DE10012897A1 - Transistor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Transistor und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Ein Transistor und ein Verfahren zu dessen Herstellung, das eine Kanallänge ausbilden kann, die kürzer als der Lithographiegrenzwert ist, eine unterschiedliche Substratstörstellenkonzentration einstellen kann und die folgenden Schritte umfaßt: (1) Abscheiden eines Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat (11) und Ausbilden eines Grabens zum Freilegen des Halbleitersubstrats; (2) Ausbilden zweier Seiten-Gates (17, 18) beiderseits des Grabens; (3) Ausbilden eines Haupt-Gates (15) über dem Halbleitersubstrat zwischen den Seiten-Gates; und (4) Entfernen des Isolierfilms und Verwenden des Haupt-Gates und der Seiten-Gates als Masken beim Ausbilden von Source/Drain-Störstellengebieten (12, 13) in dem Halbleitersubstrat beiderseits der Seiten-Gates.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Transistoren und insbesondere einen 3-
Gate-MOSFET sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Feldeffekttransistoren mit drei entlang eines Kanalgebiets zwischen Source und
Drain in einer Reihe angeordneten Gate-Elektroden werden in Untersuchungen
der Auswirkungen eines sehr flachen Übergangs in einem MOSFET mit kurzem
Kanal auf die Wirkung des kurzen Kanals wie etwa auf einen Abfall der
Schwellspannung und in Untersuchungen der Injektion heißer Träger von ei
nem MOSFET-Kanal verwendet. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines ersten
beispielhaften 3-Gate-Transistors des Standes der Technik, während Fig. 2
einen Querschnitt eines zweiten beispielhaften 3-Gate-Transistors des Standes
der Technik zeigt.
In dem ersten beispielhaften 3-Gate-Transistor des Standes der Technik führt
eine Vorspannung an den Seiten-Gates zur Ausbildung von Inversionsschichten
in den jeweiligen Kanalgebieten, so daß die jeweiligen Inversionsschichten die
durch die Ionenimplantation ausgebildeten n+-Source/Drain-Gebiete mit einem
Haupt-Gate-Kanal verbinden. Die somit ausgebildeten Inversionsschichten
werden zu Source/Drain-Gebieten mit in bezug auf ein Haupt-Gate sehr
niedrigen Übergangstiefen, wobei die Felder und Potentialverteilungen in den
jeweiligen Kanälen und die Ladungskonzentrationen in den jeweiligen In
versionsschichten mit den Spannungen auf den jeweiligen Seiten-Gates geän
dert werden können. In Tests zur Untersuchung eines Mechanismus der
heißen Trägerinjektion mit einem 3-Gate-Transistor können die
Testbedingungen durch Ändern der vertikalen und horizontalen Felder an
einem heißen Elektroneninjektionspunkt von dem Kanal mittels einer Haupt-
Gate-Vorspannung und einer Drain-Seiten-Gate-Vorspannung und durch
Ändern eines Stroms in einem Kanal mittels einer Source-Seiten-Gate-
Vorspannung uneingeschränkt geändert werden. Falls der Strom auf einem
niedrigen Pegel geregelt wird, können die Parameter, die einen Einfluß in
Richtung einer heißen Trägerinjektion ausüben, durch Messen des Gate- und
des Substratstroms ausgekoppelt werden, ohne eine Feldverteilung in dem
Kanal zu stören. Die durch die Seiten-Gate-Vorspannungen ausgebildeten
Inversionsschichten können als Source/Drain eines MOSFETs verwendet
werden. In diesem Fall haben die Source/der Drain Übergangstiefen im
Bereich weniger Nanometer, wobei der MOSFET als Vorrichtung mit einer
Source/einem Drain arbeitet, die genau auf die Ränder eines Gates
ausgerichtet sind. Die Verwendung einer sehr flachen Source/eines sehr
flachen Drains kann die von dem kurzen Kanal herrührenden Wirkungen wie
etwa den Schwellspannungsabfall und die DIBL (Drain-induzierte
Barrierenverminderung) als Folge des Eindringens des elektrischen Felds des
MOSFET-Drains in den Kanal wirksam verhindern. Da in einem Fall, in dem
eine Größe eines Gate-Musters in einem Bereich weniger 10 Nanometer durch
eine fortgeschrittene Lithographie ausgebildet wird, keine Source/Drain-
Gebiete durch Ionenimplantationen ausgebildet werden können, wird außer
dem die Verwendung einer solchen Inversionsschicht als Form der Source/des
Drains, die genau auf ein Gate ausgerichtet sind, als Alternative vorgeschlagen.
Mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung wird ein 3-Gate-Transistor des Standes
der Technik erläutert.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der 3-Gate-Transistor des Standes der Technik mit
einem auf einem p-Halbleitersubstrat 1 ausgebildeten Haupt-Gate 5 und mit
einem Gate-Isolierflim 4 zwischen dem Haupt-Gate 5 und dem Halbleitersub
strat versehen. Weiterhin gibt es einen auf der Oberfläche des Haupt-Gates 5
ausgebildeten dünnen Isolierfilm 6 (Oxidfilm), auf dem Isolierfilm 6 beiderseits
des Haupt-Gates 5 zwei Seiten-Gates 7 und 8 und die stark dotierten n-
Source/Drain-Störstellengebiete 2 und 3 in dem Halbleitersubstrat 1 beider
seits der Seiten-Gates 7 und 8.
Außerdem ist ein weiterer 3-Gate-Transistor des Standes der Technik, wie in
Fig. 2 gezeigt ist, mit einem auf einem p-Halbleitersubstrat 1 ausgebildeten
Haupt-Gate 5 mit geneigten gegenüberliegenden Seiten und mit einem zwi
schen dem Haupt-Gate 5 und dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Gate-Iso
lierfilm 4 versehen. Außerdem gibt es einen auf der Oberfläche des Haupt-Ga
tes 5 ausgebildeten dünnen Isolierfilm 6 (Oxidfilm), zwei auf dem Isolierfilm 6
beiderseits des Haupt-Gates 5 ausgebildete Seiten-Gates 7 und 8 und die
stark dotierten n-Source/Drain-Störstellengebiete 2 und 3 in dem
Halbleitersubstrat 1 beiderseits der Seiten-Gates 7 und 8. Ein Abschnitt jedes
der beiden Seiten-Gates 7 und 8 überschneidet sich mit dem Haupt-Gate 5.
Nun wird ein Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung des obener
wähnten Transistors erläutert. Die Fig. 3a-3c stellen Querschnitte dar, die die
Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Transistors zeigen.
Wie in Fig. 3a gezeigt ist, beginnt das Verfahren zur Herstellung des obener
wähnten Transistors des Standes der Technik mit dem Ausbilden eines Gate-
Isolierfilms 4 auf einem p-Halbleitersubstrat 1 und mit dem Implantieren von
Ionen in das Halbleitersubstrat 1 zum Einstellen einer Schwellspannung zum
ersten Mal. Hierauf wird auf dem Gate-Isolierfilm 4 Polysilicium abgeschieden,
wobei das Polysilicium und der Gate-Isolierfilm 4 durch Photolithographie oder
mittels E-Strahl zum Ausbilden eines Haupt-Gates 5 selektiv entfernt werden.
Wie in Fig. 3b gezeigt ist, wird das Haupt-Gate 5 als Maske beim zweiten Im
plantieren von Ionen in das Halbleitersubstrat 1 zum Einstellen der Schwell
spannung verwendet. Weiter wird auf der gesamten Oberfläche des Substrats
mit dem Haupt-Gate 5 ein dünner Isolierfilm 6 ausgebildet und auf diesem
Polysilicium abgeschieden. Wie Fig. 3c zeigt, wird das Polysilicium zum Ausbil
den der zwei Seiten-Gates 7 und 8 auf dem Isolierfilm 6 beiderseits des Haupt-
Gates 5 dem anisotropen Ätzen unterworfen, wobei das Haupt-Gate 5 und die
beiden Seiten-Gates 7 und 8 beim starken Implantieren von n-Störstellenionen
in das Halbleitersubstrat zum Ausbilden der n-Source/Drain-Störstellengebiete
2 und 3 als Masken verwendet werden.
Der obenerwähnte 3-Gate-Transistor des Standes der Technik weist jedoch die
folgenden Probleme auf.
Zunächst kann die Länge des Haupt-Gates nicht kürzer als der Grenzwert der
Lithographie ausgebildet werden, da das Haupt-Gate in dem Verfahren zur
Herstellung des 3-Gate-Transistors des Standes der Technik durch Photolitho
graphie oder mittels E-Strahl ausgebildet wird. Somit kann kein 3-Gate-Transi
stor mit sehr kurzer Kanallänge hergestellt werden.
Zweitens führt die Ausbildung der Seiten-Gates nach der Ausbildung des
Haupt-Gates in dem Verfahren zur Herstellung des 3-Gate-Transistors des
Standes der Technik dazu, daß die Störstellenkonzentrationen unter den Sei
ten-Gates immer genauso groß wie bzw. größer als die Störstellenkonzentration
unter dem Haupt-Gate sind. Das heißt, die Schwellspannungen der MOS-Kon
densatoren an den Seiten der Seiten-Gates sind höher als die an der Seite des
Haupt-Gates, was das Anlegen von wesentlich höheren Spannungen an die
Seiten-Gates erfordert, um so eine ausreichende Inversionsschichtladung zu
erzeugen, die groß genug für die Inbetriebnahme der Vorrichtung ist, was ein
Problem des Isolationsdurchbruchs hervorruft, falls die Oxidschichten zwi
schen den Gates dünn sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen 3-Gate-Transistor und
ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, das das Ausbilden einer Ka
nallänge ermöglicht, die kürzer als ein Lithographiegrenzwert ist, und das meh
rere Einstellungen von Substratstörstellen-Konzentrationen zuläßt, so daß der
3-Gate-Transistor und das Verfahren zu dessen Herstellung die
obenerwähnten Nachteile nicht besitzen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Transistor nach Anspruch 1 bzw. durch
ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors nach einem der Ansprüche 3,
6 und 10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
Zum Erzielen dieser und weiterer Vorteile und gemäß der Aufgabe der Erfin
dung enthält der im folgenden ausgeführte und umfassend beschriebene Tran
sistor ein erstes und ein zweites Seiten-Gate, die in einem Abstand über einem
Halbleitersubstrat ausgebildet sind, ein Haupt-Gate, das über dem Halbleiter
substrat zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate ausgebildet ist
und mit diesen überlappt, einen zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-
Gate, dem Haupt-Gate und dem Halbleitersubstrat und zwischen dem ersten
und dem zweiten Seiten-Gate und dem Haupt-Gate ausgebildeten Isolierfilm
sowie in dem Halbleitersubstrat beiderseits des ersten und des zweiten Seiten-
Gates ausgebildete Source/Drain-Störstellengebiete.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstel
lung eines Transistors geschaffen, das die folgenden Schritte umfaßt: 1) Ab
scheiden eines Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat und Ausbilden eines
Grabens zum Freilegen des Halbleitersubstrats, 2) Ausbilden von zwei Seiten-
Gates beiderseits des Grabens, 3) Ausbilden eines Haupt-Gates über dem
Halbleitersubstrat zwischen den Seiten-Gates und 4) Entfernen des Isolierfilms
und Verwenden des Haupt-Gates und der Seiten-Gates als Masken beim Aus
bilden von Source/Drain-Störstellengebieten in dem Halbleitersubstrat beider
seits der Seiten-Gates.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die
Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1 den bereits erwähnten Querschnitt eines ersten beispielhaften 3-
Gate-Transistors des Standes der Technik;
Fig. 2 den bereits erwähnten Querschnitt eines zweiten beispielhaften 3-
Gate-Transistors des Standes der Technik;
Fig. 3a-3c die bereits erwähnten Querschnitte der Schritte eines
Herstellungsverfahrens für einen 3-Gate-Transistor des Standes
der Technik;
Fig. 4 einen Querschnitt eines 3-Gate-Transistors gemäß einer ersten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5a-5g Querschnitte der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines
3-Gate-Transistors gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6a-6d Querschnitte der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines
3-Gate-Transistors gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungs
form der Erfindung; und
Fig. 7 einen Querschnitt eines 3-Gate-Transistors gemäß einer dritten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt Fig. 4 einen Querschnitt eines 3-Gate-Transistors
gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, während die
Fig. 5a-5g Querschnitte der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in
Fig. 4 gezeigten 3-Gate-Transistors zeigen.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält der 3-Gate-Transistor gemäß einer ersten be
vorzugten Ausführungsform der Erfindung die in Form umgekehrter Seiten
wände über einem p-Halbleitersubstrat 11 ausgebildeten beiden Seiten-Gates
17 und 18 sowie ein über dem Halbleitersubstrat 11 und zwischen den Seiten-
Gates 17 und 18 ausgebildetes Haupt-Gate 15. In dem Halbleitersubstrat 11
gibt es beiderseits der beiden Seiten-Gates 17 und 18 die Source/Drain-Stör
stellengebiete 12 und 13 und zwischen den Seiten-Gates 17 und 18 und dem
Halbleitersubstrat 11 und zwischen dem Haupt-Gate 15 und den Seiten-Gates
17 und 18 und dem Halbleitersubstrat 11 einen Gate-Isolierfilm 14 und 16.
Es wird nun das Verfahren zur Herstellung des obenerwähnten 3-Gate-Transi
stors gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erläu
tert.
Wie in Fig. 5a gezeigt ist, werden auf einem p-Halbleitersubstrat nacheinander
ein Pufferoxidfilm 19, ein Nitridfilm 20 und ein Photolackfilm 21 abgeschieden.
Außerdem wird mittels Photolithographie oder durch direktes E-Strahl-Schrei
ben ein Gebiet definiert, in dem ein Gate ausgebildet werden soll, wobei der
Nitridfilm 20 und der Pufferoxidfilm 19 selektiv entfernt werden, um das Halb
leitersubstrat 11 zum Ausbilden eines Grabens freizulegen. Eine Dicke des
Nitridfilms 20 bildet zusammen mit einer Breite des durch Trockenätzen aus
gebildeten Grabens und einer Dicke eines abzuscheidenden Seiten-Gate-Polysi
liciums einen Parameter zum Bestimmen der Form der Seiten-Gates. Bei guter
Einstellung der Breite des Grabens und der Form der umgekehrten Seiten
wand, die als das Seiten-Gate wirkt, kann ein MOSFET mit einer Gate-Länge
hergestellt werden, die kürzer als eine minimale Linienbreite ist, die durch
Photoätzen oder direktes E-Strahl-Schreiben erhalten werden kann. Hierauf
werden zum Einstellen einer Schwellspannung zum ersten Mal Ionen (B) in das
freiliegende Halbleitersubstrat 11 implantiert. Wie in Fig. 5b gezeigt ist, wird
der Photolackfilm 21 entfernt, wobei auf der Oberfläche des freiliegenden
Halbleitersubstrats 11 ein Oxidfilm zur Verwendung als Seiten-Gate-Isolierfilm
14 ausgebildet wird. Wie in Fig. 5c gezeigt ist, wird auf der gesamten
Oberfläche Polysilicium abgeschieden, einem anisotropen Ätzen zum Ausbilden
eines ersten und eines zweiten Seiten-Gates 17 und 18 auf dem Gate-
Isolierfilm 14 beiderseits des Grabens unterworfen und ein Abschnitt des
Gate-Isolierfilms 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate 17 und
18 entfernt. Außerdem werden der Nitridfilm 20 und das erste und das zweite
Seiten-Gate 17 und 18 beim Injizieren von Ionen (BF2) in das freiliegende
Halbleitersubstrat 11 zum Einstellen einer Schwellspannung als Masken
verwendet. Wie in Fig. 5d gezeigt ist, wird auf den Oberflächen des ersten und
des zweiten Seiten-Gates 17 und 18 und auf dem freiliegenden
Halbleitersubstrat ein Oxidfilm wachsen gelassen, um einen Haupt-Gate-
Isolierfilm 16 auszubilden. Wie in Fig. 5e gezeigt ist, wird das Haupt-Gate-
Polysilicium 24 auf der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich des
Nitridfilms 20 und des Haupt-Gate-Isolierfilms 16 abgeschieden. Wie in Fig. 5f
gezeigt ist, wird das Polysilicium 24 durch Photolithographie oder durch
direktes E-Strahl-Schreiben zum Ausbilden eines Haupt-Gates 15 selektiv
entfernt. Wie in Fig. 5g gezeigt ist, wird beim Entfernen des Nitridfilms 20 eine
selektive Ätzlösung verwendet, wobei das Haupt-Gate 15 und das erste und
das zweite Seiten-Gate 17 und 18 beim Injizieren von n-Störstellenionen in das
Halbleitersubstrat 11 als Masken verwendet werden, um die Source/Drain-
Störstellengebiete 12 und 13 auszubilden, womit die Herstellung eines 3-Gate-
Transistors abgeschlossen ist.
Falls in dem Verfahren zur Herstellung eines 3-Gate-Transistors gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wie in Fig. 5f gezeigt Phos
phorsäure beim Ätzen des Nitridfilms 20 zum Entfernen des Nitridfilms 20
verwendet wird, sind in der Zwischenzeit Abschnitte der freiliegenden
Elektrode des Haupt-Gates 15 und der Elektroden der Seiten-Gates 17 und 18
anfällig gegenüber Beschädigung, da eine Ätzselektivität zwischen dem
Nitridfilm 20 und dem abgeschiedenen Polysilicium nicht so hoch ist (das
dotierte Polysilicium hat in Phosphorsäure bei 160°C eine Ätzrate von 13 Å/min.
während der Nitridfilm eine Ätzrate von 40 Å/min und ein thermischer
Oxidfilm und ein TEOS-Oxidfilm eine Ätzrate von 1-4 Å/min haben). Es wird
deshalb ein Verfahren zur Herstellung eines 3-Gate-Transistors gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erläutert, das auf den
obenerwähnten Fall anwendbar ist. Die Fig. 6a-6d zeigen Querschnitte der
Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer 3-Gate-Transistors gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in Fig. 6a gezeigt ist, werden auf einem p-Halbleitersubstrat 11 nacheinan
der ein Pufferoxidfilm 19, ein Nitridfilm 20 und ein Photolackfilm 21 abgeschie
den. Außerdem wird mittels Photolithographie oder durch direktes E-Strahl-
Schreiben ein Gebiet definiert, in dem ein Gate ausgebildet werden soll, wobei
der Nitridfilm 20 und der Pufferoxidfilm 19 selektiv entfernt werden, um das
Halbleitersubstrat 11 zum Ausbilden eines Grabens freizulegen. Eine Dicke
des Nitridfilms 20 bildet zusammen mit einer Breite des durch Trockenätzen
ausgebildeten Grabens und einer Dicke eines abzuscheidenden Seiten-Gate-
Polysiliciums einen Parameter zum Bestimmen der Form der Seiten-Gates. Bei
guter Einstellung der Breite des Grabens und der Form der umgekehrten
Seitenwand, die als das Seiten-Gate wirkt, kann ein MOSFET mit einer Gate-
Länge hergestellt werden, die kürzer als eine minimale Linienbreite ist, die
durch Photoätzen oder direktes E-Strahl-Schreiben erhalten werden kann.
Hierauf werden zum Einstellen einer Schwellspannung zum ersten Mal Ionen
(B) in das freiliegende Halbleitersubstrat 11 implantiert, wobei der
Photolackfilm 21 entfernt wird und an den Seiten des Pufferoxidfilms 19 und
des Nitridfilms 20 in dem Graben ein Seitenwandoxidfilm 22 ausgebildet wird.
Wie in Fig. 6b gezeigt ist, wird auf der Oberfläche des freiliegenden
Halbleitersubstrats 11 ein Oxidfilm zur Verwendung als Seiten-Gate-Isolierfilm
14 ausgebildet. Wie in Fig. 6c gezeigt ist, wird auf der gesamten Oberfläche
Polysilicium abgeschieden und einem anisotropen Ätzen zum Ausbilden eines
ersten und eines zweiten Seiten-Gates 17 und 18 auf dem Gate-Isolierfilm 14
beiderseits des Grabens unterworfen, wobei ein Abschnitt des Gate-Isolierfilms
14 zwischen dem ersten und dem zweiten Gate 17 und 18 entfernt wird.
Außerdem werden der Nitridfilm 20 und das erste und das zweite Gate 17 und
18 beim zweiten Implantieren von Ionen (BF2) in dem freiliegenden
Halbleitersubstrat 11 zum Einstellen der Schwellspannung als Masken
verwendet, während auf den Oberflächen des ersten und des zweiten Seiten-
Gates 17 und 18 und des freiliegenden Halbleitersubstrats 11 wieder ein
Oxidfilm wachsen gelassen wird, um einen Haupt-Gate-Isolierfilm 16
auszubilden. Wie in Fig. 6d gezeigt ist, wird auf der gesamten Oberfläche des
Substrats einschließlich des Nitridfilms 20 und des Haupt-Gate-Isolierfilms 16
ein Haupt-Gate-Polysilicium abgeschieden und durch Photolithographie oder
direktes E-Strahl-Schreiben zum Ausbilden eines Haupt-Gates 15 wahlweise
entfernt. Außerdem wird auf der Oberfläche des Haupt-Gates 15 ein Oxidfilm
23 ausgebildet. Obgleich dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, wird
außerdem wie in Fig. 5g gezeigt eine Phosphorsäurelösung beim Entfernen des
Nitridfilms 20 verwendet, wobei das Haupt-Gate 15 und das erste und das
zweite Seiten-Gate 17 und 18 beim Implantieren von n-Störstellenionen in das
Halbleitersubstrat 11 zum Ausbilden von Source/Drain-Störstellengebieten 12
und 13 als Masken verwendet werden, womit die Herstellung eines 3-Gate-
Transistors abgeschlossen ist.
Allerdings gibt es bei der Strukturierung des Haupt-Gates 15 in der ersten und
in der zweiten Ausführungsform Fälle, in denen bei Verwendung der Photoli
thographie oder des direkten E-Strahl-Schreibens ein Ausrichten des Haupt-
Gates und der Seiten-Gates schwierig ist. In solchen Fällen kann das Haupt-
Gate in der in Fig. 7 gezeigten Selbstjustierung strukturiert werden.
Das heißt, beim Polieren des Polysiliciums 24 mittels CMP (chemisch-mechani
sches Polieren) bis zum Freilegen einer Oberfläche des Nitridfilms 20 unter
dem wie in Fig. 5e gezeigt auf der gesamten Oberfläche abgeschiedenen
Polysilicium 24 kann das Haupt-Gate 15 in Selbstjustierung ausgebildet
werden.
Wie erläutert wurde, besitzen der 3-Gate-MOSFET sowie das Verfahren zu
dessen Herstellung die folgenden Vorteile.
Zunächst kann durch Ausbilden des Grabens durch Photolithographie oder
mittels E-Strahl, durch Ausbilden der Seiten-Gates beiderseits des Grabens
und durch Ausbilden des Haupt-Gates zwischen den Seiten-Gates eine
effektive Kanallänge eines Haupt-Gates ausgebildet werden, die um die Länge
der zwei Seiten-Gates kürzer als eine Breite des Grabens ist. Durch Einstellen
einer Größe der als die Seiten-Gates verwendeten Seitenwände ist somit die
Herstellung eines MOSFETs mit einer sehr kurzen Kanallänge möglich.
Zweitens ermöglicht die selektive Kanalionenimplantation in das Haupt-Gate-
Gebiet und in die Seiten-Gate-Gebiete während eines Herstellungsverfahrens
der Vorrichtung eine Vielzahl von Einstellungen einer Substratstörstellenkon
zentration. Zum Beispiel kann zum Verhindern eines Durchgriffs vor der Aus
bildung des Seiten-Gates eine tiefe Ionenimplantation vorgenommen werden,
wobei die Seiten-Gates ausgebildet und als Ioneninjektionsmasken beim Aus
führen einer flachen Ioneninjektion nur in das Haupt-Gate verwendet werden
können, wobei somit die Schwellspannung eingestellt wird. Hierdurch können
die Schwellspannungen der Seiten-Gates und des Haupt-Gates einzeln einge
stellt werden. Insbesondere kann die Vorrichtung bei einer niedrigeren Seiten-
Gate-Vorspannung funktionsfähig gemacht werden, da die Schwellspannung
der Seiten-Gates niedriger gemacht werden kann. Da eine Störstellenkonzen
tration des Kanalgebiets um so niedriger wird, wenn es auf die Source/Drain-
Störstellen-Gebiete zugeht, können außerdem eine Intensität des elektrischen
Felds an einem Drain-Übergang sowie eine Übergangskapazität verringert wer
den.
Drittens kann der 3-Gate-Transistor durch Anlegen einer Vorspannung, die
höher als die Schwellspannung an den Seiten-Gates ist und hierdurch Inversi
onsschichten in den Seiten-Gate-Kanalgebieten ausbildet, als MOSFET mit sehr
flachen Source/Drain-Übergangstiefen verwendet werden, während er bei
Verwendung der drei Gates als Eingangsanschlüsse außerdem als 3-Eingangs-
NAND-Gatter verwendet werden kann. Falls eines der Seiten-Gate als schwe
bendes Gate ohne Anlegen einer Vorspannung verwendet wird, ist der 3-Gate-
Transistor bei Verwendung des anderen Seiten-Gates als Auswahl-Gate außer
dem als nichtflüchtiger Speicher wie etwa als EEPROM anwendbar.
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, daß an dem 3-Gate-Transistor und
an dem Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der Erfindung verschiedene
Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden können, ohne vom
Erfindungsgedanken oder vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Somit soll
die Erfindung sämtliche Modifikationen und Abänderungen umfassen, soweit
sie im Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Entsprechungen liegen.
Claims (10)
1. Transistor,
gekennzeichnet durch
ein erstes und ein zweites Seiten-Gate (17, 18), die in einem Abstand über einem Halbleitersubstrat (11) ausgebildet sind;
ein Haupt-Gate (15), das über dem Halbleitersubstrat (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18) ausgebildet ist und mit diesen überlappt;
einen Isolierfilm (14, 16), der zwischen dem ersten und dem zweiten Sei ten-Gate (17, 18), dem Haupt-Gate (15) und dem Halbleitersubstrat (11) sowie zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18) und dem Haupt- Gate (15) ausgebildet ist; und
Source/Drain-Störstellengebiete (12, 13), die in dem Halbleitersubstrat (11) beiderseits des ersten und des zweiten Seiten-Gates (17, 18) ausgebildet sind.
ein erstes und ein zweites Seiten-Gate (17, 18), die in einem Abstand über einem Halbleitersubstrat (11) ausgebildet sind;
ein Haupt-Gate (15), das über dem Halbleitersubstrat (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18) ausgebildet ist und mit diesen überlappt;
einen Isolierfilm (14, 16), der zwischen dem ersten und dem zweiten Sei ten-Gate (17, 18), dem Haupt-Gate (15) und dem Halbleitersubstrat (11) sowie zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18) und dem Haupt- Gate (15) ausgebildet ist; und
Source/Drain-Störstellengebiete (12, 13), die in dem Halbleitersubstrat (11) beiderseits des ersten und des zweiten Seiten-Gates (17, 18) ausgebildet sind.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt
sowohl des ersten als auch des zweiten Seiten-Gates (17, 18), der mit dem
Haupt-Gate (15) überlappt, abgerundet ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Transistors,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- 1. Abscheiden eines Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat (11) und Ausbilden eines Grabens zum Freilegen des Halbleitersubstrats (11);
- 2. Ausbilden zweier Seiten-Gates (17, 18) beiderseits des Grabens;
- 3. Ausbilden eines Haupt-Gates (15) über dem Halbleitersubstrat (11) zwischen den Seiten-Gates (17, 18); und
- 4. Entfernen des Isolierfilms und Verwenden des Haupt-Gates (15) und der Seiten-Gates (17, 18) als Masken beim Ausbilden von Source/Drain-Stör stellengebieten (12, 13) in dem Halbleitersubstrat (11) beiderseits der Seiten- Gates (17, 18).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm
einen Stapel aus einem Oxidfilm (19) und einem Nitridfilm (20) umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte: Injizieren von Ionen in das Halbleitersubstrat (11) zum Einstellen
einer Schwellspannung zum ersten Mal nach dem Schritt (1) und zum zweiten
Mal nach dem Schritt (2).
6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- 1. Ausbilden eines Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat (11) eines ersten Leitungstyps;
- 2. selektives Entfernen des Isolierfilms zum Freilegen des Halbleitersub strats (11) zum Ausbilden eines Grabens;
- 3. erstmaliges Implantieren von Ionen in das freiliegende Halbleitersub strat (11) zum Einstellen einer Schwellspannung und Ausbilden eines ersten Gate-Isolierfilms (14) auf einer Oberfläche des freiliegenden Halbleitersubstrats (11);
- 4. Ausbilden eines ersten und eines zweiten Seiten-Gates (17, 18) auf dem ersten Gate-Isolierfilm (14) beiderseits des Grabens;
- 5. Entfernen des ersten Gate-Isolierfilms (14) zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18) und zweitmaliges Injizieren von Ionen in das freiliegende Halbleitersubstrat (11) zum Einstellen der Schwellspannung;
- 6. Ausbilden eines zweiten Gate-Isolierfilms (16) auf den Oberflächen des ersten und des zweiten Seiten-Gates (17, 18) und des freiliegenden Halbleiter substrats (11);
- 7. Ausbilden eines Haupt-Gates (15) auf dem zweiten Gate-Isolierfilm (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18); und
- 8. Entfernen des Isolierfilms (20) und Ausbilden von Source/Drain-Stör stellengebieten (12, 13) in dem Halbleitersubstrat (11) beiderseits des ersten und des zweiten Seiten-Gates (17, 18).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (7)
die folgenden Schritte umfaßt: Ausbilden einer leitenden Schicht (24) auf der
gesamten Oberfläche des Substrats (11) und Entfernen der leitenden Schicht
(24) durch Photolithographie oder mittels E-Strahl, wobei die leitende Schicht
(24) zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18)
zurückgelassen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (7)
die folgenden Schritte umfaßt: Ausbilden einer leitenden Schicht (24) auf der
gesamten Oberfläche des Substrats und Entfernen der leitenden Schicht (24)
mittels CMP, bis eine Oberfläche des Isolierfilms (20) freiliegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Gate-Isolierfilm (14, 16) durch thermische Oxida
tion ausgebildet werden.
10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,
gekennzeichnet durch folgenden Schritte:
- 1. Ausbilden eines Pufferoxidfilms (19) und eines Nitridfilms (20) auf ei nem Halbleitersubstrat (11) eines ersten Leitungstyps;
- 2. selektives Entfernen des Pufferoxidfilms (19) und des Nitridfilms (20) zum Freilegen des Halbleitersubstrats (11) zum Ausbilden eines Grabens;
- 3. Ausbilden von Oxidfilm-Seitenwänden (22) an den Innenseiten der Wände des Grabens;
- 4. erstmaliges Implantieren von Ionen in das freiliegende Halbleitersub strat (11) zum Einstellen einer Schwellspannung und Ausbilden eines ersten Gate-Isolierfilms (14) auf einer Oberfläche des freiliegenden Halbleitersubstrats (11);
- 5. Ausbilden eines ersten und eines zweiten Seiten-Gates (17, 18) auf dem ersten Gate-Isolierfilm (14) beiderseits des Grabens;
- 6. Entfernen des ersten Gate-Isolierfilms (14) zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18) und zweitmaliges Injizieren von Ionen (BF2) in das freiliegende Halbleitersubstrat (11) zum Einstellen der Schwellspannung;
- 7. Ausbilden eines zweiten Gate-Isolierfilms (16) auf den Oberflächen des ersten und des zweiten Seiten-Gates (17, 18) und des freiliegenden Halbleiter substrats (11);
- 8. Ausbilden eines Haupt-Gates (15) auf dem zweiten Gate-Isolierfilm (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Seiten-Gate (17, 18);
- 9. Ausbilden eines Oxidfilms (23) auf einer Oberfläche des Haupt-Gates (15); und
- 10. Entfernen des Nitridfilms (20) mit Phosphorsäurelösung und Ausbil den von Source/Drain-Störstellengebieten (12, 13) in dem Halbleitersubstrat (11) beiderseits des ersten und des zweiten Seiten-Gates (17, 18).
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