシャル層3に対して1方向のチャネル長方向の圧縮応力F1が他の方向軸より強く発生する。このため、実施の形態4のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
Therefore, the first mode of the fourth embodiment is similar to the second embodiment in that when the protruding
さらに、SiCエピタキシャル層2に加え、SiC層22からの圧縮応力F1が加わる分、更なるホール移動度向上によって実施の形態3以上にトランジスタの電流駆動能力を向上を図ることができる。
In addition to the
また、実施の形態4の第1の態様は、ゲート電極G3はトライゲート構造を呈しているため、ダブルゲート構造のゲート電極G2を採用した実施の形態2の第1の態様に比べ、さらに電流駆動能力が向上する。 Further, in the first mode of the fourth embodiment, since the gate electrode G3 has a tri-gate structure, the current is further increased as compared with the first mode of the second embodiment in which the gate electrode G2 having a double gate structure is adopted. Drive ability is improved.
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性も、SiとSiCとのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク低減を図ることができる。 In addition, the short channel characteristics that have been a problem with FinFETs formed on bulk substrates are also suppressed due to the potential barrier due to the difference in band gap between Si and SiC, and junction leakage is reduced due to the difference in band gap. Can be achieved.
なお、実施の形態4の第1の態様であるP型のFinFETの製造方法は、以下の点を除き、図5〜図12及び図51〜図62で示した実施の形態3の第1の態様と同様な処理を経て行われる。以下、異なる点のみ述べる。
In addition, the manufacturing method of P type FinFET which is the 1st aspect of
実施の形態3の第1の態様の製造方法で、図6で示す工程において、Siエピタキシャル層3の形成後、Siエピタキシャル層3上にさらにエピタキシャル成長法によりSiC層22を形成する。そして、このSiC層22上に酸化膜4を堆積する。
In the manufacturing method according to the first aspect of the third embodiment, in the step shown in FIG. 6, after formation of
(第2の態様)
図78はこの発明の実施の形態4であるP型のFinFETの第2の態様の斜視断面構造を示す説明図である。
(Second aspect)
FIG. 78 is an explanatory view showing a perspective sectional structure of the second mode of the P-type FinFET according to the fourth embodiment of the present invention.
同図に示すように、Si基板1は一部に突出部1tを有している。この突出部1tは図78中縦方向(第1の方向)に延びて形成されている。Si基板1の突出部1t上にSiCエピタキシャル層2が形成される。SiCエピタキシャル層2は全体が上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成されている。
As shown in the figure, the
そして、SiCエピタキシャル層2上に選択的にSiエピタキシャル層3が形成されている。Siエピタキシャル層3も全体が上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成され、上面及び側面を有している。また、突出部1tを除くSi基板1上には分離絶縁膜21がSiCエピタキシャル層2の上面と同程度の高さで形成される。さらに、Siエピタキシャル層3上に上記第1の方向に延びて一方向延在形状のSiC層22が形成される。
A
そして、図78に示すように、第1の態様と同様に、SiC層22の上面上Siエピタキシャル層3及びSiC層22の両側面上にはゲート酸化膜24が形成されている。さらに、第1の態様と同様に、ゲート酸化膜24を介して、SiC層22の上面上並びにSiエピタキシャル層3及びSiC層22の側面上にゲート電極G3が形成される。ゲート電極G3は図78中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。このゲート電極G3上に窒化膜39が形成される。
As shown in FIG. 78, the
なお、実施の形態4の第2の態様においても、図77で示した第1の態様と同様、Siエピタキシャル層3及びSiC層22において、ゲート電極G3下の領域がN型のボディ領域となり、このボディ領域を挟んでP型のソース領域及びドレイン領域がそれぞれ形成される。
In the second mode of the fourth embodiment, similarly to the first mode shown in FIG. 77, in the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜24下のSiC層22の上面内並びにSiエピタキシャル層3及びSiC層22の両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G3はトライゲートとして機能する。
The channel region is a region in the upper surface of
そして、上述したボディ領域、ドレイン領域、ソース領域、ゲート酸化膜24及びゲート電極G3によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The body region, the drain region, the source region, the
実施の形態4の第2の態様は、第1の態様と同様、SiCエピタキシャル層2、Siエピタキシャル層3及びSiC層22が一方向延在形状として加工された際、下方のSiCエピタキシャル層2及び上方のSiC層22よりSiエピタキシャル層3に対して1方向のチャネル長方向の圧縮応力F1が他の方向軸より強く発生する。このため、第2の態様のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
In the second mode of the fourth embodiment, when the
加えて、第2の態様では、SiCエピタキシャル層2全体が一方向延在形状とされる分、チャネル長方向により強く一軸ストレスをかけることができる分、第1の態様以上にトランジスタの駆動能力を向上させることができる効果を奏する。
In addition, in the second aspect, the entire
さらに、SiCエピタキシャル層2に加え、SiC層22からの圧縮応力F1が加わる分、更なるホール移動度向上によって実施の形態3以上にトランジスタの電流駆動能力を向上を図ることができる。
In addition to the
また、実施の形態4の第2の態様は、ゲート電極G3はトライゲート構造を呈しているため、ダブルゲート構造のゲート電極G2を採用した実施の形態2の第2の態様に比べ、さらに電流駆動能力が向上する。 Further, in the second mode of the fourth embodiment, since the gate electrode G3 has a tri-gate structure, the current is further increased as compared with the second mode of the second embodiment in which the gate electrode G2 having a double gate structure is adopted. Drive ability is improved.
加えて、バルク基板に形成されるFinFETで問題であったショートチャネル特性も、SiとSiCとのバンドギャップの違いからポテンシャルバリアがあるため抑制され、また、上記バンドギャップの違いに伴い接合リーク低減を図ることができる。 In addition, the short channel characteristics that have been a problem with FinFETs formed on bulk substrates are also suppressed due to the potential barrier due to the difference in band gap between Si and SiC, and junction leakage is reduced due to the difference in band gap. Can be achieved.
なお、実施の形態4の第2の態様であるP型のFinFETの製造方法は、以下の点を除き、図5〜図12及び図54〜図75で示した実施の形態3の第2の態様と同様な処理を経て行われる。以下、異なる点のみ述べる。
In addition, the manufacturing method of P type FinFET which is the 2nd aspect of
実施の形態3の第2の態様の製造方法(第1の態様と同じ工程部分)で、図6で示す工程において、Siエピタキシャル層3の形成後、Siエピタキシャル層3上にさらにエピタキシャル成長法によりSiC層22を形成する。そして、このSiC層22上に酸化膜4を堆積する。
In the manufacturing method according to the second aspect of the third embodiment (the same process portion as in the first aspect), in the step shown in FIG. 6, after the formation of the
<変形例>
実施の形態3(第1及び第2の態様)及び実施の形態4(第1及び第2の態様)の変形例として、PMOSトランジスタ形成部R2pに形成されるP型のFinFETのソース・ドレイン領域に隣接して、少なくともSiエピタキシャル層3の側面上にSiGe層を形成した構造が考えられる。なお、製造方法においては、図41〜図48で示した製造工程と同様に行われる。
<Modification>
As a modification of the third embodiment (first and second modes) and the fourth embodiment (first and second modes), a source / drain region of a P-type FinFET formed in a PMOS transistor formation portion R2p A structure in which a SiGe layer is formed at least on the side surface of the
<実施の形態5>
図79はこの発明の実施の形態5であるP型のFinFETの斜視断面構造を示す説明図である。図80は図79の断面C5における断面構造を示す断面図である。
<
FIG. 79 is an explanatory view showing a perspective sectional structure of a P-type FinFET according to the fifth embodiment of the present invention. 80 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along a cross-section C5 in FIG.
これらの図に示すように、支持基板41上に埋め込み酸化膜42が形成され、埋め込み酸化膜42上にSiからなるSOI層43(シリコン層)が形成される。すなわち、実施の形態5は支持基板41、埋め込み酸化膜42及びSOI層43からなるSOI基板上にP型のFinFETを形成している。すなわち、半導体基体として最上部にSOI層43を有するSOI基板を採用している。
As shown in these drawings, a buried
SOI層43は図79中縦方向(第1の方向)に延びた一方向延在形状として形成されている。SOI層43上に第1の方向に沿ってエピタキシャルSiC層44が一方向延在形状として形成される。
The
そして、エピタキシャルSiC層44上に選択的にエピタキシャルSi層45が形成されている。エピタキシャルSi層45も上記第1の方向に延びた一方向延在形状として形成され、上面及び側面を有している。
An
そして、図79及び図80に示すように、エピタキシャルSi層45の上面上並びにSOI層43、エピタキシャルSiC層44及びエピタキシャルSi層45の両側面上にはゲート酸化膜24が形成されている。さらに、ゲート酸化膜24を介して、エピタキシャルSi層45の上面上及び側面上にゲート電極G3が形成される。ゲート電極G3は図79中横方向(第2の方向)に延在して形成され、平面形状がT字状となっている。
79 and 80, the
図80に示すように、SOI層43、エピタキシャルSiC層44及びエピタキシャルSi層45からなる積層構造において、ゲート電極G3下の領域がN型のボディ領域46bとなり、このボディ領域46bを挟んでP型のソース領域46s、及びドレイン領域46dがそれぞれ形成される。
As shown in FIG. 80, in the stacked structure composed of the
なお、チャネル領域はゲート酸化膜24下のエピタキシャルSi層45の上面内及び上記積層構造の両側面内の領域となる。すなわち、ゲート電極G3はトライゲートとして機能する。
The channel region is a region in the upper surface of the
そして、ボディ領域46b、ドレイン領域46d、ソース領域46s、ゲート酸化膜24及びゲート電極G3によりPMOS構成のFinFETを構成する。
The
上述したように、実施の形態5では、エピタキシャルSi層45の上面内及び上記積層構造の両側面内の領域をチャネル領域としている。したがって、エピタキシャルSi層45(SOI層43)は下層の格子定数小さいエピタキシャルSiC層44により圧縮応力がかかっている。
As described above, in the fifth embodiment, regions in the upper surface of the
図81及び図82はエピタキシャルSiC層44よるエピタキシャルSi層45への圧縮応力のかかり方を示す説明図である。
81 and 82 are explanatory views showing how compressive stress is applied to the
図81に示すように、エピタキシャルSiC層44及びエピタキシャルSi層45が2方向に比較的広い平面領域を有する段階では2方向(第1及び第2の方向)の圧縮応力F1,F2がエピタキシャルSi層45に働く。
As shown in FIG. 81, when the
一方、図82に示すように、エピタキシャルSiC層44及びエピタキシャルSi層45が一方向延在形状として加工された段階で、エピタキシャルSi層45は第1の方向に延在した形状となるため、エピタキシャルSiC層44より1軸方向の圧縮応力F1が他の軸より強いエピタキシャルSi層45に働くことになる。
On the other hand, as shown in FIG. 82, when the
このように、実施の形態5は、エピタキシャルSiC層44及びエピタキシャルSi層45が一方向延在形状として加工された際、下方のエピタキシャルSiC層44よりSiエピタキシャル層3に対して1軸方向のチャネル長方向の圧縮応力F1が他の軸より強く発生する。このため、実施の形態5のFinFETは、ホール移動度が向上し、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
As described above, in the fifth embodiment, when the
加えて、実施の形態5は、SOI基板上にFinFETを形成することにより、バルク基板を用いた実施の形態1〜実施の形態4に比べ、一方向延在形状下には埋め込み酸化膜42が存在するため、ショートチャネル特性や接合リークを激減することができる効果を奏する。
In addition, in the fifth embodiment, by forming the FinFET on the SOI substrate, the buried
(他の態様)
図79及び図80で示した構造は、基本的に実施の形態3の構造をSOI基板上に形成した構造であり、実施の形態3と同様な効果を奏する。同様にして、図83に示すように、実施の形態1の構造をSOI基板上に形成したり、図84に示すように、実施の形態2の構造をSOI基板上に形成したり、図85に示すように、実施の形態4の構造をSOI基板上に形成することも可能である。これらの構造を採用しても、上述した実施の形態5の効果に加え、実施の形態1,実施の形態2及び実施の形態4で説明した効果も同様にそうする。
(Other aspects)
The structure shown in FIGS. 79 and 80 is basically a structure in which the structure of the third embodiment is formed on an SOI substrate, and has the same effects as those of the third embodiment. Similarly, the structure of the first embodiment is formed on an SOI substrate as shown in FIG. 83, the structure of the second embodiment is formed on an SOI substrate as shown in FIG. As shown, the structure of
なお、図83〜図85についての説明は同一符号を付して説明を省略する。また、図84及び図85で示すSiC層47は実施の形態2及び実施の形態4のSiC層22に相当する。
In addition, the description about FIGS. 83-85 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description. 84 and 85 correspond to
また、上述した図面は、実施の形態1〜実施の形態4それぞれの第2の態様の構造として示したが、SOI層43の膜厚が十分厚ければ、実施の形態1〜実施の形態4それぞれの第1の態様の構造で形成することも勿論可能である。
In addition, the above-described drawings are shown as the structure of the second mode of each of the first to fourth embodiments. However, if the
また、変形例としてソース・ドレイン領域上にSiGe層を形成する構造も勿論考えられる。 Of course, a structure in which a SiGe layer is formed on the source / drain regions is also conceivable as a modification.
なお、実施の形態5の製造方法は、Si基板1がSOI基板(支持基板41,埋め込み酸化膜42及びSOI層43)に置き換わる点を除き、実施の形態1〜実施の形態4の製造方法と同様である。
The manufacturing method of the fifth embodiment is the same as the manufacturing method of the first to fourth embodiments except that the
本発明はFinFETを用いたデバイス全般に適用可能である。 The present invention is applicable to all devices using FinFETs.
1 Si基板、2 SiCエピタキシャル層、3 Siエピタキシャル層、3b,22b ボディ領域、3d,22d,46d ドレイン領域、3s,22s,46s ソース領域、8 酸化膜、9,19,39 窒化膜、11 分離絶縁膜、20 ゲート酸化膜、21 分離絶縁膜、22,47 SiC層、24 ゲート絶縁膜、25 選択SiGeエピタキシャル層、41 支持基板、42 埋め込み酸化膜、43 SOI層、44 エピタキシャルSiC層、45 エピタキシャルSi層、G1〜G3 ゲート電極。 1 Si substrate, 2 SiC epitaxial layer, 3 Si epitaxial layer, 3b, 22b body region, 3d, 22d, 46d drain region, 3s, 22s, 46s source region, 8 oxide film, 9, 19, 39 nitride film, 11 isolation Insulating film, 20 gate oxide film, 21 isolation insulating film, 22, 47 SiC layer, 24 gate insulating film, 25 selective SiGe epitaxial layer, 41 support substrate, 42 buried oxide film, 43 SOI layer, 44 epitaxial SiC layer, 45 epitaxial Si layer, G1-G3 gate electrode.
Claims (17)
半導体基体と、
前記半導体基体上に形成され、構成材料としてSiCを含む第1の半導体層とを備え、前記第1の半導体層の少なくとも上層部は所定方向に延在した一方向延在形状を呈し、
前記第1の半導体層の前記上層部上に形成され、構成材料としてSiを含む第2の半導体層とを備え、前記第2の半導体層は上面及び側面を有し、前記所定方向に延在した一方向延在形状を呈し、
前記第2の半導体層の少なくとも側面上に形成されるゲート絶縁膜と、
前記第2の半導体層の側面上に前記ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極とを備え、
前記第2の半導体層は、前記ゲート絶縁膜下の前記第2の半導体層の表面であるチャネル領域を挟んで形成されるP型のソース・ドレイン領域を含み、
前記PMOSトランジスタは、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記チャネル領域及び前記ソース・ドレイン領域を含む、
半導体装置。 A semiconductor device including a PMOS transistor,
A semiconductor substrate;
A first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and containing SiC as a constituent material, wherein at least an upper layer portion of the first semiconductor layer exhibits a unidirectionally extending shape extending in a predetermined direction;
A second semiconductor layer formed on the upper layer of the first semiconductor layer and containing Si as a constituent material. The second semiconductor layer has an upper surface and side surfaces, and extends in the predetermined direction. Exhibiting a unidirectionally extended shape,
A gate insulating film formed on at least a side surface of the second semiconductor layer;
A gate electrode formed on the side surface of the second semiconductor layer via the gate insulating film,
The second semiconductor layer includes P-type source / drain regions formed across a channel region that is a surface of the second semiconductor layer under the gate insulating film,
The PMOS transistor includes the gate insulating film, the gate electrode, the channel region, and the source / drain region.
Semiconductor device.
前記第1の半導体層は全体が前記所定方向に沿った一方向延在形状で形成される、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first semiconductor layer is entirely formed in a unidirectionally extending shape along the predetermined direction.
Semiconductor device.
前記第2の半導体層は、
構成材料をSiとした第2の下部半導体層と、
前記第2の下部半導体層上に形成され、構成材料をSiCとした第2の上部半導体層とを含む、
半導体装置。 A semiconductor device according to claim 1 or claim 2, wherein
The second semiconductor layer includes
A second lower semiconductor layer whose constituent material is Si;
A second upper semiconductor layer formed on the second lower semiconductor layer and made of SiC as a constituent material;
Semiconductor device.
前記ゲート絶縁膜は、
前記第2の半導体層の側面上のみに形成されるゲート絶縁膜を含む、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The gate insulating film is
Including a gate insulating film formed only on a side surface of the second semiconductor layer;
Semiconductor device.
前記ゲート絶縁膜は、
前記第2の半導体層の上面上及び側面上に形成されるゲート絶縁膜を含み、
前記ゲート電極は前記第2の半導体層の上面上に前記ゲート絶縁膜を介してさらに形成される、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The gate insulating film is
A gate insulating film formed on an upper surface and a side surface of the second semiconductor layer;
The gate electrode is further formed on the upper surface of the second semiconductor layer via the gate insulating film.
Semiconductor device.
前記ソース・ドレイン領域に隣接するように少なくとも前記第2の半導体層の側面に形成され、構成材料としてSiGeを含む第3の半導体層をさらに備える、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
A third semiconductor layer that is formed on at least a side surface of the second semiconductor layer so as to be adjacent to the source / drain regions, and includes SiGe as a constituent material;
Semiconductor device.
前記半導体基体はバルク基板を含む、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor substrate comprises a bulk substrate;
Semiconductor device.
前記半導体基体は最上層部であるシリコン層であるSOI基板を含む、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor substrate includes an SOI substrate which is a silicon layer which is an uppermost layer portion.
Semiconductor device.
(a) Siを構成材料として含む半導体基体を準備するステップと、
(b) エピタキシャル成長法を用いて前記半導体基板部上に構成材料としてSiCを含む第1の半導体層を形成するステップと、
(c) エピタキシャル成長法を用いて前記第1の半導体層上に構成材料としてSiを含む第2の半導体層を形成するステップと、
(d) 前記第1及び第2の半導体層をパターニングして、少なくとも前記第1の半導体層の上層部及び前記第2の半導体層全体を、上面及び側面を有し所定方向に延在した一方向延在形状にするステップと、
(e) 前記第2の半導体層の少なくとも側面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
(f) 前記ゲート絶縁膜を介して前記第2の半導体層の側面上にゲート電極を形成するステップとえ、
(g) 前記ゲート絶縁膜下における前記第2の半導体層の表面であるチャネル領域を挟んでP型のソース・ドレイン領域を形成するステップとをさらに備え、
前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記チャネル領域及び前記ソース・ドレイン領域により前記フィン型構造のPMOSトランジスタが構成される、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a PMOS transistor having a fin-type structure,
(a) preparing a semiconductor substrate containing Si as a constituent material;
(b) forming a first semiconductor layer containing SiC as a constituent material on the semiconductor substrate portion using an epitaxial growth method;
(c) forming a second semiconductor layer containing Si as a constituent material on the first semiconductor layer using an epitaxial growth method;
(d) A pattern in which the first and second semiconductor layers are patterned so that at least the upper layer portion of the first semiconductor layer and the entire second semiconductor layer have an upper surface and side surfaces and extend in a predetermined direction. A direction extending shape;
(e) forming a gate insulating film on at least a side surface of the second semiconductor layer;
(f) forming a gate electrode on a side surface of the second semiconductor layer through the gate insulating film;
(g) further forming a P-type source / drain region sandwiching a channel region which is a surface of the second semiconductor layer under the gate insulating film,
The gate electrode, the gate insulating film, the channel region, and the source / drain region constitute the fin-type PMOS transistor.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(d) は、前記第1の半導体層全体を前記一方向延在形状に形成にするステップを含む、
半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, comprising:
The step (d) includes forming the entire first semiconductor layer into the unidirectionally extending shape,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(c) は、
(c-1) エピタキシャル成長法を用いて前記第1の半導体層上に構成材料としてSiを含む第2の下部半導体層を形成するステップと、
(c-2) エピタキシャル成長法を用いて前記第2の下部半導体層上に構成材料としてSiCを含む第2の上部半導体層を形成するとを含み、
前記第2の半導体層は前記第2の下部半導体層及び前記第2の上部半導体層の積層構造を含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9 or 10,
Step (c)
(c-1) forming a second lower semiconductor layer containing Si as a constituent material on the first semiconductor layer using an epitaxial growth method;
(c-2) forming a second upper semiconductor layer containing SiC as a constituent material on the second lower semiconductor layer using an epitaxial growth method;
The second semiconductor layer includes a stacked structure of the second lower semiconductor layer and the second upper semiconductor layer.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(e) は、前記第2の半導体層の側面上のみに前記ゲート絶縁膜を形成するステップを含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 11,
The step (e) includes forming the gate insulating film only on the side surface of the second semiconductor layer.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(e) は、前記第2の半導体層の上面上及び側面上に前記ゲート絶縁膜を形成するステップを含み、
前記ステップ(f) は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記第2の半導体層の上面上及び側面上に前記ゲート電極を形成するステップを含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 11,
The step (e) includes forming the gate insulating film on an upper surface and a side surface of the second semiconductor layer,
The step (f) includes forming the gate electrode on the upper surface and the side surface of the second semiconductor layer through the gate insulating film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(g) は、
前記ソース・ドレイン領域に隣接するように前記第2の半導体層の少なくとも側面に、構成材料としてSiGeを含む第3の半導体層を形成するステップをさらに含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 13,
Step (g)
Forming a third semiconductor layer containing SiGe as a constituent material on at least a side surface of the second semiconductor layer so as to be adjacent to the source / drain region;
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基体はバルク基板を含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 14,
The semiconductor substrate comprises a bulk substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基体は最上層部がシリコン層であるSOI基板を含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 14,
The semiconductor substrate includes an SOI substrate whose uppermost layer is a silicon layer,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基体は、プレーナ型トランジスタ形成領域及びフィン型トランジスタ形成領域を有し、前記プレーナ型トランジスタ形成領域は第1のPMOSトランジスタ形成部及び第1のNMOSトランジスタ形成部を含み、前記フィン型トランジスタ形成領域は第2のPMOSトランジスタ形成部及び第2のNMOSトランジスタ形成部を含み、
前記ステップ(d) は、前記第2のPMOSトランジスタ形成部において、少なくとも前記第1の半導体層の上層部及び前記第2の半導体層を、前記一方向延在形状にするとともに、前記プレーナ型トランジスタ形成領域全体及び前記フィン型トランジスタ形成領域における前記第2のNMOSトランジスタ形成部の前記第1及び第2の半導体層を除去するステップを含み、
前記ステップ(e) は、前記第2のPMOSトランジスタ形成部において、前記ゲート絶縁膜を介して前記第2の半導体層の側面上にゲート電極を形成するとともに、前記プレーナ型トランジスタ形成領域における前記第1のPMOSトランジスタ及び前記第1のNMOSトランジスタ形成部並びに前記フィン型トランジスタ形成領域における前記第2のNMOSトランジスタ形成部にそれぞれMOSトランジスタ用のゲート電極を形成するステップを含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 16,
The semiconductor substrate includes a planar transistor formation region and a fin transistor formation region, and the planar transistor formation region includes a first PMOS transistor formation portion and a first NMOS transistor formation portion, and the fin transistor formation The region includes a second PMOS transistor formation portion and a second NMOS transistor formation portion,
In the step (d), in the second PMOS transistor formation portion, at least the upper layer portion of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed to extend in the one direction, and the planar transistor is formed. Removing the first and second semiconductor layers of the second NMOS transistor formation portion in the entire formation region and the fin type transistor formation region,
In the step (e), a gate electrode is formed on a side surface of the second semiconductor layer through the gate insulating film in the second PMOS transistor formation portion, and the first transistor in the planar transistor formation region is formed. Forming a gate electrode for a MOS transistor in each of the first NMOS transistor, the first NMOS transistor formation, and the second NMOS transistor formation in the fin-type transistor formation region,
A method for manufacturing a semiconductor device.
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