JP2010045331A

JP2010045331A - ボディ・タイの領域に効果的に直接コンタクトを設けるプロセスフロー

Info

Publication number: JP2010045331A
Application number: JP2009123064A
Authority: JP
Inventors: Paul Fechner; ポール・フェクナー; Bradley Larsen; ブラッドリー・ラーセン; Gregor Dougal; グレガー・ドゥーガル; Keith Golke; キース・ゴルケ
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-02-25
Also published as: TW201013791A; US20100019320A1; EP2148362A1; US7964897B2

Abstract

【課題】直接ボディ・タイ・コンタクトを備えた浅いトレンチ絶縁（ＳＴＩ）デバイスを製造するプロセスフローを提供する。
【解決手段】プロセスフローは、ボディ・タイ・コンタクト２２２が、ボディ・タイ２０４まで直接、ナイトライド層２１０およびＳＴＩ酸化物層２０６を通してエッチングされるエッチングステップの一つを除いて、標準的なＳＴＩ製造方法と同様である。このプロセスフローは、浮遊ボディ効果を緩和するように直接ボディ・タイ・コンタクト２２２を提供するが、臨界的なアライメント要求ならびにレイアウトの臨界的な寸法制御なしで、非直接ボディ・タイ・コンタクトに共通のヒステリシスおよび過渡アップセット効果をも除去する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、本願発明の譲受人に譲受された「ボディ・タイを形成する方法（Method of Forming a Body-Tie）」と名付けられた２００６年５月２日に出願された米国特許出願番号第11/415703号に関連し、その全体はここにリファレンスとして組み入れられる。

本発明は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の製造プロセスに関し、特に、ボディ・タイシリコンに直接コンタクトを提供するプロセスフローに関する。

シリコン−オン−絶縁体（ＳＯＩ）基板上に形成されたＦＥＴの経験的な問題の一つは、浮遊ボディ効果である。かかるＦＥＴでは、浮遊ボディ効果は、バルク基板から電気的に絶縁されたボディ領域を備えた結果である。ボディに電圧を供給するために、それ故、浮遊ボディ効果を緩和するために、印加されたバイアスはしばしば、ボディ・コンタクトからボディに供給される。ボディ・コンタクトが、供給されたバイアス（かかるバイアスは、グランドでも、正でも負でもよい）を受けるとき、ボディ・タイを介してボディにそれを運ぶ。しばしば、ボディ・タイは、デバイス層シリコンに形成され、酸化物の真下を走り、一般的には、ボディ・タイによってボディ領域およびボディ・コンタクトは、ＳＯＩ基板の遠隔に配置させることができる。

ボディ・タイを除く在来のＳＯＩデバイスは、ヒステリシスおよび過渡アップセット効果（transient upset effect）の影響を受けやすい。ボディ・タイ・コンタクトは、かかるヒステリシスおよび過渡アップセット効果を制御することを助けることができるが、効率的なボディ・タイ製造プロセスフローの電流領域のレイアウト密度は、ｎまたはｐのマスキング層アライメント、および、ボディ・タイとコンタクトをとるための臨界的な寸法制御によって制限される。このように、レイアウト密度を改善するために、かかる臨界的なアライメントおよび寸法制御を除去する製造プロセスフローが、要求され、一方で、ボディ効果を緩和することが要望される。

ある例示の実施形態では、直接ボディ・タイに形成されたコンタクト（ボディ・タイ・コンタクトともいう）を備えた浅いトレンチ絶縁（ＳＴＩ）デバイスを製造するためのプロセスフローを提供する。かかるプロセスフローは、エッチングステップの一つを除いて、標準的なＳＴＩ製造方法と類似のステップで流れ、該エッチングステップは、開口部が、ボディ・タイ・シリコンまで直接、ナイトライドマスクおよびＳＴＩ酸化物層を通って、エッチングされる。当該プロセスフローにおけるこの調整により、コンタクトがボディ・タイに直接接続されることができ、かくして、従前のボディ・コンタクト構成のようなレイアウトの臨界的な寸法制御および臨界的なアライメント要求なしで、非直接ボディ・コンタクト構成において共通のヒステリシスおよび過渡アップセット効果を除去する直接ボディ・コンタクトを提供することによって、浮遊ボディ効果に関する問題を解決する。

本発明の実施形態による、直接ボディ・タイ・コンタクトを備えたレイアウト構成の平面図である。本発明の実施形態による、図１の平面図を介した断面図である。本発明の実施形態による、ｎ＋インプラントステップ中の図１の平面図を介した断面図である。本発明の実施形態による、ＳＴＩスキームのフロー図である。

図１は、浅いトレンチ絶縁（ＳＴＩ）デバイス１００のレイアウト構成の平面図を例示する図である。ＳＴＩデバイス１００は、ｎ＋ドレイン１０６、ｎ＋ソース１０８およびｐ＋タップ１１２がその間のボディ・タイ層１０４と形成される上に、埋設された酸化物層１０２を有する。ゲート１１０ａ，ｂは、ｎ＋ドレイン１０６とｎ＋ソース１０８領域との間に形成される。ｎ＋ドレイン１０６、ｎ＋ソース１０８、ゲート１１０およびｐ＋タップ１１２の各々は、コンタクト（接触、電極）１１４，１１６，１１８および１２０を介してそれぞれアクセスされる。

ＳＴＩデバイス１００のレイアウト構成は、ソース及びドレインから分離した活性化領域１１２にボディ・コンタクトを有することに注意する。ボディ・タイ・シリコン１０４が、標準的なコンタクト１２０によってｐ＋タップ１１２またはダイレクト・ボディ・コンタクト１２２（ボディ・タイに直接形成されたコンタクト）を介して電気的に接続されていないならば、ＳＴＩデバイス１００は、ヒステリシスおよび過渡アップセット効果に影響を受けやすい。しかしながら、ダイレクト・ボディ・タイ・コンタクト１２２は、ｐ＋タップ１１２特性を除去するのと同様に、ｎ＋／ｐ＋リソグラフィプロセスでの寸法制御要求および臨界的なアライメントに関する必要性を除去するボディ・タイ１１０４に直接的な接続を提供する。これは、ｎ＋／ｐ＋リソグラフィプロセスのステップのコストを低減させながら、レイアウト密度を改善させる。

図３は、本発明の実施形態による、ＳＴＩスキーム３００のフローチャートである。ＳＴＩデバイス１００の製造プロセスフローは、頂部シリコン層３０２にＳＯＩウェハを設けるステップで始まり、フォトレジストマスク３０４を備えた頂部シリコンをパターニングするステップが続く。いったんハードマスクが形成されると、２つの別々のシリコンエッチングステップ３０６が、多段ボディ・タイ１０４構造を形成するのに実行される。かかる構造が形成された後、酸化物堆積３０８および酸化物平坦化３１０のステップが実行され、その後、ゲート酸化物およびポリシリコンゲート層を形成するステップ３１２が行われる。ゲート層が形成された後、ｎ＋ドレイン１０６およびｎ＋ソース１０８のドーピングレベルが一連のインプラントによって達成される。この一連のインプラントは、ｎ＋ドーピングとｐ＋ドーピングに関して別々のマスクを要求する。ソース及びドレインのドーピングレベル３１４を達成した後、コンタクト３１６の形成が行われる。ドレイン・コンタクト１１４、ソース・コンタクト１１６、ゲート・コンタクト１１８およびｐ＋タップ・コンタクト１２０が、ドレイン領域１０６、ソース領域１０８、ゲート領域１１０およびｐ＋タップ領域１１２のそれぞれに形成される。

この時点で、ボディ・タイ・シリコン３１８を貫通するエッチングの追加のステップを含む。ボディ・タイ・シリコン１０４の下までナイトライドエッチング停止層を通して開口部がエッチングされ、その後、ボディ・タイ１０４に対する直接のコンタクト１２２が形成される３２０。プロセスフローに対するこの調整は、ボディ・タイ・コンタクトが通常の活性化領域に生じなければならないという要求を除去し、ｎ＋およびｐ＋マスキング並びにドーピングステップ、活性化領域マスキングおよびエッチングステップ、および、インプランテーションステップをする活性化領域にリソグラフィの設計がなされるべきである。

図２ａは、図１に示したＳＴＩデバイス構成のＸ−Ｘ’面に沿って切断した断面図である。埋設された酸化物層２０２は、シリコン基板２０１からデバイスシリコン領域２０４，２０８，２１２および２１４を絶縁する。堆積され、引き続いてＣＭＰ平坦化された酸化物２０６は、ＳＴＩ酸化物絶縁体を有する。ｎ＋ソース２０８、ｐ＋タップ２１２および多段ボディ・タイ２０４構造は、図１のｎ＋ソース１０８領域、ｐ＋タップ１１２領域および、ボディ・タイ１０４領域にそれぞれ相当する。多段ボディ・タイ構造２０４は、上述したように、２つの別々のシリコンエッチングによって形成される。シリコン２１４の層は、シリコンエッチングの後に残る。ナイトライド層２１０は、可能性のある引き続きのプロセスステップに関してハードマスクエッチング停止を提供し、ＳＴＩ酸化物層２０６は、下に横たわるボディ・タイ・シリコン層２１４のドーピングから、ｎ＋およびｐ＋ソース及びドレイン・インプラントをブロックする。

ｐ＋コンタクト２２０、ｎ＋ソース・コンタクト２１６および直接ボディ・タイ・コンタクト２２２は、図１のｐ＋タップ・コンタクト１２０，ｎ＋ソース・コンタクト１１６および直接ボディ・タイ・コンタクト１２２にそれぞれ相当する。示したように、ｐ＋タップ・コンタクト２２０およびｎ＋ソース・コンタクト２１６は、ナイトライド層２１０を介してエッチングによって、それぞれｐ＋タップ２１２およびｎ＋ソース２０８と接続する。直接ボディ・タイ・コンタクト２２２は、ＳＴＩ酸化物層と同様に、ナイトライド層を介したエッチングによってボディ・タイ２０４に接続する。直接ボディ・タイ・コンタクト２２２は、垂直に配向し、単一構造のものである。直接コンタクトが生じる場所の界面は、直接ボディ・タイ・コンタクト２２２の少なくとも一部がボディ・タイ構造体２０４の少なくとも一部の下に横たわるように生じる。別の実施携帯では、ソース、ドレインまたはゲート・コンタクト領域に対する選択性が、ボディ・タイをエッチングするのに十分でないならば、次いで、ソース、ドレインおよびゲートが形成される前に、ボディ・タイ・コンタクト・リソグラフィ・エッチングがなされる。別の実施形態では、もはや必要でないので、ｐ＋タップ特性は、この直接ボディ・タイ・コンタクト構成において除去される。ｐ＋タップ特性を除去することもまた、ｎ＋インプラント中に、ｎチャネルトランジスタから最小の設計ルールの距離でのフォトレジストマスク特性に関する必要性を除去する。図２ｂは、ｎ＋インプラントステップ中の、図１に示したＳＴＩデバイス構成のＸ−Ｘ’面に沿って切断した断面図である。例えば、カラム２２０’、２１６’および２２２’は、コンタクト２２０、２１６および２２２が、図２ａに示したような後のステップで形成される場所である。ｐ＋タップ特性がインプラントされるときに、フォトレジスト２２４は必要であるが、この別の実施形態では無視する。このように、ｐ＋タップ特性を除去することは、デバイスのリソグラフィコストを低減すると同様に、密度を向上させることが出来る。

更に、追加のリソグラフィおよびインプラント・ステップが実行され、その後、直接ボディ・タイ・コンタクトが、接触抵抗を低減するように直接ボディ・タイ・コンタクトへのドーピングを増大させるように形成される。この場合では、直接ボディ・タイ・コンタクト・インプラントは、コンタクト領域のみに入り、その結果、ｎ＋およびｐ＋の空間要求は依然として緩和されている。パフォーマンス改善するためのドーパントの活性化は、典型的なコンタクトＴｉＮ線形アニールステップにおいて、任意に行われる。本発明の種々の実施形態の観点において、ベストケースのシナリオは、追加のプロセスが要求されないものであり、最も悪いケースのシナリオは、一つの追加のコンタクトマスクおよびエッチングステップ、並びに、２つの追加のインプラント中に、ウェルマスクの２つの再利用を要求するものである。

開示された方法は、ＳＯＩプロセスにおけるＳＴＩスキームを参照して記載してきたけれども、ＳＯＩの他のポイントでも実行可能である。開示された直接ボディ・タイ・コンタクトは、放射強化（radiation hardened）回路において特に利点がある。しかしながら、かかるボディ・タイが、非放射強化回路において適切である場所でも使用されることもまた企図される。それゆえ、例示の実施形態は、たんなる例であり、本発明の範囲を限定するようにとってはならないことに注意すべきである。また、以下に示す特許請求の範囲も、記載した実施形態に限定するように読むべきではない。それゆえ、全ての例は、以下の本願発明に係る特許請求の範囲およびそれらの均等の範囲内に含まれる。

Claims

ソースおよびドレインの活性化領域を製造するステップと、
多段ボディ・タイ構造を製造するステップと、
ソース、ドレイン、および、ボディ・タイにコンタクトを形成するステップと、
を有し、
ボディ・タイに形成されたコンタクトが、ボディ・タイ・シリコンに直接結合されることを特徴とする半導体デバイスを製造する方法。
前記コンタクトが、それぞれの活性化領域およびボディ・タイと直接結合することが出来るように、中間の層を通したエッチングステップと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ボディ・タイに形成されたコンタクトが垂直に配向されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。