特許 6487061 フィン型電界効果トランジスタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6487061

(24)【登録日】2019年3月1日

(45)【発行日】2019年3月20日

(54)【発明の名称】フィン型電界効果トランジスタ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20190311BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20190311BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/78 301X

【請求項の数】18

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-550463(P2017-550463)

(86)(22)【出願日】2015年12月2日

(65)【公表番号】特表2017-539098(P2017-539098A)

(43)【公表日】2017年12月28日

(86)【国際出願番号】US2015063517

(87)【国際公開番号】WO2016099895

(87)【国際公開日】20160623

【審査請求日】2017年6月9日

(31)【優先権主張番号】14/570,982

(32)【優先日】2014年12月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517204195

【氏名又は名称】サン・ユー・キム

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】サン・ユー・キム

(72)【発明者】

【氏名】クファン・キム

【審査官】 市川 武宜

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２７０５５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１７５６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６３９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３００３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１０３４３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２５２５５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、
前記半導体基板に形成された分離領域と、
前記分離領域の上に垂直に突出し、かつ第１の方向に横方向に延在するフィン型半導体構造体と、
前記フィン型半導体構造体のチャネル領域を取り囲むゲート誘電体および前記ゲート誘電体を取り囲むゲート電極であって、前記チャネル領域がソース領域とドレイン領域との間に第１の方向に挟まれている、ゲート誘電体およびゲート電極と、を備える半導体デバイスであって、
前記チャネル領域が、傾斜した側壁および前記チャネル領域のベースからピークに向かって連続的に減少する幅を有し、
前記チャネル領域が、３ｎｍから４ｎｍの間の最小幅および４ｎｍから８ｎｍの間の最大幅を有する非ドープ体積反転領域を含み、前記体積反転領域が前記フィン型半導体構造体の頂点から下方に延びる高さを有し、前記高さが前記チャネル領域の全高の２５％を超え、
前記体積反転領域が、反転条件の下で、対向する傾斜した側壁から延びる表面空乏領域が重複する領域を含む、半導体デバイス。

【請求項2】

前記チャネル領域の全高が３４ｎｍを超えない、請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項3】

前記チャネル領域が１６ｎｍを超えない最大ベース幅を有する、請求項２に記載の半導体デバイス。

【請求項4】

前記体積反転領域の高さが前記チャネル領域の全高の５０％より高い、請求項３に記載の半導体デバイス。

【請求項5】

前記チャネル領域が前記体積反転領域の上に形成された量子閉込領域をさらに備え、前記量子閉込領域が前記チャネル領域の全高の２０％を超えない、請求項３に記載の半導体デバイス。

【請求項6】

前記チャネル領域が、前記体積反転領域の下に形成されかつ前記チャネル領域の全高の残りの高さであり前記チャネル領域の全高の７０％を超えない高さを有する表面反転領域をさらに備える、請求項５に記載の半導体デバイス。

【請求項7】

前記体積反転領域が、反転条件の下で、前記第１の方向を横切る第２の方向において前記チャネル領域を通して前記体積反転領域の伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_Ｃ，Ｅ_Ｖ）がバルク半導体材料の伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}，Ｅ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}）未満であるようなドーピングレベルを有する、請求項５に記載の半導体デバイス。

【請求項8】

前記フィン型半導体構造体がバルク半導体基板の連続拡張部を形成する、請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項9】

各々がチャネル領域を有する複数のフィン型半導体構造体をさらに備え、前記ゲート誘電体が前記チャネル領域の各々を取り囲み、前記ゲート電極が前記ゲート誘電体を取り囲む、請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項10】

半導体基板と、
第１の方向に横方向に延在し、隣接する分離領域の上に突出する突出部を有するフィン型半導体構造体と、
前記突出部のチャネル領域上に形成されたゲートスタックであって、前記チャネル領域がソース領域とドレイン領域との間に横方向に挟まれ、前記ゲートスタックが前記チャネル領域上に形成されたゲート誘電体および前記ゲート誘電体上に形成されたゲート電極を含む、ゲートスタックと、を備える半導体デバイスであって、
前記チャネル領域が３４ｎｍを超えない垂直高さ、および１６ｎｍを超えないベース幅を有し、前記チャネル領域が前記チャネル領域の垂直高さの少なくとも２５％である台形体積反転領域を有するように前記チャネル領域がテーパー状の対向する側壁を有し、
前記体積反転領域が、反転バイアスが前記ゲート電極に印加されたときに、前記体積反転領域内の伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_Ｃ，Ｅ_Ｖ）が前記チャネル領域の幅を通して前記チャネル領域のバルク材料の対応するバルク伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}，Ｅ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}）を下回るようなドーピング濃度および物理的寸法を有し、前記チャネル領域の幅が前記第１の方向を横切る第２の方向に延びる、半導体デバイス。

【請求項11】

前記チャネル領域がドープされていない、請求項１０に記載の半導体デバイス。

【請求項12】

前記チャネル領域が、前記チャネル領域と重複する前記ゲート電極の幅によって画定される第２の方向におけるゲート長を有し、前記チャネル領域のベース幅が前記ゲート長の８０％から２００％の間である、請求項１１に記載の半導体デバイス。

【請求項13】

前記体積反転領域が、３ｎｍから５ｎｍの間の最小幅および４ｎｍから８ｎｍの間の最大幅を有する、請求項１２に記載の半導体デバイス。

【請求項14】

前記テーパー状の側壁が、半導体の主表面に垂直な方向に対して８８から８０°の間の角度をなす、請求項１３に記載の半導体デバイス。

【請求項15】

前記ゲート電極と前記基板との間に０．２Ｖから０．８Ｖの間である体積反転バイアスを形成するように前記体積反転領域が構成されている、請求項１３に記載の半導体デバイス。

【請求項16】

前記フィン型半導体構造体が＜１００＞方向に延在し、前記チャネル領域がｎチャネルＦｉｎＦＥＴトランジスタのｎチャネルを形成する、請求項１３に記載の半導体デバイス。

【請求項17】

前記フィン型半導体構造体が＜１１０＞方向に延在し、前記チャネル領域がｐチャネルＦｉｎＦＥＴトランジスタのｐチャネルを形成する、請求項１３に記載の半導体デバイス。

【請求項18】

台形の前記体積反転領域が前記チャネル領域の垂直高さの５０％から９０％の間である、請求項１３に記載の半導体デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示された技術は、一般的に半導体デバイスに関し、より具体的にはフィン型電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）に関する。

【背景技術】

【0002】

トランジスタの物理的縮小は、各技術世代で新たな課題を提起し続ける。歪み技術（例えば歪みシリコン）および代替材料（例えば高Ｋゲート誘電体および金属ゲート）などの技術革新は、２０〜３０ｎｍ程度まで短いチャネル長を有するようにトランジスタを縮小し続けることを可能にした。高性能論理応用のために、２０〜３０ｎｍ未満のチャネル長を有するようにトランジスタを物理縮小するために提案された方針は、トランジスタをさらに縮小するために埋込絶縁層上に形成された超薄シリコン層を使用してトランジスタチャネルが形成されるシリコン・オン・インシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ））技術、および薄片（例えば垂直フィン型）構造を使用して２次元または３次元トランジスタチャネルが形成されるデュアルゲートおよびトライゲートトランジスタなどのマルチゲート型トランジスタを含む。後者の手法では、高いＯＮ電流およびＯＮ／ＯＦＦ比を維持しつつ、垂直および水平方向の両方においてトランジスタのチャネル領域の物理的寸法（例えば高さ、幅）を縮小することが課題である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

１つの態様において、半導体デバイスは、分離領域がそこに形成された半導体基板と、前記分離領域の上に垂直に突出しかつ第１の方向に横方向に延在するフィン型半導体構造体とを備える。デバイスはさらに、前記フィン型半導体構造体のチャネル領域を取り囲むゲート誘電体および前記ゲート誘電体を取り囲むゲート電極を備える。前記チャネル領域は、ソース領域とドレイン領域との間に第１の方向に挟まれ、傾斜した側壁および前記チャネル領域のベースからピークに向かって連続的に減少する幅を有する。前記チャネル領域は、略３ｎｍから略４ｎｍの間の最小幅および略４ｎｍから略８ｎｍの間の最大幅を有する体積反転領域を含み、前記体積反転領域は前記チャネル領域の全高の略２５％を超える高さを有する。

【0004】

別の態様において、半導体デバイスは、半導体基板と、第１の方向に横方向に延在し、隣接する分離領域の上に突出する突出部を有するフィン型半導体構造体とを備える。デバイスはさらに、前記突出部のチャネル領域上に形成されたゲートスタックを備え、前記チャネル領域はソース領域とドレイン領域との間に横方向に挟まれている。前記ゲートスタックは、前記チャネル領域上に形成されたゲート誘電体および前記ゲート誘電体上に形成されたゲート電極を含む。前記チャネル領域は、３２ｎｍを超えない垂直高さ、および１６ｎｍを超えないベース幅を有し、前記チャネル領域は前記チャネル領域の垂直高さの少なくとも２５％である体積反転領域を有するように前記チャネル領域がテーパー状の対向する側壁を有する。前記体積反転領域は、反転バイアスが前記ゲート電極に印加されたときに、前記反転領域内の伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_Ｃ，Ｅ_Ｖ）が前記チャネル領域の幅を通して前記チャネル領域のバルク材料の対応するバルク伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}，Ｅ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}）を下回るようなドーピング濃度および物理的寸法を有し、前記チャネル領域の幅は前記第１の方向を横切る第２の方向に延びる。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1A】バルクトランジスタの概略的断面図である。

【図1B】シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）トランジスタの概略的断面図である。

【図2】実施形態による体積反転領域を有するフィン型電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）の等角図である。

【図3】実施形態による体積反転領域を有するＦｉｎＦＥＴの領域の複数の電子バンド図を示す。

【図4A】多様な実施形態による多様な寸法および構成の体積反転領域を有するＦｉｎＦＥＴのチャネル領域の断面図である。

【図4B】多様な実施形態による多様な寸法および構成の体積反転領域を有するＦｉｎＦＥＴのチャネル領域の断面図である。

【図4C】多様な実施形態による多様な寸法および構成の体積反転領域を有するＦｉｎＦＥＴのチャネル領域の断面図である。

【図4D】多様な実施形態による多様な寸法および構成の体積反転領域を有するＦｉｎＦＥＴのチャネル領域の断面図である。

【図5】実施形態による体積反転領域を有する複数のフィン型電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）の等角図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

「理想的な」金属‐酸化物‐シリコン（ＭＯＳ）トランジスタは、ソースとドレインとの間に形成されたチャネル領域を備える。ゲート誘電体がチャネル領域上に形成され、トランジスタのチャネル領域はゲート誘電体上に形成されたゲートを使用して制御される。ゲート‐ソース（Ｖ_ｇｓ）電圧がトランジスタの閾電圧（Ｖ_ｔ）を超えるような大きな電圧がゲートとソースとの間に印加されると、トランジスタのゲートの下にあるチャネル領域は反転する。すなわち、反転層または表面反転層と呼ばれるチャネルの表面付近の電荷の伝導シートが、ソースとドレインとの間に伝導チャネルを形成し、トランジスタを「ＯＮ」にする。トランジスタのサイズが縮小すると、産業界で短チャネル効果（ＳＣＥ）と呼ばれる現象に起因してゲートによるチャネル領域の制御が低下し、ＯＮ／ＯＦＦ電流比の低下およびサブスレッショルドスロープ（ＳＳ）の増加を含む、さまざまな性能測定基準の低下につながる。以下では、１つの型のトランジスタ、例えばチャネル領域が電子のシートによって形成されるｎチャネルトランジスタを使用して、例示的例を示す。しかしながら、概念は、別の型、例えばチャネル領域が正孔のシートによって形成されるｐチャネルトランジスタにも同等に適用される。

【0007】

図１Ａは、ｐ型基板１４ａに形成されたｎチャネルプレーナバルクトランジスタ１０ａを示す。プレーナバルクトランジスタ１０ａは、高ドープ（ｎ^＋）ソース１８ａと高ドープ（ｎ^＋）ドレイン２２ａとの間に横方向に挟まれたｐ型チャネル領域３０ａを備える。ゲート誘電体２６ａがｐ型チャネル領域３０ａ上に形成され、ゲート電極３４ａがゲート誘電体２６ａ上に形成される。トランジスタ１０ａは、例えば、Ｖ_ｇｓがトランジスタ１０ａの閾電圧（Ｖ_ｔ）未満である場合にチャネルがＯＦＦ（非伝導）状態を維持するｎチャネルエンハンスメントモードＭＯＳＦＥＴとすることができる。作動時には、Ｖｇｓ＞Ｖｔとなると、ｐ型チャネル領域３０ａの表面領域が反転してｎ型反転層３８ａを形成し、それにより、ソース１８ａとドレイン２２ａとの間に反転チャネルが形成される。正のドレイン‐ソース電圧Ｖ_ｄｓが印加されると、ソース１８ａからドレイン２２ａへと電子が流れる。ゲートバイアスを増加すると、反転領域３８ａにおける電子の濃度が増加し、より大きな電流が流れるようになる。

【0008】

短チャネル効果（ＳＣＥ）とは、チャネル長が短くなるにつれてＭＯＳＦＥＴのＶ_ｔの低下が見られる現象を指す。図１Ａを参照すると、デバイスの寸法が縮小するにつれて、ソース‐基板空乏領域４６ａおよびドレイン‐基板空乏領域５０ａによって占有されるチャネル領域３０ａの部分が増加するため、ゲート３４ａによって制御されるチャネル領域３０ａにおける電荷の部分が減少する。結果として、チャネルを反転させるために、より少ないゲート電荷、つまりより低いゲート電位が必要となり、結果としてＶ_ｔおよびＯＮ／ＯＦＦ電流比が低下する。略２０〜３０ｎｍより長いチャネル長を有するプレーナトランジスタでは、空乏領域の厚さを低減するための１つの緩和措置として、チャネル領域３０ａのドープ濃度の増加が採用されてきた。しかしながら、チャネルドープ濃度の増加は、キャリアの散乱の増加に起因してキャリア移動度を低下させ、閾電圧を上昇させ得るため、チャネル長が略２０〜３０ｎｍ未満であるトランジスタにおいては利点が限定されている。

【0009】

短チャネル効果（ＳＣＥ）を低減するために、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板に形成されたトランジスタが使用されてきた。図１Ｂは、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）に形成されたｎチャネルトランジスタ１０ｂを図示する。図１Ａに関して先に説明されたｎチャネルトランジスタ１０ａと同様に、プレーナトランジスタ１０ｂは、高ドープ（ｎ^＋）ソース１８ｂと高ドープ（ｎ^＋）ドレイン２２ｂとの間に横方向に挟まれたｐ型チャネル領域３０ｂを備える。ｐ型チャネル領域３０ｂ上にゲート誘電体２６ｂが形成され、ゲート誘電体２６ａ上にゲート電極３４ｂが形成される。図１Ａのトランジスタ１０ａとは異なって、ｎチャネルトランジスタ１０ｂは、埋込酸化物６０ｂ（ＢＯＸ、例えばＳｉＯ_２）として知られている埋込絶縁材料によってバルク基板１４ｂから分離されたシリコンの薄い層１６ｂに形成される。ＢＯＸ６０ｂは、図１Ａに関して先に説明したソース‐基板およびドレイン‐基板空乏領域の形成を制限することによって、短チャネル効果を低減することができる。

【0010】

図１Ｂのｎチャネルトランジスタ１０ｂなどのＳＯＩトランジスタの特性は、とりわけシリコン薄層１６ｂの厚さ（ｔ_Ｓｉ）およびＢＯＸ６０ｂの上のチャネル領域３０ｂのドープ濃度に依存する。ＳＯＩ技術の利点を最大にするために、ＳＯＩトランジスタは、チャネル領域３０ｂが反転したときにシリコン層１６ｂの全体積が空乏状態となるように空乏領域４２ｂの厚さよりも薄い厚さｔ_Ｓｉを有するシリコン層１６ｂを備える。このようなトランジスタは、完全空乏型ＳＯＩ（ＦＤＳＯＩ）と呼ばれることもある。短チャネル効果の低減に効果的である一方で、ＳＯＩトランジスタは、いくつかの製造上の課題を提起する。例えば、均一なシリコンの超薄層１６ｂ（典型的にチャネル長Ｌ_ｇの１／３から１／４未満）を製造することは課題であり得る。加えて、チャネル領域から基板への放熱を減少させ得るＢＯＸが存在するため、ＳＯＩトランジスタは、温度上昇に起因してキャリア移動度が低下し得る。さらに、ＳＯＩ基板の集積は、大量生産には高価となり得る。発明者らは、フィン型チャネルを有しかつ本明細書に記載した物理的特徴を有するＦｉｎＦＥＴは、コストおよびプロセスの複雑性を低減し、ＯＮ電流、ＯＮ／ＯＦＦ電流比、およびサブスレッショルドスロープに関する性能を向上させ、同時に短チャネル効果に関するＦＤＳＯＩプレーナトランジスタの利点を提供することができることを見出した。

【0011】

図２は、実施形態によるフィン型チャネルを有するＦｉｎＦＥＴ２００の等角図である。ＦｉｎＦＥＴ２００は、バルク基板２０４からｚ方向に離れる方向において垂直に突出した薄いフィン型半導体構造体を備える。フィン型構造体は、フィン型構造体の一部を埋め込む例えばシャロートレンチ分離（ＳＴＩ）領域である分離領域２１２の対の間にｙ方向に挟まれている。フィン型構造体は、分離領域２１２によって埋め込まれかつ分離領域２１２の上面から上に突出しない埋込フィン部２０８を含む。フィン型構造体はさらに、分離領域２１２の上面から上に突出する有効フィン部２１６を含む。有効フィン部２１６は、チャネル方向（ｘ方向）において横方向に延在し、ソース領域２１６Ｓとドレイン領域２１６Ｄとの間にｘ方向に挟まれたチャネル領域２１６Ａを含む。ＦｉｎＦＥＴ２００はさらに、誘電体２２０とゲート電極２２４とを含むゲートスタックを備える。ゲート誘電体２２０は、有効フィン部２１６のチャネル領域２１６Ａを取り囲み、ゲート電極２２４は、ゲート誘電体２２０を取り囲む。図示された実施形態では、ゲート誘電体２２０は、ゲート電極２２４とチャネル領域２１６Ａとの間に形成されている。ゲートスタックは、隣接する分離領域２１２にわたってｙ方向に延在する。図示された実施形態では、有効フィン部２１６は、互いに面してかつテーパー状、すなわちｚ軸に対して９０°未満の角度で傾斜した側壁２２８を有する。こうして、有効フィン部２１６は、台形のチャネル領域２１６Ａを含みかつｘ方向に延在する台形フィン型構造を形成する。有効フィン部２１６およびチャネル領域２１６Ａは、分離領域２１２の表面に対応する垂直高さでベース幅Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}を有する。ＦｉｎＦＥＴ２００は、ｘ方向（すなわちチャネル方向）におけるゲート電極２２４の幅に対応する物理ゲート長Ｌ_ｇを有する。ＦｉｎＦＥＴ２００のゲート幅Ｗ_ｇは、ゲート誘電体２２０と有効フィン部２１６との間のｙ−ｚ面における交線の長さによって画定される。したがって、チャネルの面積は、Ｌ_ｇ×Ｗ_ｇとして定義することができ、これはゲート電極２２４と有効フィン部２１６との間の重複面積に相当する。

【0012】

発明者らは、チャネル領域２１６Ａが略１６ｎｍ未満のベース幅を有しかつ傾斜した側壁を有するようにＦｉｎＦＥＴが縮小された場合、チャネル領域のいくつかの領域のデバイス物理は、古典的な半導体物理から著しく逸脱することを見出した。本明細書に記載された実施形態によると、チャネル領域のいくつかの領域の物理特性を操作することによって、低減された短チャネル効果、増大されたＯＮ電流およびＯＮ／ＯＦＦ電流比、ならびに低減されたサブスレッショルドスロープを含む、最適な性能を有するＦｉｎＦＥＴを得ることができる。特に、略１６ｎｍ未満のチャネルベース幅を有するＦｉｎＦＥＴは、本明細書中で体積反転領域（図２のＲ２）と称される領域を有するように設計することができる。理論に束縛されるものではないが、体積反転領域Ｒ２は、反転条件の下で、例えば、ｙ方向におけるエネルギー‐距離図にプロットした場合に、チャネル領域を通して体積反転領域の伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_Ｃ，Ｅ_Ｖ）がバルク半導体材料の伝導帯および価電子帯エネルギー（Ｅ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}，Ｅ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}）より低くなるような物理的形状、寸法、およびドープレベルを有することができる。特に、実施形態は、略３ｎｍから略７ｎｍの間、略３ｎｍから５ｎｍの間、または略３ｎｍから略４ｎｍの間の最小幅および略４ｎｍから略８ｎｍの間または略５ｎｍから７ｎｍの間、例えば略６ｎｍの最大幅を有するチャネル領域の垂直部分によって画定される体積反転領域を含むチャネル領域を備える。

【0013】

いくつかの実施形態では、体積反転領域（Ｒ２）は、バルク基板から直接延びる。状況によっては、体積反転領域は、体積反転領域の下にある本明細書において表面反転領域（Ｒ１）と称される領域と、体積反転領域の上にある量子閉込領域（Ｒ３）と称される領域との間に垂直に挟まれる。量子閉込領域（Ｒ３）とは、物理的寸法が、半導体材料における励起子のボーア半径に近いかそれよりも小さい領域を指す。発明者らは、場合によっては、Ｓｉでは幅が例えば略３〜４ｎｍ未満であるフィン型構造の領域で、量子閉じ込めが発生することを見出した。いかなる理論にも束縛されるものではないが、体積反転領域（Ｒ２）とは異なって、Ｒ１のデバイス物理は、半導体体積の表面付近では伝導帯および価電子帯エネルギーが低下するが、反転条件の下で形成される空乏領域の外ではバルク値まで増加する古典的な半導体モデルによって説明することができる。体積反転および表面反転条件については、以下で図３の電子バンド図を参照してより詳細に説明する。実施形態によると、体積反転領域（Ｒ２）に加えて表面反転領域（Ｒ１）および量子閉込領域（Ｒ３）の一方または両方が存在する場合、チャネル領域は、体積反転領域（Ｒ２）がチャネル領域の全高の略２５％を超える高さを有するように設計される。ここで、チャネル領域の全高はＲ１、Ｒ２およびＲ３の全高として定義することができる。さらに、実施形態によると、チャネル領域は、表面反転領域（Ｒ１）がチャネル領域の全高の略７０％未満の高さを有し、量子閉込領域（Ｒ３）がチャネル領域の全高の略２０％未満の高さを有するように設計され得る。

【0014】

図２に図示された実施形態の表面反転領域（Ｒ１）、体積反転領域（Ｒ２）および量子閉込領域（Ｒ３）の物理特性について、以下でさらに詳細に説明する。図示された実施形態では、ＦｉｎＦＥＴ２００のチャネル領域２１６Ａは、バルク基板２０４に一体的に接続されており、ベースから、表面反転領域（Ｒ１）、Ｒ１に接続された体積反転領域（Ｒ２）、およびＲ２に接続された量子閉込領域（Ｒ３）を含む。チャネル領域２１６Ａは、分離領域２１２の表面より上の全高Ｈ_ＦＩＮを有し、全高は、高さＨ_Ｒ１を有するＲ１の高さ、Ｈ_Ｒ２を有するＲ２の高さ、Ｈ_Ｒ３を有するＲ３の高さを含む。図示された実施形態では３つの領域Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の全てがチャネル領域２１６Ａに含まれているが、その他の実施形態も可能である。例えば、その他の実施形態では、チャネル領域２１６Ａは、図２において隣接している３つの領域Ｒ１、Ｒ２およびＲ３のうちの２つを含む。例えば、チャネル領域２１６Ａは、Ｒ１およびＲ２を含むがＲ３を含まないか、またはＲ２およびＲ３を含むがＲ１を含まなくてもよい。さらに別の実施形態では、チャネル領域２１６Ａは、Ｒ２のみを含む。３つの領域Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の各々の寸法および特性について、図２、図３の概略的バンド図、および図４Ａから４Ｄの多様な実施形態を参照して以下で説明する。

【0015】

図２を参照すると、いくつかの実施形態では、フィンのベース幅Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}は、一般的に、「ｘノード」とも称されるテクノロジーノードに対応し得る。ここで、ｘとは、例えば最小フィーチャサイズに対応するフィーチャ寸法（例えばナノメートル単位）である。例えば、「１００ｎｍノード」とは、ゲート長またはその他のリソグラフィによって画定された臨界フィーチャが物理的に略１００ｎｍであり得る論理技術を指し得る。しかしながら、最小フィーチャサイズは、称された技術ノードとは実質的に異なり得る。実施形態によっては、Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}は、１６ｎｍ、１２ｎｍ、９ｎｍまたは６ｎｍを超えない。実施形態によっては、Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}は、略１２ｎｍから略１６ｎｍの間または略１３ｎｍから略１５ｎｍの間、例えば略１４ｎｍ（例えば図４Ａ）；略８ｎｍから略１２ｎｍの間または略９ｎｍから略１１ｎｍの間、例えば略１０ｎｍ（例えば図４Ｂ）；略５ｎｍから略９ｎｍの間または略６ｎｍから略８ｎｍの間、例えば略７ｎｍ（例えば図４Ｃ）；または、略２ｎｍから略６ｎｍの間または略３ｎｍから略５ｎｍの間、例えば略４ｎｍ（例えば図４Ｄ）であってよい。

【0016】

様々な実施形態では、チャネル領域の全高Ｈ_ＦＩＮは略３４ｎｍを超えない。様々な実施形態では、Ｈ_ＦＩＮは略２７ｎｍから略３５ｎｍの間または略２９ｎｍから略３３ｎｍの間、例えば略３２ｎｍ（例えば図４Ａ）；略１７ｎｍから略２５ｎｍの間または略１９ｎｍから略２３ｎｍの間、例えば略２２ｎｍ（例えば図４Ｂ）；略１２ｎｍから略２０ｎｍの間または略１４ｎｍから略１８ｎｍの間、例えば略１７ｎｍ（例えば図４Ｃ）；または、略８ｎｍから略１６ｎｍの間または略１０ｎｍから略１４ｎｍの間、例えば略１２ｎｍ（例えば図４Ｄ）であってよい。

【0017】

図２を参照して、発明者らは、体積反転領域Ｒ２が、ある幅を有することによって、反転条件の下で実質的に完全に体積反転するように特に構成することができることを見出した。様々な実施形態では、Ｒ２は、略３ｎｍから略７ｎｍの間、略３ｎｍから略５ｎｍの間、または略３ｎｍから略４ｎｍの間、例えば略３ｎｍの最小幅を有し、略４ｎｍから略８ｎｍの間、または略５ｎｍから略７ｎｍの間、例えば略６ｎｍの最大幅を有する。図２では、最大および最小幅は、Ｒ２によって画定された台形領域の下部および上部幅に対応する。

【0018】

さらに、発明者らは、チャネル領域の全高Ｈ_ＦＩＮに対してＲ２が特定の高さＨ_Ｒ２を有すると最大性能に有利であり得ることを見出した。様々な実施形態では、Ｈ_Ｒ２は、チャネル領域の全高Ｈ_ＦＩＮの略２５％超、略３０％超、略５０％超もしくは略９０％超、またはこれらの比率の値の間の任意の範囲、例えばＨ_ＦＩＮの略５０％から略９０％の間を示す。

【0019】

図２を参照して、様々な実施形態では、量子閉込領域（Ｒ３）は、先に説明したようにＲ２の最小幅である最大幅を有する。さらに、様々な実施形態では、Ｒ３は、略３ｎｍを超えない、例えば、略３ｎｍから略１ｎｍの間、または略２ｎｍを超えない、例えば略２ｎｍから略１ｎｍの間の高さＨ_Ｒ３を有する。いくつかの実施形態では、Ｈ_Ｒ３は、チャネル領域の全高Ｈ_ＦＩＮの５％、１０％、１５％もしくは２０％未満、またはこれらの比率の値の間の任意の範囲を示す。いかなる理論にも束縛されるものではないが、量子閉込領域とは、物理的寸法が半導体材料における励起子のボーア半径に近いかそれよりも小さい領域を指す。キャリア（電子および正孔または励起子）が量子機械的キャリア閉じ込めにさらされると、その結果として他の効果の中でもとりわけ、半導体材料のバンドギャップが増加し、それにより局所的にＶ_ｔが増加し得る。こうして、発明者らは、上記の寸法を有することによって、例えば、様々なＦｉｎＦＥＴ特性の中でもとりわけ増加したＶ_ｔ分布およびサブスレッショルドスロープなど、Ｒ３による悪影響を受けないＦｉｎＦＥＴの総合的な性能を達成するのに有利であることを見出した。

【0020】

図２を参照して、様々な実施形態では、表面反転領域（Ｒ１）は、先に説明したようにＲ２の最大幅である最小幅、およびＷ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}である最大幅を有する。さらに、様々な実施形態では、Ｒ１は、高さＨ_Ｒ１＝Ｈ_ＦＩＮ−Ｈ_Ｒ２−Ｈ_Ｒ３を有する。例えば、Ｒ１は、Ｈ_ＦＩＮの７０％、５５％、３５％または１５％未満であってよい。

【0021】

いくつかの実施形態では、図１Ｂに関して先に説明した埋込酸化物６０ｂと同様の埋込酸化物が、埋込フィン部２０８と基板２０４との間に垂直に挟まれ得る。図２に関して先に説明したＲ１、Ｒ２およびＲ３の特定の構成を有することによって、発明者らは、図２に図示するように、埋込酸化物は追加の利益を提供しないためフィン型半導体構造体と基板２０４との間から排除してもよいことを見出した。したがって、結果としてＦｉｎＦＥＴ２００は比較的低コストで製造することができる。

【0022】

様々な実施形態では、基板２０４は半導体基板である。いくつかの実施形態では、基板は、主面（図２においてｚ方向に面する表面）として結晶面の（１００）群の１つを有するシリコン基板である。いくつかの実施形態では、フィン型半導体構造体は、シリコン結晶方向の＜１１０＞群に延在し、得られるＦｉｎＦＥＴ２００のドレイン電流Ｉ_ｄは＜１１０＞方向に流れる。このような実施形態では、シリコン中の正孔移動度が＜１１０＞方向においてその他の結晶方向と比較してより速くなり得るため、得られるＦｉｎＦＥＴはｐチャネルトランジスタに最適化され得る。いくつかのその他の実施形態では、フィン型半導体構造体は、シリコン結晶方向の＜１００＞群に延びるように４５°回転され、得られるＦｉｎＦＥＴ２００のドレイン電流Ｉ_ｄは＜１００＞方向に流れる。このような実施形態では、電子移動度が＜１００＞方向においてその他の結晶方向と比較してより速くなり得るため、得られるＦｉｎＦＥＴはｎチャネルトランジスタに最適化され得る。さらに他の実施形態では、ｎチャネルＦｉｎＦＥＴは＜１００＞方向に延びるチャネルを有し、一方でｐチャネルＦｉｎＦＥＴは＜１１０＞方向に延びるチャネルを有する。

【0023】

図２を参照して、様々な実施形態によると、フィン型半導体構造体のチャネル領域２１６Ａは、ｎチャネルＦｉｎＦＥＴにはｐ型ドープされ、ｐチャネルＦｉｎＦＥＴにはｎ型ドープされ得るか、またはｐチャネルＦｉｎＦＥＴもしくはｎチャネルＦｉｎＦＥＴのいずれかとして基本的に固有のものとなるようにドープしなくてもよい。様々な実施形態では、チャネル領域２１６Ａは、略１．５×１０^１０／ｃｍ^３から略１．０×１０^１６／ｃｍ^３の間、略１．５×１０^１０／ｃｍ^３から略１．０×１０^１４／ｃｍ^３の間、または略１．５×１０^１０／ｃｍ^３から略１．０×１０^１２／ｃｍ^３の間の正味ドーパント濃度を有する。いくつかの実施形態では、より低いドーパント濃度を有することによってキャリア移動度が増加し、それによりＩ_ＯＮおよびＩ_ＯＮ／Ｉ_ＯＦＦ比が増加し得る。本明細書で使用する正味ドーパント濃度とは、ＦｉｎＦＥＴのチャネル領域を形成する型のドーパントの濃度と、その逆のドーパント型の濃度との間の差を指す。

【0024】

図２を参照して、様々な実施形態によると、チャネル領域２１６Ａを取り囲むゲート誘電体２２０は適当なゲート誘電体材料から形成することができ、該材料は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＳｉＯ_４、ＬａＡｌＯ_３または非化学量論のこれらの様々な混合物および組み合わせもしくはそれらのスタック等の誘電体材料を含むがそれらに限定されるものではない。

【0025】

ゲート誘電体２２０の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）は、トランジスタの所望の駆動電流に対して選択することができ、チャネル長Ｌ_ｇ、実効チャネル幅およびフィンベース幅の１つまたは複数に基づく値を有するように選択することができる。様々な実施形態では、ゲート誘電体２２０のＥＯＴは、略０．５ｎｍから略２ｎｍの間、略０．７ｎｍから略１．５ｎｍの間、または略０．９ｎｍから１．３ｎｍの間、例えば略１．０ｎｍの値を有するように選択することができる。

【0026】

ゲート電極２２４は、ＦｉｎＦＥＴ２００がｎチャネルＦｉｎＦＥＴ（ｎ−ＦｉｎＦＥＴ）であるかまたはｐチャネルＦｉｎＦＥＴ（ｐ−ＦｉｎＦＥＴ）であるかによって、かつ閾電圧の所望の値に基づいて、適当な金属または半導体材料を使用して形成することができる。閾電圧は、ゲート電極２２４が金属を含む実施形態ではゲート電極２２４の金属材料の金属仕事関数とチャネル領域２１６Ａのフェルミ準位との間のエネルギー差に部分的に依存し、ゲート電極２２４が半導体を含む実施形態ではゲート電極２２４とチャネル領域２１６Ａとの間のフェルミ準位のエネルギー差に部分的に依存する。

【0027】

ＦｉｎＦＥＴ２００がｎ−ＦｉｎＦＥＴである実施形態では、ゲート電極２２４に適当な材料は、ｐ型ドープ多結晶質シリコンなどのｐ型ドープ半導体またはゲート電極２２４の仕事関数Φ_ｍ，Ｎが略４．１ｅＶから略４．６５ｅＶの間、略４．１ｅＶから略４．４ｅＶの間、または略４．４ｅＶから略４．６５ｅＶの間となり得るような適当な「ｐ型」金属を含む。

【0028】

ＦｉｎＦＥＴ２００がｐ−ＦｉｎＦＥＴである実施形態では、ゲート電極２２４に適当な材料は、ｎ型ドープ多結晶質シリコンなどのｎ型ドープ半導体またはゲート電極２２４の仕事関数Φ_ｍ，Ｐが略４．６５ｅＶから略５．２ｅＶの間、略４．６５ｅＶから略４．９ｅＶの間、または略４．９ｅＶから略５．２ｅＶの間となり得るような適当な金属を含む。

【0029】

様々な実施形態では、ゲート電極２２４に適当な金属は、例えば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルビジウム（Ｒｕ）、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴａＣＮ、およびＴａＳｉ_ｘＮ_ｙなどを含む。当然ながら、低電圧ＣＭＯＳ用途では、ｎ型ＦｉｎＦＥＴおよびｐ型ＦｉｎＦＥＴの両方が、先に説明した所望の仕事関数を実現するために類似のまたは同一のベース材料を不純物とともに含み得る。

【0030】

いくつかの実施形態では、供給電圧（Ｖ_ｄｄ）の縮小に起因して、両方のトランジスタの型（ｎ型ＦｉｎＦＥＴおよびｐ型ＦｉｎＦＥＴ）にとって低く対称的な閾電圧を実現することが望ましい。両方のトランジスタの型に対称的な閾電圧を実現するために、いくつかの実施形態では、差（Φ_ｍ，Ｐ−Ｅ_Ｆ）および（Φ_ｍ，Ｎ−Ｅ_Ｆ）（ここでＥ_Ｆはチャネル領域２１６Ａのフェルミ準位である）が略０．５ｅＶ、０．３ｅＶ、または０．２ｅＶを超えないように、ｎ型ＦｉｎＦＥＴおよびｐ型ＦｉｎＦＥＴ用にゲート電極が選択される。

【0031】

図２を参照して、発明者らは、有効フィン部２１６が概して台形形状を有するように構成することがいくつかの理由から有利であり得ることを見出した。製造の観点からみると、台形形状を有することは、有効フィン部２１６に強化された構造支持を与える。さらに、テーパー状の側壁２２８を有することは、基本的に垂直（例えば８９から９０°の間）である側壁と比較して著しく処理が容易となり得る。さらに、テーパー状の側壁２２８を有すると、化学気相成長または高密度プラズマ化学気相成長などの技法を使用してそこに望ましくないボイドを形成せずに分離領域２１２を充填することが概して容易となる。様々な実施形態では、テーパー状の側壁２２８は、ｚ軸に対して略８８°から略８０°の間、略８８°から略８２°の間または略８８°から略８５°の間の角度をなし得る。

【0032】

図２を参照して、発明者らは、ＦｉｎＦＥＴ２００における短チャネル効果を抑制するために、分離領域２１２の表面の上の有効領域のベース幅は、ゲート長Ｌ_ｇとほぼ同等またはそれより長いことが好ましいことを見出した。したがって、分離領域２１２の表面レベルの上に幅が連続的に減少する台形形状を有する図２のＦｉｎＦＥＴ２００の図示された実施形態では、Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}は、Ｌ_ｇの略８０％から略２００％の間であるかまたはＬ_ｇの略９０％から略１５０％、またはＬ_ｇの略１００％から略１２０％の間である。

【0033】

図３は、図２に関して先に説明したＦｉｎＦＥＴ２００の表面反転領域Ｒ１および体積反転領域Ｒ２と同様のＦｉｎＦＥＴの２つの領域を表す概略的電子バンド図を示す。一般的に、電子バンド図は、例えば幅（図２におけるｙ方向）の中で、横方向の位置の関数として電子エネルギーを表す。ＦｉｎＦＥＴでは、ＦｉｎＦＥＴのチャネル領域の２つの側壁上の近接したゲート電極のために、図１Ａおよび１Ｂに関して先に説明したプレーナトランジスタとは著しく異なる静電気学がもたらされる。理論に束縛されるものではないが、チャネル領域の比較的狭い幅のために、チャネル領域の幅にとりわけ依存してチャネル領域の様々な部分の中で反転電荷分布が著しく変化し得ることがわかった。

【0034】

図３は、図２のＦｉｎＦＥＴ２００のチャネル領域２１６Ａをそれぞれ表面反転領域（Ｒ１）内の幅（Ｗ_１）に対応する垂直レベル、および体積反転領域（Ｒ２）内の幅（Ｗ_２）に対応する垂直レベルで横切る部分に物理的に対応する電子バンド図３００および３５０を概略的に示す。バンド図３００は、Ｒ１内のＷ_１（図２）に対応する垂直レベルでのチャネル領域の第１側および第２側上のゲート誘電体の電子バンド３２０ａと３２０ｂとの間のＦｉｎＦＥＴのチャネル領域の伝導帯３０４および価電子帯３０８を示す。バンド図３５０は、Ｒ２内のＷ_２（図２）に対応する垂直レベルでのチャネル領域の第１側および第２側上のゲート誘電体の電子バンド３２０ｃと３２０ｄとの間のＦｉｎＦＥＴのチャネル領域の伝導帯３５４と価電子帯３５８を示す。Ｅ_{Ｆ，ＢＵＬＫ}とは、ＦｉｎＦＥＴのチャネル領域のフェルミ準位を指す。対応するバルク単一ゲートプレーナトランジスタにおける伝導帯３２４（Ｅ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}）および価電子帯３２８（Ｅ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}）もまた破線で示される。

【0035】

図３における様々なバンドの曲線は、ゲート電極でのエネルギーレベルシフト（ｅＶ_ｇｓ）によって示唆されるように、一定のゲート‐ソース電圧Ｖ_ｇｓでのチャネル領域の幅の減少の効果を示す。バンド図３００は、表面反転領域Ｒ１において、反転条件の下で、Ｗ_１が空乏幅Ｗ_ＤＥＰＭ（同一のドーピングおよび材料を有する対応するバルクチャネルにおいて形成される空乏幅）の２倍と等しいかそれより大きいことを示し、すなわちチャネル領域の２つの側に対してＷ_１≧２Ｗ_ＤＥＰＭである。この状態の下で、バンドの湾曲がわずかに生じるかまたは基本的に生じない中性領域３１２が存在し、これは図２における領域２０４に相当する。中性領域では、伝導帯３０４および価電子帯３０８はそれぞれ対応するバルクエネルギーＥ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}およびＥ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}の値に近づく。この状態の下で、反転電荷Ｑ_ｉｎｖは、チャネル領域のゲート誘電体と半導体材料との間の界面領域３１６ａおよび３１６ｂに比較的局所化される。反転領域におけるキャリアの濃度は、電圧降下Ψ_Ｓによって部分的に決定される。表面反転が起こる２つの界面領域３１６ａおよび３１６ｂがあるため、駆動電流Ｉ_ｄｓは、単一ゲートを有するプレーナトランジスタと比較して増加する（例えば倍増）。

【0036】

表面反転領域Ｒ１とは異なり、体積反転領域Ｒ２では、反転条件の下で、Ｗ_２は最大空乏幅Ｗ_ＤＥＰＭの２倍未満であり（すなわちチャネル領域の２つの側に対してＷ_２＜２Ｗ_ＤＥＰＭ）、中性領域は存在しない。この状態の下で、チャネル領域の２つの側上で近接するゲート電極のため、伝導帯３５４および価電子帯３５８のエネルギーは、チャネル領域の全幅にわたって、対応するバルクエネルギーＥ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}およびＥ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}を下回り、反転電荷Ｑ_ｉｎｖはもはや界面領域３１６ｂおよび３１６ｂへと局所化されず、Ｒ２の体積にわたって分配される。本明細書において使用されるこの状態とは、体積反転を指す。発明者らは、ＦｉｎＦＥＴがオンになると体積反転を受けるように構成された比較的大きな体積のチャネル領域を有することが望ましいことを見出した。いかなる理論にも束縛されるものではないが、比較的大きな体積反転領域Ｒ２を有する利点の１つは、ゲート誘電体／チャネル界面領域からさらに離れてより大きな電流が流れることである。このことは、これらの界面領域が、電子および／または正孔移動度（μ_ｎおよび／またはμ_ｐ）を低下させ、結果として駆動電流および／またはサブスレッショルドスロープの低下をもたらし得る界面散乱中心を有し得るため有利である。さらに、有効フィン領域の幅Ｗ_２は、２Ｗ_ＤＥＰＭを実質的に下回り、高いＩ_ＯＮおよび高いＩ_ＯＮ／Ｉ_ＯＦＦ比を依然として維持することができる。

【0037】

上記では、地面、例えば基板またはフィン型構造体の埋込部分に対して略０．２Ｖから１．０Ｖの間、略０．２Ｖから略０．８Ｖの間、または略０．２Ｖから略０．６Ｖの間のゲート電圧がゲート電極に印加されると、反転条件を満たすことができる。

【0038】

図４Ａ〜４Ｄは、様々な実施形態によるＦｉｎＦＥＴ４００、４２０、４４０および４６０の断面図を示す。ＦｉｎＦＥＴ４００、４２０、４４０および４６０は、限定されるものではないが、技術ノード１４ｎｍ、１０ｎｍ、７ｎｍおよび４ｎｍに相当し得る。図４Ａ〜４Ｄの図は、チャネル領域（チャネル方向（ｘ方向）に垂直な面（ｙ−ｚ面）における図２のチャネル領域２１６Ａと同様）の断面図を示す。図示されたＦｉｎＦＥＴは、隣接してまたは周囲に分離領域２１２が形成された埋込フィン部２０８を含む。埋込フィン部２０８は、図２に関して先に説明した半導体基板と同様の材料、方向、ドープレベルを有することができる。図４Ａ〜４Ｄに図示したＦｉｎＦＥＴのチャネル領域は、ｘ方向においてページの内外に延在し、かつソース領域とドレイン領域（図４Ａ〜４Ｄには示されていない、図２のソースおよびドレイン領域２１６Ｓ、２１６Ｄと同様）との間に挟まれる。明確化のために、図４Ａ〜４Ｄにはゲート誘電体およびゲート電極が図示されていないが、図２に関して先に説明したものと同様に存在する。つまり、ゲート誘電体がチャネル領域を取り囲み、ゲート電極がゲート誘電体を取り囲む。

【0039】

図４Ａ〜４ＤのＦｉｎＦＥＴ４００、４２０、４４０および４６０では、チャネル領域は、図２に関して先に説明した３つの領域、つまり表面反転領域（Ｒ１）、体積反転領域（Ｒ２）および量子閉込領域（Ｒ３）のうち少なくとも体積反転領域（Ｒ２）および量子閉込領域（Ｒ３）を含む。ＦｉｎＦＥＴ４００、４２０、４４０、および４６０は、略３ｎｍから略４ｎｍの間の最小幅、略４ｎｍから略８ｎｍの間の最大幅、およびチャネル領域の全高の略２５％を超える高さを有する体積反転領域（Ｒ２）を含む。図４Ａ〜４ＤにおけるＦｉｎＦＥＴのＲ１は、図２および３に関して先に説明したＲ１と同様であり、Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}で与えられるフィンのベースで最大幅を有し、Ｗ_{Ｒ２ ＭＡＸ}で与えられるＲ２のベースで最小幅を有する。Ｒ１内の幅は、図３に関して先に説明したように空乏幅の２倍２Ｗ_ＤＥＰＭと同等またはそれより大きく、いかなる理論にも束縛されるものではないが、反転条件の下で、中性領域が中心領域（図２における２０４と同様）に存在し、そこではバンド湾曲が生じず、最大伝導帯および価電子帯エネルギーがそれぞれ対応するバルクエネルギーＥ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}およびＥ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}を下回らない。

【0040】

さらに、図４Ａ〜４ＤにおけるＦｉｎＦＥＴのＲ２は、図２および３に関して先に説明したＲ２と同様であり、Ｗ_{Ｒ２ ＭＡＸ}で与えられるＲ２のベースで最大幅を有し、Ｗ_{Ｒ２ ＭＩＮ}で与えられるＲ３のベースで最小幅を有する。Ｒ２内の幅は、図３に関して先に説明したように空乏幅の２倍２Ｗ_ＤＥＰＭ未満であり、いかなる理論にも束縛されるものではないが、反転条件の下で、中性領域が存在せず、Ｒ２の実質的全体積にわたって、伝導帯および価電子帯エネルギーがそれぞれ対応するバルクエネルギーＥ_{Ｃ，ＢＵＬＫ}およびＥ_{Ｖ，ＢＵＬＫ}を下回る。

【0041】

さらに、図４Ａ〜４ＤにおけるＦｉｎＦＥＴのＲ３は、図２に関して先に説明したＲ３と同様であり、ベースでＷ_{Ｒ２ ＭＩＮ}で与えられる最大幅を有し、フィンのピークに向かって連続的に減少する。

【0042】

図４Ａ〜４ＤにおけるＦｉｎＦＥＴは傾斜した側壁を有し、その角度は、Ｒ２の側壁でｚ方向に対してθで表すことができ、図２に関して先に説明したものと同様の値を有する。

【0043】

図４Ａを参照すると、実施形態によるＦｉｎＦＥＴ４００は、埋込フィン部２０８の半導体材料に接続されかつ拡張部を形成する表面反転領域（Ｒ１）４１８と、（Ｒ１）４１８の半導体材料に接続されかつ拡張部を形成する体積反転領域（Ｒ２）４０８と、（Ｒ２）４０８の半導体材料に接続されかつ拡張部を形成する量子閉込領域（Ｒ３）４０４とを含む。

【0044】

ＦｉｎＦＥＴ４００は、略１２ｎｍから略１６ｎｍの間または略１３ｎｍから略１５ｎｍの間、例えば略１４ｎｍのベース幅Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}４０６、略４ｎｍから略８ｎｍの間、例えば略７ｎｍである最大体積反転幅Ｗ_{Ｒ２ ＭＡＸ}４１４、および略３ｎｍから略４ｎｍの間、例えば略３ｎｍである最小体積反転幅Ｗ_{Ｒ２ ＭＩＮ}４１２を有する。

【0045】

ＦｉｎＦＥＴ４００は、略１７ｎｍから略２５ｎｍの間または略１９ｎｍから略２３ｎｍの間、例えば略２１ｎｍである第１の高さＨ_Ｒ１、略８ｎｍから略１２ｎｍまたは略９ｎｍから略１１ｎｍの間、例えば略１０ｎｍである第２の高さＨ_Ｒ２、略２ｎｍ未満、例えば略１ｎｍである第３の高さＨ_Ｒ３を有する。ＦｉｎＦＥＴ４００は、略２８ｎｍから略３６ｎｍまたは略３０ｎｍから略３４ｎｍの間、例えば略３２ｎｍである全高Ｈ_ＦＩＮを有する。

【0046】

ＦｉｎＦＥＴ４００は、略３０％を超える全高Ｈ_ＦＩＮに対する第２の高さＨ_Ｒ２の比率を有する。

【0047】

図４Ｂを参照すると、図４ＡのＦｉｎＦＥＴ４００と同様に、別の実施形態によるＦｉｎＦＥＴ４２０は、表面反転領域（Ｒ１）４３８と、体積反転領域（Ｒ２）４２８と、量子閉込領域（Ｒ３）４２４とを含む。

【0048】

ＦｉｎＦＥＴ４２０は、略８ｎｍから略１２ｎｍの間または略９ｎｍから略１１ｎｍの間、例えば略１０ｎｍであるベース幅Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}４２６、略４ｎｍから略８ｎｍの間、例えば略７ｎｍである最大体積反転幅Ｗ_{Ｒ２ ＭＡＸ}４３４、略３ｎｍから略４ｎｍの間、例えば略３ｎｍである最小体積反転幅Ｗ_{Ｒ２ ＭＩＮ}４３２を有する。

【0049】

ＦｉｎＦＥＴ４２０は、略８ｎｍから略１２ｎｍの間または略９ｎｍから略１１ｎｍの間、例えば略１０ｎｍであるＲ１の第１の高さＨ_Ｒ１、略９ｎｍから略１３ｎｍの間または略１０ｎｍから略１２ｎｍの間、例えば略１１ｎｍである第２の高さＨ_Ｒ２、略２ｎｍ未満、例えば略１ｎｍである第３の高さＨ_Ｒ３を有する。ＦｉｎＦＥＴ４００は、略１７ｎｍから略２５ｎｍの間または略１９ｎｍから略２３ｎｍの間、例えば略２１ｎｍである全高Ｈ_ＦＩＮを有する。

【0050】

ＦｉｎＦＥＴ４２０は、略５０％を超える全高Ｈ_ＦＩＮに対する第２の高さＨ_Ｒ２の比率を有する。

【0051】

図４Ｃを参照すると、図４Ａおよび４ＢのＦｉｎＦＥＴ４００および４２０と同様に、別の実施形態によるＦｉｎＦＥＴ４４０は、体積反転領域（Ｒ２）４４８と、量子閉込領域（Ｒ３）４４４とを含む。しかしながら、ＦｉｎＦＥＴ４００（図４Ａ）および４２０（図４Ｂ）とは異なり、ＦｉｎＦＥＴ４４０は表面反転領域（Ｒ１）を含まない。したがって、反転条件の下で、Ｒ２が体積反転した場合に、ＦｉｎＦＥＴ４４０では表面反転が起こらない。

【0052】

ＦｉｎＦＥＴ４４０は、Ｗ_{Ｒ２ ＭＡＸ}と同等であり、略４ｎｍから略８ｎｍの間、例えば略７ｎｍであるベース幅Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}４４６、略３ｎｍから略４ｎｍの間、例えば略３ｎｍである最小体積反転幅Ｗ_{Ｒ２ ＭＩＮ}４５２を有する。

【0053】

ＦｉｎＦＥＴ４４０は、略１４ｎｍから略１８ｎｍの間または略１５ｎｍから略１７ｎｍの間、例えば略１６ｎｍである第２の高さＨ_Ｒ２、略２ｎｍ未満、例えば略１ｎｍである第３の高さＨ_Ｒ３を有する。ＦｉｎＦＥＴ４４０は、略１３ｎｍから略２１ｎｍの間または略１５ｎｍから略１９ｎｍの間、例えば略１７ｎｍである全高Ｈ_ＦＩＮを有する。

【0054】

ＦｉｎＦＥＴ４４０は、９０％を超える全高Ｈ_ＦＩＮに対する第２の高さＨ_Ｒ２の比率を有する。

【0055】

図４Ｄを参照すると、図４Ａおよび４ＢのＦｉｎＦＥＴ４００および４２０と同様に、別の実施形態によるＦｉｎＦＥＴ４６０は、体積反転領域（Ｒ２）４６８と、量子閉込領域（Ｒ３）４６４とを含む。しかしながら、ＦｉｎＦＥＴ４００および４２０とは異なるが図４ＣのＦｉｎＦＥＴ４４０と同様に、ＦｉｎＦＥＴ４６０は表面反転領域（Ｒ１）を含まない。したがって、反転条件の下で、Ｒ２が体積反転した場合に、ＦｉｎＦＥＴ４６０では表面反転が起こらない。

【0056】

ＦｉｎＦＥＴ４６０は、Ｗ_{Ｒ２ ＭＡＸ}と同等であり、略４ｎｍから略８ｎｍの間、例えば略４ｎｍであるベース幅Ｗ_{ＦＩＮ ＢＡＳＥ}４６６、略３ｎｍから略４ｎｍの間、例えば略３ｎｍである最小体積反転幅Ｗ_{Ｒ２ ＭＩＮ}４６２を有する。

【0057】

ＦｉｎＦＥＴ４６０は、略８ｎｍから略１２ｎｍの間または略９ｎｍから略１１ｎｍの間、例えば略１０ｎｍである第２の高さＨ_Ｒ２、略２ｎｍ未満、例えば略１ｎｍである第３の高さＨ_Ｒ３を有する。ＦｉｎＦＥＴ４６０は、略１０ｎｍから略１４ｎｍの間または略１１ｎｍから略１３ｎｍの間、例えば略１２ｎｍである全高Ｈ_ＦＩＮを有する。

【0058】

ＦｉｎＦＥＴ４６０は、略９０％を超える全高Ｈ_ＦＩＮに対する第２の高さＨ_Ｒ２の比率を有する。

【0059】

図５を参照すると、先に説明した様々な実施形態と同様である複数のＦｉｎＦＥＴは、全体駆動電流を増大するために、共通ゲート電極によって接続され得る。図５は、複数の有効フィン領域５１６ａ、５１６ｂおよび５１６ｃを含み、該領域の各々が隣接する分離領域５１２によって分離され、各々がソース領域（５１６Ｓ−１、５１６Ｓ−２および５１６Ｓ−３）およびドレイン領域（５１６Ｄ−１、５１６Ｄ−２および５１６Ｄ−３）を有するＦｉｎＦＥＴデバイス５００を図示する。有効フィン領域５１６ａ、５１６ｂおよび５１６ｃは、それぞれ埋込フィン部５０８ａ、５０８ｂおよび５０８ｃの連続した拡張部を形成し、埋込フィン部の各々はバルク基板５０４から連続して延びる。複数の有効フィン領域は、実施形態に図示されているように、連続し得るゲート誘電体５２０ａ、５２０ｂおよび５２０ｃによって取り囲まれる。ゲート電極５２４に印加される単一ゲート電圧によって複数の有効フィン領域が制御されるように、共通ゲート電極５２４はゲート誘電体上に形成される。チャネル領域（標識せず）は、ゲート誘電体５２０ａ、５２０ｂおよび５２０ｃの各々ならびにゲート電極５２４の下で、それぞれのソース領域とドレイン領域との間に形成される。

【0060】

本発明を特定の実施形態の点から説明したが、本明細書に記載した全ての特徴および利点を提供しない実施形態を含む当業者に明らかであるその他の実施形態も本発明の範囲内に含まれる。さらに、先に説明した様々な実施形態を組み合わせてさらなる実施形態を提供することも可能である。加えて、１つの実施形態において示した特定の特徴をその他の実施形態に組み込んでもよい。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照してのみ定義される。

【符号の説明】

【0061】

２００ ＦｉｎＦＥＴ
２０４ 基板
２０８ 埋込フィン部
２１２ 分離領域
２１６ 有効フィン部
２１６Ａ チャネル領域
２１６Ｓ ソース領域
２１６Ｄ ドレイン領域
２２０ ゲート誘電体
２２４ ゲート電極
２２８ 側壁

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】