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JP2009532905A

Method fo growing nanofin transistors

Abstract

This specification discloses a vertical tunneling transistor with a gate surrounding a transistor body having a width less than the photolithography reference dimension. A thin tunneling transistor with such a sounding gate can be used to reduce subthreshold leakage. In various embodiments, whether the crystalline nanofin is grown from the amorphous structure formed on the substrate, or the crystalline substrate is etched so that the crystalline nanofin is defined from the crystalline substrate. Alternatively, a substrate having a lithography standard size or less is obtained by either a method of growing crystalline nanowires from an amorphous structure formed on the substrate. Other embodiments and embodiments are also disclosed herein.

JP2009532905A, drawing sheet 1
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71 claims: 10 independent, 61 dependent

  1. 1
    第一の方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面巾を有し、且つ前記第一の方向に直交する第二の方向について最小フィーチャ寸法に対応する断面巾を有する、ナノFinと、 前記ナノFinの周りに在る、サラウンディングゲート絶縁体と、 前記ナノFinの周りに前記サラウンディングゲート絶縁体を間に挟んで在る、サラウンディングゲートと、 前記ナノFinの底端に在る第一の導電型を持つ第一のソース/ドレイン領域、および、前記ナノFinの頂端に在る第二の導電型を持つ第二のソース/ドレイン領域とを含み、ここで、 前記第一のソース/ドレイン領域および前記第二のソース/ドレイン領域が、前記第一のソース/ドレイン領域と前記第二のソース/ドレイン領域との間を垂直方向に走るチャネル領域を劃定することを特徴とする、トランジスタ。
  2. 2
    前記ナノFinが結晶質基板から形成され、また、 複数の溝が前記結晶質基板にエッチングされて前記ナノFinを劃定することを特徴とする、請求項1記載のトランジスタ。
  3. 3
    前記ナノFinが、基板表面に形成される、請求項1記載のトランジスタ。
  4. 4
    前記第一のソース/ドレイン領域が、P + 導電型を有し、また、 前記第二のソース/ドレイン領域が、N + 導電型を有することを特徴とする、請求項1記載のトランジスタ。
  5. 5
    前記結晶質基板中に在り、前記第一のソース/ドレイン領域に接続する、P + 導電線をさらに含む、請求項4記載のトランジスタ。
  6. 6
    第一の方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面巾を有し且つ前記第一の方向に直交する第二の方向について最小フィーチャ寸法に対応する断面巾を有するナノFinを、形成するステップと、 前記ナノFinの周りにサラウンディングゲート絶縁体を形成するステップと、 前記ナノFinの周りに前記サラウンディングゲート絶縁体を間に挟んでサラウンディングゲート絶縁体を形成するステップとを含む、トランジスタの形成方法であって、ここで、 前記ナノFinを用いることによって、第一の導電型を持つ第一のソース/ドレイン領域と、第二の導電型を持つ第二のソース/ドレイン領域との間を垂直方向に走るチャネルが得られることを特徴とする、方法。
  7. 7
    ナノFinを形成するステップが、 基板上に非晶質の半導体柱を形成し、前記半導体柱を再結晶して前記ナノFinを形成するステップを含む、請求項6記載の方法。
  8. 8
    ナノFinを形成するステップが、 結晶質基板に複数の溝をエッチングすることで、前記結晶質基板から前記ナノFinを形成するステップを含む、請求項6記載の方法。
  9. 9
    前記第一のソース/ドレイン領域がP + 導電型を有し、また、 前記第二のソース/ドレイン領域が、N + 導電型を有することを特徴とする、請求項6記載の方法。
  10. 10
    P + 導電線を基板に形成して、前記第一のソース/ドレイン領域に接続するステップをさらに含む、請求項9記載の方法。
  11. 11
    基板表面上に形成され、且つリソグラフィ基準寸法以下である断面寸法を少なくとも一方に有する、結晶質柱と、 前記結晶質柱の周りに在る、サラウンディングゲート絶縁体と、 前記結晶質柱の周りに前記サラウンディングゲート絶縁体を間に挟んで在る、サラウンディングゲートとを含み、ここで、 第一の導電型を持つ第一のソース/ドレイン領域と、第二の導電型を持つ第二のソース/ドレイン領域との間を垂直方向に走るチャネルを得るために、前記結晶質柱が用いられることを特徴とする、トランジスタ。
  12. 12
    前記第一のソース/ドレイン領域が、P + 導電型を有し、また、 前記第二のソース/ドレイン領域が、N + 導電型を有することを特徴とする、請求項11記載のトランジスタ。
  13. 13
    前記基板中に在り、前記第一のソース/ドレイン領域に接続する、P + 導電線をさらに含む、請求項12記載のトランジスタ。
  14. 14
    前記結晶質柱が結晶質ナノワイヤであり、前記結晶質ナノワイヤは、第一の方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面巾を有し、且つ前記第一の方向に直交する第二の方向について最小フィーチャ寸法に対応する断面巾を有する、請求項11記載のトランジスタ。
  15. 15
    前記結晶質柱が結晶質ナノFinであり、前記結晶質ナノFinは、第一の方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面巾を有し、且つ前記第一の方向に直交する第二の方向について最小フィーチャ寸法に対応する断面巾を有する、請求項11記載のトランジスタ。
  16. 16
    少なくとも一方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面寸法を有する結晶質柱を形成するステップであって、 基板上に非晶質半導体柱を形成してから、前記非晶質半導体柱を再結晶することで、前記結晶質柱を形成するステップを含んだステップと、 サラウンディングゲート絶縁体を、前記結晶質柱の周りに形成するステップと、 サラウンディングゲートを、前記結晶質柱の周りに前記サラウンディングゲート絶縁体を間に挟んで形成するステップとを含み、ここで、 第一の導電型を有する第一のソース/ドレイン領域と第二の導電型を有する第二のソース/ドレイン領域との間を垂直方向に走るチャネル領域が、前記結晶質柱を用いて得られることを特徴とする、トランジスタの形成方法。
  17. 17
    少なくとも一方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面寸法を有する結晶質柱を形成するステップが、 第一の方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面巾を有し、且つ前記第一の方向に直交する第二の方向について最小フィーチャ寸法に対応する断面巾を有するような、結晶質ナノFinを形成するステップを含む、請求項16記載の方法。
  18. 18
    少なくとも一方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面寸法を有する結晶質柱を形成するステップが、 第一の方向についてリソグラフィ基準寸法以下である断面巾を有し、且つ前記第一の方向に直交する第二の方向について最小フィーチャ寸法に対応する断面巾を有するような、結晶質ナノワイヤを形成するステップを含む、請求項16記載の方法。
  19. 19
    前記第一のソース/ドレイン領域が、P + 導電型を有し、 前記第二のソース/ドレイン領域が、N + 導電型を有することを特徴とする、請求項16記載の方法。
  20. 20
    前記基板中に形成され、且つ前記第一のソース/ドレイン領域に接続した、P + 導電線をさらに含む、請求項19記載の方法。
  21. 21
    トランジスタボディを形成するステップであって、 非晶質半導体材料でできており且つ厚さがリソグラフィ基準寸法以下である柱を、結晶質基板上に形成するステップと、 固相エピタキシー(SPE)工程を使って、前記結晶質基板を種とした結晶成長によって、前記非晶質半導体材料を結晶化するステップとを含み、ここで前記トランジスタボディは、結晶化した半導体柱の第一の導電型を有する第一のソース/ドレイン領域と第二の導電型を有する第二のソース/ドレイン領域との間につくられるというステップと、 サラウンディングゲート絶縁体を、前記半導体柱の周りに形成するステップと、 サラウンディングゲートを、前記半導体柱の周りに前記サラウンディングゲート絶縁体を間に挟んで形成するステップとを含む、トランジスタの形成方法。
  22. 22
    非晶質半導体材料でできている柱を結晶質基板上に形成するステップが、 非晶質珪素でできている柱を結晶質珪素基板上に形成するステップを含む、請求項21記載の方法。
  23. 23
    前記サラウンディングゲート絶縁体を形成するステップが、 酸化珪素を形成するステップを含む、請求項21記載の方法。
  24. 24
    サラウンディングゲートを形成するステップが、 ポリシリコンゲートを形成するステップを含む、請求項21記載の方法。
  25. 25
    サラウンディングゲートを形成するステップが、 金属ゲートを形成するステップを含む、請求項21記載の方法。
  26. 26
    前記サラウンディングゲートの高さが、前記柱の高さ未満となるように、前記サラウンディングゲートを凹ませるステップをさらに含む、請求項21記載の方法。
  27. 27
    前記第一のソース/ドレイン領域を前記結晶質基板に形成し、前記第二のソース/ドレイン領域を前記柱の頂部に形成するステップをさらに含む、請求項21記載の方法。
  28. 28
    結晶質基板と、 前記結晶質基板中に形成された、第一の導電型を有する第一のソース/ドレイン領域と、 前記結晶質基板上に、前記第一のソース/ドレイン領域と接続するようにして形成され、且つ断面寸法が最小フィーチャ寸法未満である、結晶質半導体柱と、 前記柱の頂部に形成された、第二の導電型を有する第二のソース/ドレイン領域と、 前記柱の周りに形成された、ゲート絶縁体と、 前記柱の周りに前記ゲート絶縁体を間に挟んで形成された、サラウンディングゲートとを含む、トランジスタ。
  29. 29
    前記半導体柱の断面寸法が、前記最小フィーチャ寸法未満の三分の一の値のorderである、請求項28記載のトランジスタ。
  30. 30
    前記半導体柱の断面寸法が、30nmのorderである、請求項28記載のトランジスタ。
  31. 31
    前記ゲート絶縁体が、酸化珪素を含む、請求項28記載のトランジスタ。
  32. 32
    前記ゲートが、ポリシリコンゲートを含む、請求項28記載のトランジスタ。
  33. 33
    前記ゲートが、金属ゲートを含む、請求項28記載のトランジスタ。
  34. 34
    トランジスタボディを形成するステップであって、 非晶質半導体材料でできており且つ断面厚さが最小フィーチャ寸法未満であるFinを、結晶質基板上に形成するステップと、 固相エピタキシー(SPE)工程を使って、前記結晶質基板を種とした結晶成長によって、前記非晶質半導体材料を結晶化するステップとを含み、ここで前記トランジスタボディは、結晶化した半導体柱の第一の導電型を有する第一のソース/ドレイン領域と第二の導電型を有する第二のソース/ドレイン領域との間につくられるというステップと、 サラウンディングゲート絶縁体を、前記半導体柱の周りに形成するステップと、 サラウンディングゲートを、前記半導体柱の周りに前記サラウンディングゲート絶縁体を間に挟んで形成するステップとを含む、トランジスタの形成方法。
  35. 35
    前記Finの第一の方向についての断面厚さが、最小フィーチャ長に対応し、また、 前記Finの前記第一の方向に直交する第二の方向についての断面厚さが、前記最小フィーチャ長未満であることを特徴とする、請求項34記載の方法。
  36. 36
    非晶質半導体材料でできたFinを結晶質基板上に形成するステップが、 結晶質珪素基板上に非晶質珪素の柱を形成するステップを含む、請求項34記載の方法。
  37. 37
    前記サラウンディングゲート絶縁体を形成するステップが、 酸化珪素を形成するステップを含む、請求項34記載の方法。
  38. 38
    サラウンディングゲートを形成するステップが、 ポリシリコンゲートを形成するステップを含む、請求項34記載の方法。
  39. 39
    前記サラウンディングゲートの高さが、前記Finの高さ未満となるように、前記サラウンディングゲートを凹ませるステップをさらに含む、請求項34記載の方法。
  40. 40
    P + 領域を具えた前記第一のソース/ドレイン領域を前記Finの第一の端に形成し、N + 領域を具えた前記第二のソース/ドレイン領域を前記Finの第二の端に形成するステップをさらに含む、請求項34記載の方法。
  41. 41
    前記第一のソース/ドレイン領域が前記第二のソース/ドレイン領域の下に在り、 チャネル領域が前記第一のソース/ドレイン領域と前記第二のソース/ドレイン領域との間を垂直方向に走っていることを特徴とする、請求項40記載の方法。
  42. 42
    結晶質基板と、 前記結晶質基板上に在り、且つ断面寸法が最小フィーチャ寸法未満であり、且つ第一の導電型を有する下部ソース/ドレイン領域と第二の導電型を有する上部ソース/ドレイン領域との間を垂直に走るチャネルを与える、結晶質半導体Finと、 前記結晶質半導体Finの周りに形成された、ゲート絶縁体と、 前記結晶質半導体Finの周りに前記ゲート絶縁体を間に挟んで形成された、サラウンディングゲートとを含む、トランジスタ。
  43. 43
    前記結晶質基板が珪素ウェハである、請求項42記載のトランジスタ。
  44. 44
    前記ゲート絶縁体が酸化珪素を含む、請求項42記載のトランジスタ。
  45. 45
    前記ゲートがポリシリコンを含む、請求項42記載のトランジスタ。
  46. 46
    前記ゲートが金属を含む、請求項42記載のトランジスタ。
  47. 47
    前記下部ソース/ドレイン領域が、P + 導電型を有し、 前記上部ソース/ドレイン領域が、N + 導電型を有することを特徴とする、請求項42記載のトランジスタ。
  48. 48
    前記結晶質基板中に形成され、且つ前記下部ソース/ドレイン領域に接続した、P + 導電線をさらに含む、請求項47記載のトランジスタ。
  49. 49
    結晶質基板からFinを形成するステップと、 第一の導電型を有する第一のソース/ドレイン領域を、前記結晶質基板内の前記Finの下方に形成するステップと、 サラウンディングゲート絶縁体を、前記Finの周りに形成するステップと、 サラウンディングゲートを、前記Finの周りに前記サラウンディングゲート絶縁体を間に挟んで形成するステップと、 第二の導電型を有する第二のソース/ドレイン領域を、前記Finの頂部に形成するステップとを含む、トランジスタの形成方法。
  50. 50
    前記第一のソース/ドレイン領域が、P + 導電型を有し、 前記第二のソース/ドレイン領域が、N + 導電型を有することを特徴とする、請求項49記載の方法。
  51. 51
    前記結晶質基板中に形成され、且つ前記第一のソース/ドレイン領域に接続した、P + 導電線をさらに含む、請求項50記載の方法。
  52. 52
    前記Finの第一の方向についての断面厚さが、最小フィーチャ長に対応し、また、 前記Finの前記第一の方向に直交する第二の方向についての断面厚さが、前記最小フィーチャ長未満であることを特徴とする、請求項49記載の方法。
  53. 53
    結晶質基板からFinを形成するステップが、 結晶質珪素基板からFinを形成するステップを含む、請求項49記載の方法。
  54. 54
    結晶質基板からFinを形成するステップが、 前記結晶質基板をエッチングすることでFinを形成するステップを含む、請求項49記載の方法。
  55. 55
    第一のソース/ドレイン領域を前記結晶質基板内の前記Finの下方に形成するステップが、 前記結晶質基板に隣接する溝へドーパントを注入し、前記ドーパントを前記Finの下部に拡散させるステップを含む、請求項49記載の方法。
  56. 56
    拡散させるステップが、 前記ドーパントを前記Finの底部へと拡散させるステップを含む、請求項55記載の方法。
  57. 57
    サラウンディングゲート絶縁体を形成するステップが、 酸化珪素を形成するステップを含む、請求項49記載の方法。
  58. 58
    サラウンディングゲートを形成するステップが、 ポリシリコンゲートを形成するステップを含む、請求項49記載の方法。
  59. 59
    前記サラウンディングゲートの高さが前記Finの高さ未満になるように、前記サラウンディングゲートを凹ませるステップをさらに含む、請求項49記載の方法。
  60. 60
    ゲート接点を、前記サラウンディングゲートに隣接して接続するように形成するステップをさらに含む、請求項49記載の方法。
  61. 61
    少なくともひとつのゲート線を、前記サラウンディングゲートに隣接して接続するように形成するステップをさらに含む、請求項49記載の方法。
  62. 62
    少なくともひとつのゲート線を前記サラウンディングゲートに隣接して接続するように形成するステップが、 第一のゲート線を前記サラウンディングゲートの第一の側に隣接して接続するように形成し、第二のゲート線を前記サラウンディングゲートの第二の側に隣接して接続するように形成し、ここで前記第一の側と前記第二の側が、前記Finの対向する側部にそれぞれ位置しているステップを含む、請求項61記載の方法。
  63. 63
    前記Finの占有領域が、短辺と長辺を有する矩形であり、また、 少なくともひとつのゲート線を前記サラウンディングゲートに隣接して接続するように形成するステップが、 前記長辺上で前記サラウンディングゲートに接続するようにゲート線を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項61記載の方法。
  64. 64
    前記Finの占有領域が、短辺と長辺を有する矩形であり、また、 少なくともひとつのゲート線を前記サラウンディングゲートに隣接して接続するように形成するステップが、 前記短辺上で前記サラウンディングゲートに接続するようにゲート線を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項61記載の方法。
  65. 65
    サラウンディングゲートを形成するステップが、 ポリシリコンサラウンディングゲートを形成するステップを含む、請求項49記載の方法。
  66. 66
    溝がエッチングされたことにより、断面寸法が最小フィーチャ寸法未満であるような結晶質半導体Finがつくられている、結晶質基板と、 前記結晶質基板内の前記結晶質半導体Finの底部に形成された第一の導電型を有する第一のソース/ドレイン領域、および、前記結晶質半導体Finの頂部に形成された第二の導電型を有する第二のソース/ドレイン領域と、 前記結晶質半導体Finの周りに形成された、ゲート絶縁体と、 前記結晶質半導体Finの周りに前記ゲート絶縁体を間に挟んで形成された、サラウンディングゲートとを含み、ここで、 前記第一のソース/ドレイン領域および前記第二のソース/ドレイン領域が、前記結晶質半導体Fin内の前記第一のソース/ドレイン領域と前記第二のソース/ドレイン領域との間に垂直方向に走るチャネル領域を劃定することを特徴とする、トランジスタ。
  67. 67
    前記結晶質基板が珪素を含む、請求項66記載のトランジスタ。
  68. 68
    前記結晶質基板が、結晶質珪素ウェハである、請求項66記載のトランジスタ。
  69. 69
    前記サラウンディングゲート絶縁体が、酸化珪素を含む、請求項66記載のトランジスタ。
  70. 70
    前記サラウンディングゲートがポリシリコンを含む、請求項66記載のトランジスタ。
  71. 71
    前記サラウンディングゲートが金属を含む、請求項66記載のトランジスタ。
Independent claims71