DE102004064248B3 - Substrate with crystalline semiconductor regions with different properties - Google Patents
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Abstract
Substrat zur Herstellung von Transistorelementen mit: einer kristallinen Halbleiterschicht; einem ersten kristallinen Halbleitergebiet, das auf der kristallinen Halbleiterschicht gebildet ist und eine erste Eigenschaft aufweist, die eine kristallographische Orientierung und/oder eine Halbleitermaterialart und/oder eine intrinsische Verformung repräsentiert; einem zweiten kristallinen Halbleitergebiet, das auf der kristallinen Halbleiterschicht gebildet ist und eine zweite Eigenschaft, die sich von der ersten Eigenschaft unterscheidet, aufweist und eine kristallographische Orientierung und/oder eine Halbleitermaterialart und/oder eine intrinsische Verformung repräsentiert; und einer Flachgrabenisolationsstruktur, die lateral das erste und das zweite Halbleitergebiet trennt.A substrate for producing transistor elements comprising: a crystalline semiconductor layer; a first crystalline semiconductor region formed on the crystalline semiconductor layer and having a first characteristic representing a crystallographic orientation and / or a semiconductor material type and / or an intrinsic deformation; a second crystalline semiconductor region formed on the crystalline semiconductor layer and having a second property different from the first characteristic and representing a crystallographic orientation and / or a semiconductor material type and / or an intrinsic deformation; and a shallow trench isolation structure laterally separating the first and second semiconductor regions.
Description
GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGFIELD OF THE PRESENT INVENTION
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Substraten mit kristallinen Halbleitergebieten mit unterschiedlichen Eigenschaften, etwa unterschiedlichen Ladungsträgerbeweglichkeiten in Kanalgebieten von Feldeffekttransistoren.In general, the present invention relates to the fabrication of integrated circuits, and more particularly to the fabrication of substrates having crystalline semiconductor regions having different characteristics, such as different charge carrier mobilities in channel regions of field effect transistors.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART
Die Herstellung integrierter Schaltungen erfordert das Bilden einer großen Anzahl von Schaltungselementen auf einer gegebenen Chipfläche gemäß einem spezifizierten Schaltungsentwurf. Im Allgemeinen werden mehrere Prozesstechnologien gegenwärtig angewendet, wobei für komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips und dergleichen, die MOS-Technologie gegenwärtig der vielversprechendste Ansatz auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder die Leistungsaufnahme und/oder die Kosteneffizienz ist. Während der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Einsatz der MOS-Technologie werden Millionen von Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und/oder p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat ausgebildet, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein MOS-Transistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte PN-Übergänge, die durch eine Grenzfläche stark dotierter Drain- und Sourcegebiete mit einem invers dotierten Kanalgebiet gebildet werden, das zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. die Stromtreiberfähigkeit des leitenden Kanals, wird durch eine Gateelektrode gesteuert, die über dem Kanalgebiet ausgebildet und davon durch eine dünne Isolierschicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets bei der Ausbildung eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine gegebene Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen dem Source- und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Somit bestimmt in Verbindung mit der Fähigkeit, rasch einen leitenden Kanal unterhalb der Isolierschicht beim Anlegen der Steuerspannung an die Gateelektrode zu bilden, die Leitfähigkeit des Kanalgebiets im Wesentlichen das Verhalten der MOS-Transistoren. Somit macht das Verringern der Kanallänge – und einhergehend damit die Verringerung des Kanalwiderstands – die Kanallänge zu einem wesentlichen Entwurfskriterium zum Erreichen einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit der integrierten Schaltungen.The fabrication of integrated circuits requires the formation of a large number of circuit elements on a given chip area according to a specified circuit design. In general, multiple process technologies are currently used, with MOS technology currently being the most promising approach for complex circuits, such as microprocessors, memory chips, and the like, due to their good performance in terms of operating speed and / or power consumption and / or cost effectiveness. During the fabrication of complex integrated circuits using MOS technology, millions of transistors, i. H. n-channel transistors and / or p-channel transistors, formed on a substrate having a crystalline semiconductor layer. Regardless of whether an n-channel transistor or a p-channel transistor is considered, a MOS transistor includes PN junctions formed by an interface of heavily doped drain and source regions with an inversely doped channel region disposed between the drain region and the drain region the source region is arranged. The conductivity of the channel region, i. H. the current driving capability of the conductive channel is controlled by a gate electrode formed over the channel region and separated therefrom by a thin insulating layer. The conductivity of the channel region in the formation of a conductive channel due to the application of a suitable control voltage to the gate electrode depends on the dopant concentration, the mobility of the carriers and, for a given dimension of the channel region in the transistor width direction, the distance between the source and the channel Drain area, which is also referred to as channel length. Thus, in conjunction with the ability to rapidly form a conductive channel beneath the insulating layer upon application of the control voltage to the gate electrode, the conductivity of the channel region substantially determines the performance of the MOS transistors. Thus, reducing the channel length - and, concomitantly reducing the channel resistance - makes the channel length an essential design criterion for achieving a higher integrated circuit operating speed.
Die ständige Größenreduzierung der Transistoren zieht jedoch eine Reihe damit verknüpfter Probleme nach sich, die es zu lösen gilt, um nicht die durch das stetige Verringern der Kanallänge von MOS-Transistoren erreichten Vorteile einzubüßen. Ein wichtiges Problem in dieser Hinsicht ist die Entwicklung verbesserter Photolithographie- und Ätzstrategien, um in zuverlässiger und reproduzierbarer Weise Schaltungselemente mit kritischen Abmessungen, etwa die Gateelektroden der Transistoren, für eine neue Bauteilgeneration herzustellen. Des weiteren sind äußerst anspruchsvolle Dotierstoffprofile in der vertikalen Richtung sowie auch in der lateralen Richtung in den Drain- und Sourcegebieten erforderlich, um einen geringen Schicht- und Kontaktwiderstand in Verbindung mit einer gewünschten hohen Kanalsteuerbarkeit zu gewährleisten. Des weiteren stellt die vertikale Position der PN-Übergänge in Bezug auf die Gateisolationsschicht ebenso ein wichtiges Entwurfskriterium im Hinblick auf die Steuerung der Leckströme dar. Daher erfordert das Verkleinern der Kanallänge auch eine Verringerung der Tiefe der Drain- und Sourcegebiete in Bezug auf die Grenzfläche, die von der Gateisolationsschicht und dem Kanalgebiet gebildet wird, wodurch anspruchsvolle Implantationstechniken erforderlich sind. Gemäß anderer Lösungsansätze werden epitaktisch gewachsene Gebiete mit einem spezifizierten Versatz zu der Gateelektrode gebildet, die als erhöhte Drain- und Sourcegebiete bezeichnet werden, um eine erhöhte Leitfähigkeit der erhöhten Drain- und Sourcegebiete zu gewährleisten, wobei gleichzeitig ein flacher PN-Übergang in Bezug auf die Gateisolationsschicht beibehalten wird.However, the constant size reduction of the transistors entails a number of associated problems which need to be addressed so as not to lose the benefits achieved by continuously reducing the channel length of MOS transistors. An important problem in this regard is the development of improved photolithography and etching strategies to reliably and reproducibly produce circuit elements of critical dimensions, such as the gate electrodes of the transistors, for a new device generation. Furthermore, extremely sophisticated dopant profiles in the vertical direction as well as in the lateral direction in the drain and source regions are required in order to ensure a low layer and contact resistance in conjunction with a desired high channel controllability. Furthermore, the vertical position of the PN junctions with respect to the gate insulating layer also constitutes an important design criterion with regard to the control of the leakage currents. Therefore, reducing the channel length also requires a reduction in the depth of the drain and source regions with respect to the interface, which is formed by the gate insulating layer and the channel region, which requires sophisticated implantation techniques. According to other approaches, epitaxially grown regions are formed with a specified offset to the gate electrode, referred to as elevated drain and source regions, to provide increased conductivity of the elevated drain and source regions, while maintaining a shallow PN junction with respect to the drain Gate insulation layer is maintained.
Da die stetige Verringerung der kritischen Abmessungen, d. h. der Gatelänge der Transistoren, das Anpassen und möglicherweise die Neuentwicklung äußerst komplexer Prozesstechniken im Hinblick auf die zuvor genannten Prozessschritte erfordert, wurde auch vorgeschlagen, das Leistungsvermögen der Transistorelemente auch zu verbessern, indem die Ladungsträgerbeweglichkeit in dem Kanalgebiet für eine vorgegebene Kanallänge erhöht wird, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, eine Verbesserung des Leistungsvermögens zu erreichen, das vergleichbar ist mit dem Fortschreiten zur einer künftigen Technologie, während gleichzeitig viele der zuvor genannten Prozessanpassungen, die mit einer Größenreduzierung der Bauteile verknüpft sind, vermieden werden können. Im Prinzip können zumindest zwei Mechanismen kombiniert oder separat angewendet werden, um die Beweglichkeit der Ladungsträger in dem Kanalgebiet zu erhöhen. Erstens, die Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet kann verringert werden, wodurch Streuereignisse der Ladungsträger verringert und damit die Leitfähigkeit erhöht wird. Das Verringern der Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet beeinflusst jedoch nachhaltig die Schwellwertspannung des Transistorbauelements, wodurch eine Verringerung der Dotierstoffkonzentration gegenwärtig ein wenig attraktiver Ansatz ist, sofern nicht andere Mechanismen entwickelt werden, um eine gewünschte Schwellwertspannung einzustellen. Zweitens, die Gitterstruktur, typischerweise eine (100) Oberflächenorientierung in dem Kanalgebiet kann durch beispielsweise Erzeugen von Zugspannung und Druckspannung modifiziert werden, um eine entsprechende Verformung in dem Kanalgebiet zu erzeugen, die zu einer modifizierten Beweglichkeit für Elektronen bzw. Löcher führt. Beispielsweise erhöht das Erzeugen einer Zugverformung in dem Kanalgebiet die Beweglichkeit von Elektronen, wobei, abhängig von der Größe und der Richtung der Zugverformung, ein Anstieg der Beweglichkeit von 120% oder mehr erreichbar ist, was sich wiederum direkt in einer entsprechenden Erhöhung der Leitfähigkeit ausdrückt. Andererseits kann eine Druckverformung in dem Kanalgebiet die Beweglichkeit von Löchern erhöhen, wodurch die Möglichkeit geboten wird, das Leistungsvermögen von p-Transistoren zu verbessern. Das Einführen einer Spannungs- oder Verformungsprozesstechnologie in die Herstellung integrierter Schaltungen ist ein äußerst vielversprechender Ansatz für weitere Bauteilgenerationen, da beispielsweise verformtes Silizium als eine „neue” Art von Halbleitermaterial betrachtet werden kann, das die Herstellung äußerst leistungsfähiger Halbleiterbauelemente ermöglicht, ohne dass teuere Halbleitermaterialien und Herstellungstechniken erforderlich sind.Since the continuous reduction of the critical dimensions, ie the gate length of the transistors, requires the adaptation and possibly the development of extremely complex process techniques with regard to the aforementioned process steps, it has also been proposed to improve the performance of the transistor elements also by increasing the charge carrier mobility in the channel region for a given channel length, thereby providing the opportunity to achieve performance improvement comparable to the progression to future technology while avoiding many of the aforementioned process adjustments associated with size reduction of the components can. In principle, at least two mechanisms can be combined or applied separately to increase the mobility of the carriers in the channel region. First, the dopant concentration in the channel region can be reduced, thereby reducing charge carrier scattering events and thereby increasing conductivity. However, reducing the dopant concentration in the channel region has a lasting effect on the threshold voltage of the channel Transistor device, whereby a reduction of the dopant concentration is currently a less attractive approach, unless other mechanisms are developed to set a desired threshold voltage. Second, the lattice structure, typically a (100) surface orientation in the channel region, may be modified by, for example, generating strain and compressive stress to create a corresponding strain in the channel region resulting in modified mobility for holes. For example, creating a tensile strain in the channel region increases the mobility of electrons, and depending on the size and direction of the tensile strain, an increase in mobility of 120% or more can be achieved, which in turn translates directly into a corresponding increase in conductivity. On the other hand, compression strain in the channel region can increase the mobility of holes, thereby providing the opportunity to improve the performance of P-type transistors. The introduction of voltage or strain process technology into integrated circuit fabrication is a highly promising approach to further generations of devices since, for example, deformed silicon can be considered a "new" type of semiconductor material that enables the fabrication of very high performance semiconductor devices without the need for expensive semiconductor materials and devices Manufacturing techniques are required.
Daher wurde vorgeschlagen, beispielsweise eine Silizium/Germaniumschicht oder eine Silizium/Kohlenstoffschicht in oder unterhalb des Kanalgebiets vorzusehen, um eine Zugspannung oder Druckspannung zu erzeugen, die zu einer entsprechenden Verformung führt. Obwohl das Transistorleistungsverhalten deutlich durch das Vorsehen der spannungserzeugenden Schichten in oder unterhalb des Kanalgebiets verbessert werden kann, so ist doch ein erheblicher Aufwand erforderlich, um die Herstellung entsprechender Spannungsschichten in die konventionelle und gut erprobte MOS-Technologie zu implementieren. Beispielsweise müssen zusätzliche epitaktische Wachstumstechniken entwickelt und in den Prozessablauf integriert werden, um die germanium- oder kohlenstoffenthaltenden Spannungsschichten an geeigneten Positionen in oder unterhalb des Kanalgebiets zu bilden. Daher wird die Prozesskomplexität deutlich erhöht, wodurch auch Produktionskosten ansteigen und die Gefahr für eine Verringerung der Produktionsausbeute wächst.It has therefore been proposed to provide, for example, a silicon / germanium layer or a silicon / carbon layer in or below the channel region to generate a tensile stress or compressive stress which results in a corresponding deformation. While transistor performance can be significantly improved by providing the voltage generating layers in or below the channel region, considerable effort is required to implement the fabrication of corresponding stress layers into conventional and well-proven MOS technology. For example, additional epitaxial growth techniques must be developed and integrated into the process flow to form the germanium or carbon containing stress layers at appropriate positions in or below the channel region. Therefore, the process complexity is significantly increased, which also increases production costs and increases the risk for a reduction in production yield.
Daher wird in anderen Lösungsansätzen eine externe Spannung, die beispielsweise durch darüber liegende Schichten, Abstandselemente und dergleichen erzeugt wird, angewendet in dem Versuch, eine gewünschte Verformung innerhalb des Kanalgebiets zu erzeugen. Der Prozess zum Erzeugen der Verformung in dem Kanalgebiet durch Ausüben einer spezifizierten externen Spannung krankt jedoch an einer äußerst ineffizienten Umsetzung der externen Spannung zu einer Verformung in dem Kanalgebiet, da das Kanalgebiet stark an die vergrabene isolierende Schicht in SOI-(Silizium auf Isolator)Bauelementen oder an das verbleibende Siliziumvolumen in Vollsubstratbauelementen gekoppelt ist. Obwohl daher deutliche Vorteile gegenüber dem zuvor erläuterten Ansatz erreicht werden, der zusätzliche Spannungsschichten innerhalb des Kanalgebiets erfordert, so macht die moderat geringe Verformung, die durch den zuletzt genannten Ansatz erreicht wird, diesen wenig attraktiv.Therefore, in other approaches, external stress generated by, for example, overlying layers, spacers, and the like is used in an attempt to create a desired strain within the channel region. However, the process of creating the strain in the channel region by applying a specified external voltage suffers from extremely inefficient conversion of the external voltage to strain in the channel region because the channel region strongly adjoins the buried insulating layer in SOI (silicon on insulator) devices or coupled to the remaining silicon volume in bulk substrate devices. Thus, although significant advantages over the previously discussed approach are achieved, requiring additional stress layers within the channel region, the moderately low strain achieved by the latter approach makes it less attractive.
In jüngerer Zeit wurde vorgeschlagen, sogenannte Substrate mit Hybridorientierung bereitzustellen, die Siliziumgebiete mit zwei unterschiedlichen Orientierungen enthalten, d. h. eine (100) Oberflächenorientierung und eine (110) Oberflächenorientierung auf Grund der gut bekannten Tatsache, dass die Löcherbeweglichkeit in (110) Silizium entlang der <110> Richtung maximal ist und ungefähr das 2,5-fache der Beweglichkeit in (100) Silizium beträgt. Somit kann durch Vorsehen eines (110) Kanalgebiets für p-Kanaltransistoren in CMOS-Schaltungen bei Beibehaltung der (100) Orientierung, die eine hohe Elektronenbeweglichkeit in den Kanalgebieten der n-Transistoren liefert, das Leistungsvermögen von Schaltungen, die beide Arten von Transistoren enthalten, für eine vorgegebene Transistorarchitektur deutlich verbessert werden, da beispielsweise die Elektronenbeweglichkeit in einer (100) Ebene entlang einer <110> Richtung maximal ist.More recently, it has been proposed to provide so-called hybrid orientation substrates containing silicon regions with two different orientations, i. H. a (100) surface orientation and a (110) surface orientation due to the well-known fact that the hole mobility in (110) silicon is maximum along the <110> direction and about 2.5 times the mobility in (100) silicon , Thus, by providing a (110) channel region for p-channel transistors in CMOS circuits while maintaining the (100) orientation providing high electron mobility in the channel regions of the n-type transistors, the performance of circuits containing both types of transistors can be achieved. are significantly improved for a given transistor architecture, since, for example, the electron mobility in a (100) plane along a <110> direction is maximum.
Das Substrat
Obwohl das konventionelle Substrat
Die
Angesichts der zuvor beschriebenen Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Technik bereitzustellen, die es ermöglicht, Halbleitergebiete mit unterschiedlichen Eigenschaften, etwa unterschiedlichen Orientierungen, bereitzustellen, wobei Auswirkungen eines oder mehrerer der zuvor erkannten Probleme vermieden oder zumindest verringert werden.In view of the situation described above, it is the object of the present invention to provide an improved technique which makes it possible to provide semiconductor regions with different properties, such as different orientations, avoiding or at least reducing the effects of one or more of the problems identified above.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNGOVERVIEW OF THE INVENTION
Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die das Herstellen von Halbleitersubstraten mit Halbleitergebieten ermöglicht, die sich in der kristallographischen Orientierung und/oder inhärenten Verformung und/oder der Art des Halbleitermaterials unterscheiden. In speziellen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die die Herstellung siliziumbasierter Substrate mit Vollsubstrateigenschaften ermöglicht, die darauf ausgebildete kristalline Gebiete mit unterschiedlichen kristallographischen Orientierungen aufweisen. Folglich zeigen Halbleiterbauelemente, die auf derartigen Substraten hergestellt werden, bessere Leistungseigenschaften, wobei eine gemeinsame Transistorarchitektur für Vollsubstratbauelemente für alle Transistorbauelemente verwendet werden können, wodurch deutlich die Produktionseffizienz bei geringerem Aufwand im Anpassen und Entwickeln von Herstellungsprozessen und Messschritten im Vergleich zu konventionellen Lösungen verbessert wird, die von einem Substrat mit Hybridorientierung ausgehen, die sowohl SOI- als auch Volumentransistorarchitekturen erfordern.In general, the present invention is directed to a technique that enables the fabrication of semiconductor substrates having semiconductor regions that differ in crystallographic orientation and / or inherent strain and / or type of semiconductor material. In particular embodiments, the present invention is directed to a technique that enables the preparation of silicon-based substrates having full substrate properties having crystalline regions formed thereon with different crystallographic orientations. Consequently, semiconductor devices fabricated on such substrates exhibit better performance characteristics, and a common transistor architecture for bulk substrate devices can be used for all transistor devices, thereby significantly improving production efficiency with less effort in adjusting and developing manufacturing processes and measurement steps compared to conventional solutions, emanating from a hybrid orientation substrate requiring both SOI and bulk transistor architectures.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.The object of the present invention is achieved by the device according to claim 1.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:Further embodiments of the present invention are defined in the appended claims and will become more apparent from the following detailed description when considered with reference to the accompanying drawings, in which:
DETAILLLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Erfinder, dass die Probleme bei der Herstellung und bei den Messprozessen, die sich aus konventionellen Substraten mit Hybridorientierung ergeben, deutlich verringert werden können, indem ein Substrat mit Halbleitergebieten mit unterschiedlichen Eigenschaften bereitgestellt wird, die auf einer kristallinen Halbleiterschicht gebildet werden. Auf diese Weise liefert das Substrat eine Konfiguration, wie sie typischerweise in Vollsubstratbauelementen angetroffen wird, wodurch der Aufwand beim Anpassen bestehender Prozesstechnologien und Messprozeduren und bei der Entwicklung neuer Herstellungstechniken im Vergleich zu konventionellen Lösungen, die Prozess- und Messtechniken sowohl für SOI-Bauelemente als auch für Vollsubstratbauelemente erfordern, verringert werden kann. Zu diesem Zwecke können moderne Scheibenverbundtechniken verwendet werden, um zunächst ein gemeinsames Substrat mit zwei kristallinen Halbleitergebieten unterschiedlicher Eigenschaften zu bilden, etwa mit unterschiedlicher kristallographischer Orientierung, die direkt miteinander in Kontakt sind. Auf der Grundlage dieses volumensubstratartigen Trägers kann eine Öffnung in der oberen kristallinen Schicht so gebildet werden, um damit einen Teil der unteren kristallinen Schicht mit gewünschter Größe und Form freizulegen. Danach kann der freigelegte Bereich als eine „Wachstumsschablone” während eines Epitaxieprozesses verwendet werden.The present invention is based on the knowledge of the inventors that the manufacturing and measurement process problems resulting from conventional hybrid orientation substrates can be significantly reduced by providing a substrate having semiconductor regions with different properties based on a crystalline Semiconductor layer can be formed. In this way, the substrate provides a configuration as typically in To reduce the overhead of customizing existing process technologies and measurement procedures and developing new fabrication techniques as compared to conventional solutions that require process and measurement techniques for both SOI devices and bulk substrate devices. For this purpose, modern disc bonding techniques can be used to first form a common substrate with two crystalline semiconductor regions of different properties, such as different crystallographic orientations that are in direct contact with one another. On the basis of this bulk substrate-like support, an opening in the upper crystalline layer can be formed so as to expose a part of the lower crystalline layer of a desired size and shape. Thereafter, the exposed area may be used as a "growth template" during an epitaxy process.
Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung sich in speziellen Ausführungsformen auf siliziumbasierte Substrate bezieht, da der Großteil komplexer Schaltungen gegenwärtig als CMOS-Schaltung auf der Grundlage von Silizium hergestellt wird und diese Entwicklung in der nahen Zukunft auf Grund der deutlichen Kostenvorteile im Vergleich zu anderen Technologien andauern wird. Insbesondere sind Substrate auf Siliziumbasis mit einer (110) und einer (100) Orientierung äußerst vorteilhaft bei der Herstellung von CMOS-Bauelementen, da die zuerst genannte Orientierung eine erhöhte Löcherbeweglichkeit ergibt, während die zuletzt genannte Orientierung eine bessere Elektronenbeweglichkeit aufweist. Daher beziehen sich spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf siliziumbasierte Substrate mit einem darin gebildeten Halbleitergebiet mit einer (110) Orientierung und einer (100) Orientierung. Es sollte jedoch bedacht werden, dass andere halbleiterspezifische Eigenschaften, etwa die verwendete Halbleitermaterialart und/oder deren intrinsische Verformung ebenso deutlich das Leistungsvermögen von Schaltungselementen, die in derartigen Gebieten gebildet sind, beeinflussen können. Beispielsweise kann die Herstellung von Silizium/Germaniumhalbleitergebieten oder Silizium/Kohlenstoffhalbleitergebieten auf einem Siliziumgebiet oder umgekehrt zu einer spezifizierten intrinsischen Verformung führen, wodurch auch die Ladungsträgerbeweglichkeit beeinflusst wird. In anderen Fällen können unterschiedliche Halbleitermaterialien in einer lokalisierten Weise innerhalb eines einzelnen Substrats angeordnet werden, um damit Bauteileigenschaften entsprechend den speziellen Erfordernissen anzupassen. Daher sollten die Eigenschaften eines Halbleitermaterials, wenn auf diese in dieser Anmeldung hingewiesen wird, in dieser breiten Sichtweise gesehen werden, sofern nicht in speziellen Ausführungsformen und in den Patentansprüchen explizit auf die kristallographische Orientierung verwiesen ist.With reference to the accompanying drawings, further illustrative embodiments of the present invention will now be described in more detail. It should be noted that the present invention relates to silicon-based substrates in specific embodiments, as the majority of complex circuits are currently fabricated as silicon-based CMOS circuitry and this development in the near future due to the significant cost advantages compared to other technologies will continue. In particular, silicon-based substrates having a (110) and a (100) orientation are extremely advantageous in the fabrication of CMOS devices since the former orientation gives increased hole mobility while the latter orientation has better electron mobility. Therefore, specific embodiments of the present invention relate to silicon-based substrates having a semiconductor region formed therein having a (110) orientation and a (100) orientation. However, it should be appreciated that other semiconductor-specific characteristics, such as the type of semiconductor material used and / or its intrinsic deformation, can also affect significantly the performance of circuit elements formed in such regions. For example, the fabrication of silicon germanium semiconductor regions or silicon / carbon semiconductor regions in a silicon region, or vice versa, may result in a specified intrinsic deformation, thereby also affecting carrier mobility. In other cases, different semiconductor materials may be arranged in a localized manner within a single substrate to thereby adjust device properties according to the particular requirements. Therefore, the properties of a semiconductor material, if referred to in this application, should be viewed in this broad perspective, unless explicitly referenced in crystallographic orientation in specific embodiments and in the claims.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform wird das Substrat
In anderen Ausführungsformen kann das Substrat
Es gilt also: das Substrat
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann die Maskenschicht
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann der Epitaxiewachstumsprozess
Nach dem Abschluss des epitaktischen Wachstumsprozesses
Ferner können die Gebiete
Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit, die die Herstellung von „vollsubstratartigen” Trägern ermöglicht, die kristalline Halbleitergebiete mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten, insbesondere mit unterschiedlichen kristallographischen Orientierungen, wodurch die Möglichkeit der Herstellung von Halbleiterbauelementen auf der Grundlage einer einzelnen Transistorarchitektur ermöglicht wird. Auf diese Weise können bestehende Prozesstechniken und Messverfahren und auch zukünftige Entwicklungen für Prozesstechniken und Messverfahren, die in äußerst modernen Halbleiterbauelementen einzusetzen sind, die Halbleitergebiete mit unterschiedlichen Eigenschaften erfordern, deutlich vereinfacht werden im Vergleich zu konventionellen Lösungen. Dafür können fortschrittliche Scheibenverbundtechniken vorteilhaft eingesetzt werden, um zwei Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften in direktem Kontakt zueinander herzustellen, die dann so weiterbearbeitet werden können, um das erforderliche Halbleitervollsubstrat mit unterschiedlichen kristallographischen Eigenschaften zu erhalten.Thus, the present invention provides a technique that enables the fabrication of "all-substrate" carriers containing crystalline semiconductor regions having different properties, particularly different crystallographic orientations, thereby enabling the possibility of fabricating semiconductor devices based on a single transistor architecture becomes. In this way, existing process techniques and measurement techniques as well as future developments for process techniques and measurement techniques to be used in state-of-the-art semiconductor devices that require semiconductor regions with different characteristics can be significantly simplified compared to conventional solutions. For this, advanced disc bonding techniques can be advantageously used to make two semiconductor layers having different properties in direct contact with each other, which can then be further processed to obtain the required bulk semiconductor substrate having different crystallographic properties.
Claims (7)
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US5384473A (en) * | 1991-10-01 | 1995-01-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor body having element formation surfaces with different orientations |
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2004
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