【図1】
ゲート構造が垂直に配置され、かつ活性デバイス領域の各々に存在する、一対の離隔された活性デバイス領域を含むレイアウトを示す図であり、切取線X-X(活性デバイス領域の一方を通る断面である)、切取線Y1-Y1(ゲート構造を通る断面である)、および切取線Y2-Y2(ソース/ドレイン領域を通る断面である)が図1に示されている。
【図2A】
本出願に採用できる例示的構造のX-Xを通る断面図であり、例示的構造は、半導体基板の表面上に存在する誘電体材料層の表面上に位置する一対の離隔されたナノシート材料積層体を含み、各ナノシート材料積層体は、1つずつ交互に積層された犠牲半導体材料層および半導体チャネル材料層を含む。
【図2B】
例示的構造のY1-Y1を通る断面図である。
【図2C】
例示的構造のY2-Y2を通る断面図である。
【図3A】
第1の犠牲ゲート構造、第1の誘電体スペーサを形成し、第1の犠牲ゲート構造および第2の誘電体スペーサをエッチング・マスクとして利用して各ナノシート材料積層体をパターン形成して犠牲半導体材料ナノシートと半導体チャネル材料ナノシートを交互に1つずつ積層したナノシート積層体を設け、各犠牲半導体材料ナノシートに凹所を設け、凹所を設けることによって作成された間隙に内部スペーサを形成し、第1のソース/ドレイン領域を形成し、第1の層間誘電体(ILD)材料層を形成した後の、図2Aに示された例示的構造の断面図である。
【図3B】
形成後の図2Bに示された例示的構造の断面図である。
【図3C】
形成後の図2Cに示された例示的構造の断面図である。
【図4A】
誘電体と誘電体との結合工程を使って上部半導体チャネル層を結合した後の、図3Aに示された例示的構造の断面図である。
【図4B】
結合後の図3Bに示された例示的構造の断面図である。
【図4C】
結合後の図3Cに示された例示的構造の断面図である。
【図5A】
半導体チャネル材料層をパターン形成して、犠牲半導体材料ナノシートおよび半導体チャネル材料ナノシートを交互に積層した各ナノシート積層体の上に半導体フィンを形成した後の、図4Aに示された例示的構造の断面図である。
【図5B】
形成後の、図4Bに示された例示的構造の断面図である。
【図5C】
形成後の、図4Cに示された例示的構造の断面図である。
【図6A】
各半導体フィンの一部分に第2の犠牲ゲート構造および第2の誘電体スペーサを形成し、第2のソース/ドレイン領域を形成し、第2のILD材料層を形成した後の、図5Aに示された例示的構造の断面図である。
【図6B】
形成後の、図5Bに示された例示的構造の断面図である。
【図6C】
形成後の、図5Cに示された例示的構造の断面図である。
【図7A】
第2の犠牲ゲート構造と積層されたデバイス分離誘電体材料層とを全体的に通り、かつ第1の犠牲ゲート構造内へ部分的に通る開口部を形成した後の、図6Aに示された例示的構造の断面図である。
【図7B】
形成後の、図6Bに示された例示的構造の断面図である。
【図7C】
形成後の、図6Cに示された例示的構造の断面図である。
【図8A】
第1の犠牲ゲート構造および第2の犠牲ゲート構造を除去し、第2の犠牲ゲート構造を除去することにより各半導体フィンを露出させ、第1の犠牲ゲート構造を除去することにより各犠牲半導体材料ナノシートを露出させ、その後、露出した犠牲半導体材料ナノシートを除去した後の、図7Aに示された例示的構造の断面図である。
【図8B】
除去後の、図7Bに示された例示的構造の断面図である。
【図8C】
除去後の、図7Cに示された例示的構造の断面図である。
【図9A】
各半導体フィンの物理的に露出した表面および各半導体チャネル材料ナノシートの物理的に露出した表面に高誘電率の誘電体材料層を形成し、次いで非晶質シリコン(a-Si)層を形成した後の、図8Aに示された例示的構造の断面図である。
【図9B】
形成後の、図8Bに示された例示的構造の断面図である。
【図9C】
形成後の、図8Cに示された例示的構造の断面図である。
【図10A】
ゲート切断溝(CT)を、全体的にa-Si層を通って、部分的に誘電体材料層の一部分内へ形成した後の、図9Aに示された例示的構造の断面図である。
【図10B】
形成後の、図9Bに示された例示的構造の断面図である。
【図10C】
形成後の、図9Cに示された例示的構造の断面図である。
【図11A】
ゲート切断溝の下部分内に保護材料を形成した後の、図10Aに示された例示的構造の断面図であり、保護材料は、積層されたデバイス分離誘電体材料層の最上面と最下面との間に位置する最上面を有する。
【図11B】
形成後の、図10Bに示された例示的構造の断面図である。
【図11C】
形成後の、図10Cに示された例示的構造の断面図である。
【図12A】
ゲート切断溝の下部分に対してゲート切断溝の上部分の幅を増加させるようにゲート切断溝の上部分の側壁に沿って位置するa-Si層を縁取りした後の、図11Aに示された例示的構造の断面図である。
【図12B】
縁取り後の、図11Bに示された例示的構造の断面図である。
【図12C】
縁取り後の、図11Cに示された例示的構造の断面図である。
【図13A】
ゲート切断溝の下部分から保護材料を除去して、元のゲート切断溝の幅を有する第1の部分と、幅が増加した第2の部分とを有する修正ゲート切断溝を露出させた後の、図12Aに示された例示的構造の断面図である。
【図13B】
露出後の、図12Bに示された例示的構造の断面図である。
【図13C】
露出後の、図12Cに示された例示的構造の断面図である。
【図14A】
第1のゲート切断誘電体構造を、修正ゲート切断溝の第1の部分に形成し、修正ゲート溝の第2の部分内へ部分的に形成した後の、図13Aに示された例示的構造の断面図である。
【図14B】
形成後の、図13Bに示された例示的構造の断面図である。
【図14C】
形成後の、図13Cに示された例示的構造の断面図である。
【図15A】
第1のゲート切断誘電体構造の上部に追加a-Siを形成し、修正ゲート切断溝の残りの第2の部分を完全に充填した後の、図14Aに示された例示的構造の断面図である。
【図15B】
形成かつ充填後の、図14Bに示された例示的構造の断面図である。
【図15C】
形成かつ充填後の、図14Cに示された例示的構造の断面図である。
【図16A】
第2のゲート切断誘電体構造をa-Si層に形成し、第1のゲート切断誘電体構造の表面に接触した後の、図15Aに示された例示的構造の断面図である。
【図16B】
形成かつ接触後の図15Bに示された例示的構造の断面図である。
【図16C】
形成かつ接触後の図15Cに示された例示的構造の断面図である。
【図17A】
a-Si層の上部分を除去して、各半導体フィン上に位置する高誘電率のゲート誘電体材料を露出させた後の、図16Aに示された例示的構造の断面図である。
【図17B】
除去かつ露出後の、図16Bに示された例示的構造の断面図である。
【図17C】
除去かつ露出後の、図16Cに示された例示的構造の断面図である。
【図18A】
第2のゲート電極を、第1の組の半導体フィン上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に形成し、別の第2のゲート電極を、第2の組の半導体フィン上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に形成した後の、図17Aに示された例示的構造の断面図であり、第1および第2の組の半導体フィンは、第2のゲート切断誘電体構造、および積層されたデバイス分離誘電体材料層に存在する開口部を貫通する第1のゲート切断誘電体構造の拡大された幅の部分によって分離される。
【図18B】
形成後の、図17Bに示された例示的構造の断面図である。
【図18C】
形成後の、図17Cに示された例示的構造の断面図である。
【図19A】
第2の導電性接点含有ILD材料層を形成した後の、図18Aに示された例示的構造の断面図であり、第2の導電性接点含有ILD材料層は、第2のソース/ドレイン領域に接触する第2のソース/ドレイン接点構造、第2のゲート電極に接触する第2のゲート接点構造、第1のゲート接点構造、共有ゲート接点構造、およびその中に誘電体キャップが埋設された第1のソース/ドレイン接点構造を含む。
【図19B】
形成後の、図18Bに示された例示的構造の断面図である。
【図19C】
形成後の、図18Cに示された例示的構造の断面図である。
【図20A】
第2の導電性接点含有ILD材料層上にバック・エンド・オブ・ザ・ライン(BEOL)構造およびキャリア・ウェーハを形成した後の、図19Aに示された例示的構造の断面図である。
【図20B】
形成後の、図19Bに示された例示的構造の断面図である。
【図20C】
形成後の、図19Cに示された例示的構造の断面図である。
【図21A】
例示的構造を180°反転させ、半導体基板を除去し、誘電体材料層を除去し、誘電体材料層上に先に位置した高誘電率ゲート誘電体材料の物理的に露出した部分を除去した後の、図20Aに示された例示的構造の断面図である。
【図21B】
除去した後の、図20Bに示された例示的構造の断面図である。
【図21C】
除去した後の、図20Cに示された例示的構造の断面図である。
【図22A】
a-Si層の物理的に露出した部分を除去した後の図21Aに示された例示的構造の断面図である。
【図22B】
除去した後の、図21Bに示された例示的構造の断面図である。
【図22C】
除去した後の、図21Cに示された例示的構造の断面図である。
【図23A】
第1のゲート電極を、第1の組の宙吊り状態の半導体チャネル材料ナノシート上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に形成し、別の第1のゲート電極を、第2の組の宙吊り状態の半導体チャネル材料ナノシート上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に形成した後の、図22Aに示された例示的構造の断面図である。
【図23B】
形成した後の、図22Bに示された例示的構造の断面図である。
【図23C】
形成した後の、図22Cに示された例示的構造の断面図である。
【図24A】
第1の導電性接点含有ILD材料層を形成した後の、図23Aに示された例示的構造の断面図であり、第1の導電性接点含有ILD材料層は、第1のソース/ドレイン領域に接触する第1のソース/ドレイン接点構造を含む。
【図24B】
形成後の、図23Bに示された例示的構造の断面図である。
【図24C】
形成後の、図23Cに示された例示的構造の断面図である。
【図25A】
第1の導電性接点含有ILD材料層上に裏面電力供給ネットワーク(BSPDN)構造を形成した後の、図24Aに示された例示的構造の断面図である。
【図25B】
形成後の、図24Bに示された例示的構造の断面図である。
【図25C】
形成後の、図24Cに示された例示的構造の断面図である。
【図26A】
本出願の別の実施形態に採用できる図1に示された、X-Xを通る例示的構造の断面図であり、例示的構造は、半導体基板、誘電体材料層、第1の犠牲半導体材料層、第1のナノシート材料積層体、第2の犠牲半導体材料層、および第2のナノシート材料積層体を含み、各ナノシート材料積層体は、交互に積層された犠牲半導体材料層および半導体チャネル材料層を含む。
【図26B】
図1に示されたY1-Y1を通る例示的構造の断面図である。
【図27A】
最初に、第1の犠牲半導体材料層、第1のナノシート材料積層体、第2の犠牲半導体材料層、および第2のナノシート材料積層体をパターン形成して、パターン形成した構造を設けた後の、図26Aに示された例示的構造の断面図である。
【図27B】
パターン形成した構造を設けた後の、図26Bに示された例示的構造の断面図である。
【図28A】
誘電体ライナを、パターン形成した構造の側壁に沿って形成し、誘電体充填材料を、誘電体ライナに対して横方向に隣接して形成した後の、図27Aに示された例示的構造の断面図である。
【図28B】
形成後の、図27Bに示された例示的構造の断面図である。
【図29A】
パターン形成した構造をパターン形成して、一対のパターン形成した垂直積層構造を設けた後の、図28Aに示された例示的構造の断面図である。
【図29B】
構造を設けた後の、図28Bに示された例示的構造の断面図である。
【図30A】
各パターン形成した垂直積層構造から第1および第2の犠牲半導体材料層の残りの部分を除去した後の、図29Aに示された例示的構造の断面図である。
【図30B】
除去後の、図29Bに示された例示的構造の断面図である。
【図31A】
第1および第2の犠牲半導体材料層の残りの部分をあらかじめ含む体積内に誘電体材料を形成した後の、図30Aに示された例示的構造の断面図である。
【図31B】
形成後の、図30Bに示された例示的構造の断面図である。
【図32A】
誘電体充填材料および誘電体ライナを除去した後の、図31Aに示された例示的構造の断面図である。
【図32B】
除去後の、図31Bに示された例示的構造の断面図である。
【図33A】
犠牲誘電体ライナを形成した後の、図32Aに示された例示的構造の断面図である。
【図33B】
形成後の、図32Bに示された例示的構造の断面図である。
【図34A】
第1の犠牲ゲート材料を形成した後の、図33Aに示された例示的構造の断面図である。
【図34B】
形成後の、図33Bに示された例示的構造の断面図である。
【図35A】
第1の犠牲ゲート材料に凹所を設けた後の、図34Aに示された例示的構造の断面図である。
【図35B】
凹所を設けた後の、図34Bに示された例示的構造の断面図である。
【図36A】
凹状犠牲ゲート材料の上に犠牲材料を形成した後の、図35Aに示された例示的構造の断面図である。
【図36B】
形成後の、図35Bに示された例示的構造の断面図である。
【図37A】
第2の犠牲ゲート材料およびハード・マスク層を形成した後の、図36Aに示された例示的構造の断面図である。
【図37B】
形成後の、図36Bに示された例示的構造の断面図である。
【図38A】
ハード・マスク層、第2の犠牲ゲート材料、犠牲誘電体ライナ、犠牲材料および犠牲第1のゲート材料をパターン形成して、ハード・マスク層の残りの部分でいちばん上が覆われる少なくとも1つの犠牲ゲート構造を設けた後の、図37Aに示された例示的構造の断面図である。
【図38B】
構造を設けた後の、図37Bに示された例示的構造の断面図である。
【図38C】
図38Aおよび図38Bに示され、かつ図1に示された切取線Y2-Y2を通る例示的構造の断面図である。
【図39A】
犠牲材料の残りの部分を除去して、第2の誘電体絶縁層に対して横方向に隣接して、かつ第1および第2の犠牲ゲート材料の残りの部分の間に間隙を形成した後の、図38Aに示された例示的構造の断面図である。
【図39B】
形成後の、図38Bに示された例示的構造の断面図である。
【図39C】
形成後の、図38Cに示された例示的構造の断面図である。
【図40A】
各犠牲構造の側壁に沿って誘電体スペーサを形成し、誘電体スペーサを形成する間に、間隙に誘電体スペーサ材料が充填されて、第1および第2の犠牲ゲート材料の残りの部分の間にスペーサ誘電体材料の層を設けた後の、図39Aに示された例示的構造の断面図である。
【図40B】
層を設けた後の、図39Bに示された例示的構造の断面図である。
【図40C】
層を設けた後の、図39Cに示された例示的構造の断面図である。
【図41A】
少なくとも1つのハード・マスクでいちばん上を覆われた犠牲ゲート構造および誘電体スペーサを、組合せのエッチング・マスクとして利用して、各パターン形成した垂直積層構造をパターン形成して、少なくとも第1のナノシート積層体および第2のナノシート積層体を含む垂直ナノシート積層構造を設け、第1および第2のナノシート積層体の各々が、交互に積層された犠牲半導体材料ナノシートおよび半導体チャネル材料ナノシートを含み、第1および第2のナノシート積層体の各犠牲半導体材料ナノシートに凹所を設けて間隙を設け、各間隙を充填し、かつ各垂直ナノシート積層構造の側壁に沿ってかつ少なくとも1つのハード・マスクでいちばん上が覆われた犠牲ゲート構造の側壁に沿って存在する内部スペーサ誘電体材料を形成した後の、図40Aに示された例示的構造の断面図である。
【図41B】
形成後の、図40Bに示された例示的構造の断面図である。
【図41C】
形成後の、図40Cに示された例示的構造の断面図である。
【図42A】
各垂直ナノシート積層構造の間に位置する間隙内、かつ各垂直ナノシートの側壁に沿って存在する内部スペーサ誘電体材料の下部分に、誘電体材料構造を形成した後の、図41Aに示された例示的構造の断面図である。
【図42B】
形成後の、図41Bに示された例示的構造の断面図である。
【図42C】
形成後の、図41Cに示された例示的構造の断面図である。
【図43A】
第2のナノシート積層体の側壁に沿って存在する内部スペーサ誘電体材料の上部分を除去し、誘電体材料構造上、かつ第2のナノシート積層体に対して隣接して第2のソース/ドレイン領域を形成し、第2のソース/ドレイン領域上に第2のILD材料層を形成した後の、図42Aに示された例示的構造の断面図である。
【図43B】
形成後の、図42Bに示された例示的構造の断面図である。
【図43C】
形成後の、図42Cに示された例示的構造の断面図である。
【図44A】
第2の犠牲ゲート材料の残りの部分およびスペーサ誘電体材料の層を全体的に通り、残りの第1の犠牲ゲート材料の一部分内へ開口部を形成した後の、図43Aに示された例示的構造の断面図である。
【図44B】
形成後の、図43Bに示された例示的構造の断面図である。
【図44C】
形成後の、図43Cに示された例示的構造の断面図である。
【図45A】
第1および第2の犠牲ゲート材料の残りの部分、犠牲誘電体ライナの物理的に露出した部分、および第1および第2のナノシート積層体の各凹状犠牲半導体ナノシートを除去して、第1および第2のナノシート積層体内に宙吊り状態の半導体チャネル材料ナノシートを設けた後の、図44Aに示された例示的構造の断面図である。
【図45B】
ナノシートを設けた後の、図44Bに示された例示的構造の断面図である。
【図45C】
ナノシートを設けた後の、図44Cに示された例示的構造の断面図である。
【図46A】
高誘電率のゲート誘電体材料およびa-Si層を形成した後の、図45Aに示された例示的構造の断面図である。
【図46B】
形成後の、図45Bに示された例示的構造の断面図である。
【図46C】
形成後の、図45Cに示された例示的構造の断面図である。
【図47A】
第1のゲート切断誘電体構造を、修正ゲート切断溝の第1の部分に形成し、修正ゲート切断溝の第2の部分内へ部分的に形成した後の、図46Aに示された例示的構造の断面図である。
【図47B】
形成後の、図46Bに示された例示的構造の断面図である。
【図47C】
形成後の、図46Cに示された例示的構造の断面図である。
【図48A】
追加のa-Siを、第1のゲート切断誘電体構造の上に形成して、修正ゲート切断溝の残りの体積に充填した後の図47Aに示された例示的構造の断面図である。
【図48B】
充填後の、図47Bに示された例示的構造の断面図である。
【図48C】
充填後の、図47Cに示された例示的構造の断面図である。
【図49A】
第1のゲート切断誘電体構造上に第2のゲート切断誘電体構造を形成した後の、図48Aに示された例示的構造の断面図である。
【図49B】
形成後の、図48Bに示された例示的構造の断面図である。
【図49C】
形成後の、図48Cに示された例示的構造の断面図である。
【図50A】
スペーサ誘電体材料層の上方に位置するa-Si層の上部分を除去してゲート空洞を設けた後の、図49Aに示された例示的構造の断面図である。
【図50B】
空洞を設けた後の、図49Bに示された例示的構造の断面図である。
【図50C】
空洞を設けた後の、図49Cに示された例示的構造の断面図である。
【図51A】
第2のゲート電極を、第2のナノシート積層体の第1の組の宙吊り状態の半導体チャネル材料ナノシート上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に形成し、別の第2のゲート電極を、別の第2のナノシート積層体の第2の組の宙吊り状態の半導体チャネル材料ナノシート上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に形成した後の、図50Aに示された例示的構造の断面図であり、これらのデバイス領域は、第2のゲート切断誘電体構造およびスペーサ誘電体材料内の開口部を貫通する第1のゲート切断誘電体構造の拡大された部分によって分離される。
【図51B】
形成後の、図50Bに示された例示的構造の断面図である。
【図51C】
形成後の、図50Cに示された例示的構造の断面図である。
【図52A】
第2の導電性接点含有ILD材料層を形成した後の、図51Aに示された例示的構造の断面図であり、第2の導電性接点含有ILD材料層は、第2のソース/ドレイン領域に接触する第2のソース/ドレイン接点構造、第2のゲート電極に接触する第2のゲート接点構造、第1のゲート接点構造、およびその中に埋設された共有ゲート接点構造を含む。
【図52B】
形成後の、図51Bに示された例示的構造の断面図である。
【図52C】
形成後の、図51Cに示された例示的構造の断面図である。
【図53A】
第2の導電性接点含有ILD材料層上に、バック・エンド・オブ・ザ・ライン(BEOL)構造およびキャリア・ウェーハを形成した後の、図52Aに示された例示的構造の断面図である。
【図53B】
形成後の、図52Bに示された例示的構造の断面図である。
【図53C】
形成後の、図52Cに示された例示的構造の断面図である。
【図54A】
例示的構造を180°反転させ、半導体基板を除去し、誘電体材料層を除去し、a-Si層の残りの部分に位置している高誘電率の誘電体材料層の物理的に露出した部分を除去した後の、図53Aに示された例示的構造の断面図である。
【図54B】
除去後の、図53Bに示された例示的構造の断面図である。
【図54C】
除去後の、図53Cに示された例示的構造の断面図である。
【図55A】
a-Si層を除去した後の、図54Aに示された例示的構造の断面図である。
【図55B】
除去後の、図54Bに示された例示的構造の断面図である。
【図55C】
除去後の、図54Cに示された例示的構造の断面図である。
【図56A】
第1のナノシート積層体の第1の組の宙吊り状態の半導体チャネル材料ナノシート上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に第1のゲート電極を形成し、別の第1のナノシート積層体の第2の組の宙吊り状態の半導体チャネル材料ナノシート上に位置する高誘電率ゲート誘電体材料層の物理的に露出した表面上に別の第1のゲート電極を形成した後の図55Aに示された例示的構造の断面図であり、これらのデバイス領域は第1のゲート切断誘電体構造によって分離される。
【図56B】
形成後の、図55Bに示された例示的構造の断面図である。
【図56C】
形成後の、図55Cに示された例示的構造の断面図である。
【図57A】
裏面ゲート誘電体キャップ層を形成した後の、図56Aに示された例示的構造の断面図である。
【図57B】
形成後の、図56Bに示された例示的構造の断面図である。
【図57C】
形成後の、図56Cに示された例示的構造の断面図である。
【図58A】
誘電体材料構造に凹所を設けた後の、図57Aに示された例示的構造の断面図である。
【図58B】
凹所を設けた後の、図57Bに示された例示的構造の断面図である。
【図58C】
凹所を設けた後の、図57Cに示された例示的構造の断面図である。
【図59A】
第1のソース/ドレイン領域を形成した後の、図58Aに示された例示的構造の断面図である。
【図59B】
形成後の、図58Bに示された例示的構造の断面図である。
【図59C】
形成後の、図58Cに示された例示的構造の断面図である。
【図60A】
第1の導電性接点含有ILD材料層を形成した後の、図59Aに示された例示的構造の断面図であり、第1の導電性接点含有ILD材料層は、第1のソース/ドレイン領域に接触する第1のソース/ドレイン接点構造を含む。
【図60B】
形成後の、図59Bに示された例示的構造の断面図である。
【図60C】
形成後の、図59Cに示された例示的構造の断面図である。
【図61A】
第1の導電性接点含有ILD材料層上に裏面相互接続部および裏面電力供給ネットワーク(BSPDN)構造を形成した後の、図60Aに示された例示的構造の断面図である。
【図61B】
形成後の、図60Bに示された例示的構造の断面図である。
【図61C】
形成後の、図60Cに示された例示的構造の断面図である。