DE102005009023A1 - Gateelektrodenstruktur und Transistor mit asymmetrischen Abstandselementen und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

Gateelektrodenstruktur und Transistor mit asymmetrischen Abstandselementen und Verfahren zum Herstellen derselben Download PDF

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Abstract

Es werden Verfahren zum Bilden asymmetrische Gatestrukturen, die asymmetrische Abstandselemente aufweisen, die an den gegenüberliegenden Seiten einer Gateelektrode angeordnet sind, bereitgestellt. Die asymmetrischen Gatestrukturen werden eingesetzt, um asymmetrische Halogebiete und Erweiterungsgebiete eines Feldeffekttransistors unter Verwendung von symmetrischen Source/Drain-Implantationsschemata zu bilden oder um die Effektivität asymmetrischer Implantationsschemata weiter zu verbessern. Das Transistorverhalten für eine gegebene grundlegende Transistorarchitektur kann wesentlich verbessert werden. Insbesondere kann an der Sourceseite ein großes Überlappungsgebiet mit einem steilen Konzentrationsgradienten auf Grund des Vorsehens eines Halogebietes gebildet werden, wohingegen die Drain-Überlappung deutlich verringert oder sogar vollständig vermieden werden kann, um das Transistorverhalten weiter zu verbessern.

Description

  • Gebiet der vorliegenden Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere den Aufbau einzelner Feldeffekttransistorelemente, um deren Leistung zu verbessern.
  • Integrierte Schaltungen enthalten typischerweise eine große Anzahl einzelner Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen. Diese einzelnen Schaltungselemente sind entsprechend dem gewünschten Schaltungsentwurf elektrisch durch entsprechende Leitungen verbunden, die hauptsächlich in separaten „Verdrahtungs-" Schichten ausgebildet sind, die typischerweise als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Um die Leistungsfähigkeit der integrierten Schaltung zu verbessern, wird typischerweise die Anzahl der einzelnen Schaltungselemente erhöht, wodurch eine komplexere Funktion der Schaltung erreicht wird, wobei damit einhergehend die Strukturgrößen der einzelnen Schaltungselemente verringert werden. Im Allgemeinen werden eine Vielzahl von Prozesstechnologien gegenwärtig eingesetzt, wobei für Logikschaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips und dergleichen, die CMOS-Technologie gegenwärtig die vielversprechendste Lösung auf Grund der besseren Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit, die Herstellungskosten und/oder die Leistungsaufnahme ist. Während der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung der CMOS-Technologie werden Millionen von komplementären Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren, in und auf einem geeigneten kristallinen Halbleitermaterial hergestellt, wobei gegenwärtig der größte Anteil der Logikschaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt wird. Typischerweise enthält ein MOS-Transistor, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte PN-Übergänge, die an einer Grenzfläche stark dotierter Drain- und Sourcegebiete mit einem Kanalgebiet gebildet sind, das zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet ist, wobei das Kanalgebiet zumindest teilweise invers im Vergleich zu dem Drain- und Sourcegebiet dotiert ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, die eine wesentliche Bauteileigenschaft darstellt, da die geringere Stromtreiberfähigkeit größenreduzierter Bauelemente zumindest teilweise durch eine erhöhte Leitfähigkeit zu kompensieren ist, wird durch eine Gateelektrode gesteuert, die über dem Kanalgebiet ausgebildet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets hängt von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine vorgegebene Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Das Transistorverhalten wird zusätzlich zu der Leitfähigkeit auch deutlich von der Fähigkeit beeinflusst, schnell einen leitenden Kanal in dem Kanalgebiet beim Anlegen einer spezifizierten Steuerspannung an die Gateelektrode zu bilden, da für gewöhnlich die Transistoren in einem geschalteten Modus betrieben werden, wobei ein rascher Übergang von dem leitenden Zustand des Transistors in den gesperrten Zustand des Transistors und umgekehrt erforderlich ist. Des weiteren müssen andere Aspekte ebenso in Betracht gezogen werden, wenn ein Transistor für eine Schaltung mit hoher Leistungsfähigkeit entworfen wird. Beispielsweise können statische und dynamische Leckströme deutlich das Gesamtverhalten einer integrierten Schaltung beeinflussen, da der erreichbare Betrag an Wärmeabfuhr, die für Transistorarchitekturen erforderlich ist, die hohe dynamische und/oder statische Leckströme hervorrufen, die maximale praktikable Betriebsfrequenz beschränken können.
  • Mit Bezug zu 1 wird nunmehr eine typische Transistorarchitektur eines Feldeffekttransistorelements detaillierter beschrieben, um deutlicher einige der Probleme zu erläutern, die bei gegenwärtig verwendeten Transistorkonzepten angetroffen werden. In 1 umfasst ein Transistorelement 100 ein Substrat 101, das ein Halbleitervollsubstrat, etwa ein Siliziumsubstrat, oder ein beliebiges anderes Substrat repräsentieren kann, das darauf eine kristalline Halbleiterschicht aufweist, die typischerweise auf der Grundlage von Silizium für Logikschaltungen hergestellt werden kann. Das Substrat 101 kann somit als ein Substrat betrachtet werden, das darauf ausgebildet ein im Wesentlichen kristallines Halbleitergebiet 102 aufweist, in welchem ein Draingebiet 104 mit einem sogenannten Erweiterungsgebiet 104e ausgebildet ist. Des weiteren ist ein Sourcegebiet 103 in dem kristallinen Gebiet 102 gebildet und enthält ein Erweiterungsgebiet 103e. Der Bereich, der zwischen den Erweiterungsgebieten 103e und 104e angeordnet ist, wird als ein Kanalgebiet 105 bezeichnet, da hier typischerweise ein leitender Kanal während des leitenden Zustands des Transistors 100 erzeugt wird, wie dies später beschrieben wird. Über dem Kanalgebiet 105 ist eine Gateelektrodenstruktur 106 angeordnet, die eine Gateelektrode 107 und Seitenwandabstandselemente 108 enthält. Ferner ist eine Gateisolationsschicht 109 zwischen der Gateelektrode 107 und dem Halbleitergebiet 102 vorgesehen, um die Gateelektrode 107 elektrisch von leitenden Gebieten innerhalb des kristallinen Halbleitergebiets 102 zu isolieren. Im Hinblick auf die Gestaltung und die Materialzusammensetzung der Gateelektrodenstruktur 106 gilt es anzumerken, dass die Gateelektrode 107 im Prinzip als eine Leitung betrachtet werden kann, deren „Breiten" Abmessung als Gatelänge 107a bezeichnet wird, wohingegen die „Länge" der Leitung, die sich in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene erstreckt, als die Gate-Breite (in 1 nicht gezeigt) bezeichnet wird. Die Gateelektrode 107 kann aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein und ist typischerweise in modernen integrierten Schaltungen auf Siliziumbasis aus stark dotiertem Polysilizium in Verbindung mit einem äußerst leitfähigen Metallsilizid, etwa Nickelsilizid, Kobaltsilizid, und dergleichen gebildet. Abhängig von der Prozessstrategie und den Entwurfskriterien können jedoch auch andere Materialien, etwa Metalle verwendet werden. Häufig weist die Gateelektrodenstruktur 106 Seitenwandabstandselemente 108 auf, die in Abhängigkeit der Prozessstrategien ein oder mehrere einzelne Abstandselemente und Beschichtungen aufweisen, wobei der Einfachheit halber lediglich eine Beschichtung 108a, die beispielsweise Siliziumdioxid aufweist, und ein Abstandselement 108, das beispielsweise Siliziumnitrid aufweist, gezeigt sind. Die Gateisolationsschicht 109 kann aus einem beliebigen geeigneten isolierenden Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und/oder Materialien mit großem ε aufgebaut sein, um damit die erforderliche elektrische Isolation zu gewährleisten, während eine hohe kapazitive Ankopplung an das Kanalgebiet 105 beibehalten wird. Somit ist für gut bewährte Gateisolationsschichten auf Siliziumdioxidbasis eine Dicke der Gateisolationsschicht 109 von der Größenordnung einiger Nanometer, beispielsweise 2nm und weniger, wodurch moderat hohe statische Leckströme hervorgerufen werden, die sich auf bis zu ungefähr 30% oder mehr der gesamten elektrischen Verluste moderner Transistorelemente belaufen können. Andere Transistoreigenschaften, etwa die Schaltverluste und dergleichen, werden später erläutert, wenn ein typischer Prozessablauf zur Herstellung des Transistors 100 erläutert wird.
  • Während des Herstellungsprozesses wird das Substrat 101 so behandelt, um das Halbleitergebiet 102 mit hoher kristalliner Qualität zu bilden, was durch epitaktisches Aufwachsen und dergleichen erreicht werden kann. Danach werden Photolithographie-, Ätz- und Abscheidprozesse ausgeführt, um die Abmessungen des Halbleitergebiets 102 durch Bereitstellen geeigneter Isolationsstrukturen (nicht gezeigt) zu definieren. Danach können Implantationssequenzen so ausgeführt werden, um ein oder mehrere Dotierstoffe in dem kristallinen Halbleitergebiet 102 zu positionieren, um damit ein spezifiziertes vertikales Dotierstoffprofil (nicht gezeigt) in dem Gebiet 102 herzustellen, das schließlich zu einem spezifizierten vertikalen Dotierstoffprofil in dem Kanalgebiet 105 führt. Als nächstes werden Materialschichten für die Gateisolationsschicht 109 und die Gateelektrode 107 beispielsweise durch moderne Oxidations- und/oder Abscheidetechniken für die Gateisolationsschicht und durch moderne chemische Dampfabscheidung (CVD) bei geringem Druck für eine polykristalline Siliziumschicht als ein Gateelektrodenmaterial gebildet. Danach werden äußerst anspruchsvolle Photolithographie- und Ätztechniken angewendet, um das Gateelektrodenmaterial und die Gateisolationsschicht zu strukturieren, um damit die Gateelektrode 107 und die Gateisolationsschicht 109 auf der Grundlage der Entwurfsgatelänge 107a zu bilden. Die Gateelektrode 107 kann in einem Zwei-Schritt-Ätzprozess (anisotrop/isotrop) geätzt werden, wobei die polykristalline Siliziumschicht überwegend anisotrop geätzt wird, aber eine dünne Teilschicht (nicht gezeigt) von wenigen Nanometern wird abschließend isotrop geätzt, um Schäden in der Isolationsschicht 109 und in den darunterliegenden Siliziumgebieten, die typischerweise durch anisotrope Ätzprozesse verursacht werden, zu reduzieren. Danach werden komplexe Implantationsprozesse ausgeführt, um die Drain- und Sourcegebiete 103, 104 und die entsprechenden Erweiterungsgebiete 103e, 104e zu bilden, wobei die Gateelektrode 107 teilweise in Verbindung mit den Seitenwandabstandselementen 108 als eine Implantationsmaske dient. Beispielsweise kann gemäß einer Strategie eine sogenannte Voramorphisierungsimplantation ausgeführt werden, während der eine Gattung schwerer Ionen, etwa Xenonionen und dergleichen, in das kristalline Halbleitergebiet 102 implantiert werden, um damit im Wesentlichen vollständig das kristalline Gitter bis zu einer spezifizierten Tiefe zu zerstören, was die Verringerung von Kanalisierungseffekten während der nachfolgenden Implantationsprozesse unterstützen kann. Während der Voramorphisierungsimplantation kann der Ionenstrahl in Bezug auf eine Richtung 110, die senkrecht zu dem Substrat 101 steht, geneigt sein, um damit auch einen Bereich des Gebiets 102 zu amorphisieren, der den Erweiterungsgebieten 103e, 104e entspricht.
  • Danach kann eine sogenannte Halo-Implantation ausgeführt werden, in welcher eine Ionengattung eingeführt wird, die das gleiche Leitfähigkeitsverhalten repräsentiert, wie es bereits in dem Kanalgebiet 105 besteht, um damit die Dotierstoffkonzentration dieser Ionengattung innerhalb spezifischer Halo-Gebiete zu erhöhen, die als 111 bezeichnet sind. Ähnlich zu der Voramorphisierungsimplantation kann die Halo-Implantation mit entsprechenden Neigungswinkeln, etwa α und -α, ausgeführt werden, um die Halo-Gebiete 111 auf der Drainseite und der Sourceseite zu bilden. Anschließend kann eine weitere Implantation mit einer Ionengattung ausgeführt werden, die eine gegensätzliche Leitfähigkeitsart in Bezug auf die Halo-Implantation aufweist, um damit die Sourceerweiterung 103e und die Drainerweiterung 104e zu bilden, wobei ein Offset-Abstandselement 112 an Seitenwänden der Gateelektrode 107 vor der Implantation gebildet werden kann. Danach wird das Seitenwandabstandselement 108 gebildet und kann in einem nachfolgenden Implantationsprozess als eine Implantationsmaske verwendet werden, um damit die tiefen und stark dotierten Drain- und Sourcegebiete 104, 103 zu bilden. Danach kann das Transistorelemente 100 ausgeheizt werden, um die durch die vorhergehenden Implantationssequenzen eingeführten Dotierstoffe zu aktivieren, d. h. um eine Diffusion in Gang zu setzen, um damit die Dotierstoffe an Gitterplätzen anzuordnen, wobei im Wesentlichen jene Bereiche des Gebiets 102 rekristallisiert werden, die durch die Voramorphisierung und die nachfolgenden Implantationsprozesse geschädigt wurden. Während dieses Ausheizprozesses tritt eine thermisch hervorgerufene Diffusion der Dotierstoffe gemäß dem entsprechenden Konzentrationsgradienten der betrachteten Dotierstoffgattung auf, wodurch die schließlich erreichte Größe und die Eigenschaften der Drain- und Sourcegebiete 104, 103 und der entsprechenden Erweiterungsgebiete 104e, 103e sowie die Eigenschaften von PN-Übergängen 103p und 104p im Wesentlichen bestimmt werden, die als ein Grenzflächenbereich zwischen dem Halo-Implantationsgebiet 111 und dem entsprechenden Drain- oder Sourcegebiet 104, 103 definiert sind. Während der Implantationssequenzen und/oder während des nachfolgenden Ausheizprozesses wird ein gewisses Maß an Überlappung erzeugt, die auch als Überlappungsgebiete 103o und 104o bezeichnet werden, die das Transistorverhalten merklich beeinflussen. Danach kann der Herstellungsprozess mit der Ausbildung von Metallisilizidgebieten in den Drain- und Sourcegebieten 104, 103 und in der Gateelektrode 107 fortgesetzt werden, woran sich die Herstellung einer dielektrischen Zwischenschicht und entsprechender Kontakte zu den Drain- und Sourcegebieten 104, 103 und der Gateelekrode 107 anschließen. Der Einfachheit halber sind diese Komponenten in 1 nicht gezeigt.
  • Während des Betriebs wird typischerweise eine Versorgungsspannung an das Draingebiet 104 und das Sourcegebiet 103 angelegt, beispielsweise 2 bis 5 Volt für typische CPUs, während eine entsprechende Steuerspannung an die Gateelekrode 107 angelegt wird, um damit den Zustand des Kanalgebiets 105 zu definieren. Für die folgende Erläuterung wird der Transistor 100 als ein n-Kanalanreicherungstransistor betrachtet, in welchem das Kanalgebiet 105 p-dotiert und die Drain- und Sourcegebiete 104, 103 und die entsprechenden Erweiterungsgebiete 104e, 103e stark n-dotiert sind. Für einen p-Kanalanreicherungstransistor sind die beteiligten Ladungsträger und die Leitfähigkeitsart der Dotierstoffe zu invertieren. Die folgenden Erläuterungen gelten auch in Prinzip für Verarmungstransistoren. Somit befindet sich beim Anlegen einer Steuerspannung an die Gatelektrode 107, die unterhalb einer speziellen Schwellwertspannung liegt, die u. a. durch das vertikale Dotierstoffprofil in dem Kanalgebiet 105 bestimmt ist, der Transistor 100 in dem nicht leitenden Zustand, d. h. der PN-Übergang 104p ist in Sperrrichtung vorgespannt und somit wird ein Stromfluss von dem Sourcegebiet 103 durch das Kanalgebiet 105 zu dem Draingebiet 104 im Wesentlichen unterdrückt. Jedoch kann während des nicht leitenden Zustandes das große elektrische Feld, das an dem Überlappungsgebiet 104o vorherrscht, zu Tunnel-Strömen in die Gateelektrode 107 führen, insbesondere, wenn die Gateisolationsschicht 109 moderat dünn ist, wie dies bei modernen Transistorbauelementen der Fall ist. Diese Ströme können als statische Leckströme betrachtet werden. Ferner bildet das Überlappungsgebiet 104o in Verbindung mit der darüber liegenden Gateelekrode 107 und der Gateisolationsschicht 109 einen Kondensator, der beim Betrieb des Transistors 100 in einem geschalteten Modus ständig zu laden und zu entladen ist.
  • Während des Anliegens einer Steuerspannung, die über der Schwellwertspannung liegt, wird ein leitender Kanal in dem Kanalgebiet 105 gebildet, der sich von dem sourceseitigen Erweiterungsgebiet 103e aufbaut und an dem drainseitigen Erweiterungsgebiet 104e endet. Für das Ausbilden des leitenden Kanals, der in dem vorliegenden Falle durch Elektronen erzeugt wird, ist das Überlappungsgebiet 103o sowie der relativ steile Konzentrationsgradient des PN-Übergangs 103p, der durch die erhöhte Dotierstoffkonzentration des Halo-Gebiets 111 hervorgerufen wird, vorteilhaft, um einen hohen Strom im leitenden Zustand zu erreichen. Im Gegensatz dazu kann der steile Konzentrationsgradient an dem PN-Übergang 104p zu erhöhten Strömen in das Substrat 101 führen, d. h. in tieferliegende kristalline Bereiche des Gebiets 102, die schließlich durch einen entsprechenden Körper- bzw. Substratkontakt abgeführt werden, so dass die dynamischen Leckströme bei einem größeren Strom im leitenden Zustand ebenso ansteigen können. Ferner können während des Erzeugens des leitenden Kanals die parasitären Kapazitäten, die durch die Überlappgebiete 104o, 103o hervorgerufen werden, hohe Ströme zum Umladen des parasitären Kondensators erfordern und können damit den Beginn des leitenden Zustands verzögern, wodurch die Anstiegs- und Abfallzeiten während des Schaltvorganges beeinträchtigt werden. In typischen Anwendungen, wie zum Beispiel CMOS-Anwendungen, muss die sogenannte parasitäre Miller-Source-Kapazität bei jedem Schaltvorgang entladen oder geladen werden, wohingegen gleichzeitig die Miller-Drain-Kapazität bei jedem Schaltvorgang entladen und mit der umgekehrten Polarität aufgeladen werden muss. Deshalb erfordert die Miller-Drain-Kapazität in herkömmlichen (symmetrischen) CMOS-Transitoren bei jedem Schaltvorgang die doppelte Ladungsänderung im Vergleich zur Miller-Source-Kapazität.
  • Wie aus der vorhergehenden Erläuterung deutlich wird, wird zusätzlich zu der gesamtgeometrischen Konfiguration des Transistors 100, etwa der Transistorlänge und der -breite sowie den Materialzusammensetzungen, den Dotierstoffkonzentrationen und dergleichen, die schließlich erreichte Transistorleistungsfähigkeit auch durch die laterale und vertikale Dotierstoffprofilierung innerhalb des Halbleitergebiets 102 deutlich beeinflusst. Auf Grund der ständig weitergehenden Größenreduzierung von Transistorelementen, das zu ständig höheren Arbeitsgeschwindigkeiten führt, ist eine entsprechende Gestaltung der Drain- und Sourcearchitektur wichtig, um nicht unnötig Leistungsvorteile auf Grund der erhöhten statischen und dynamischen Verluste und der parasitären Kapazitäten aufzuheben, die durch Reduzieren der Strukturgrößen gewonnen wurden.
  • Angesichts der obigen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte Technik, die einen hohen Grad an Kompatibilität mit dem herkömmlichen Prozessablauf beibehält und gleichzeitig verbesserte Drain- und Sourceausgestaltungen ermöglicht, um damit ein erhöhtes Gesamtleistungsverhalten äußerst größenreduzierter Transistorelemente zu erreichen.
  • Überblick über die Erfindung
  • Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die es ermöglicht, das Transistorverhalten zu verbessern, indem die Halo-Implantation und die Erweiterungsimplantation in einer asymmetrischen Weise in Bezug auf ein Drain- und Sourcegebiet durchgeführt werden, um damit eine höhere Stromtreibertähigkeit bereitzustellen, während statische und dynamische Leckströme sowie parasitäre Kapazitäten verringert werden. Assymmetrische Abstandselementstrukturen werden eingesetzt um die Ausbildung eines leitenden Kanals zu verbessern, wodurch die Stromtreiberfähigkeit des Transistors erhöht wird und die Drain/Gate-Überlappung, und damit die parasitäre Drain/Gate-Kapazität, verringert wird.
  • Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bereitstellen einer Gateelektrode, die gegenüberliegende Seitenwände und seitliche Gebiete benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenwänden aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Einbringen von Dotierstoffen in die seitlichen Gebiete der Gateelektrode mit einer unterschiedlichen Dotierstoffkonzentration und das Bilden von Abstandselementen benachbart zu den seitlichen Gebieten, wobei die Abstandselemente eine unterschiedliche Breite aufweisen, die mit der Dotierstoffkonzentration des jeweiligen darunterliegenden seitlichen Gebietes korreliert ist.
  • Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bereitstellen eines Halbleitergebietes mit einer darauf gebildeten Gateelektrode mit gegenüberliegenden Seitenwänden und das Bilden asymmetrischer Abstandelemente benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenwänden, wobei die Abstandselemente eine unterschiedliche Breite aufweisen. Das Verfahren umfasst ferner das Implantieren von Dotierstoffen in das Halbleitergebiet unter Verwendung der Gateelektrode und der Abstandselemente als Maskierungselemente.
  • Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gateelektrodenstruktur eine Gateelektrode, die gegenüberliegende Seitenwände aufweist und eine Gateisolationsschicht, die die Gateelektrode von einem darunterliegenden Halbleitergebiet trennt. Die Gateelektrodenstruktur weist ferner ein erstes Abstandselement und ein zweites Abstandselement auf, die benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenwänden gebildet sind, wobei das erste Abstandselement eine Lage eines Sourcegebietes und das zweite Abstandselement eine Lage eines Draingebietes definiert, wobei die ersten und zweiten Abstandselemente eine unterschiedliche Breite aufweisen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Aufgaben und 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; es zeigen:
  • 1 schematisch eine Querschnittsansicht einer typischen konventionellen Architektur eines Feldeffekttransistors mit symmetrisch ausgebildeten Abstadselementen, Halo- und Drain- und Sourcegebieten;
  • 2a bis 2e schematisch Querschnittsansichten einer Gateelektrodenstruktur mit asymmetrisch gestalteten Abstandselementen während diverser Herstellungsphasen gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 3a bis 3d schematisch Querschnittsansichten einer Gateelektrodenstruktur während diverser Herstellungsphasen eines weiteren Verfahrens zum Bilden von asymmetrischen Abstandselementen; und
  • 4a bis 4c schematisch Querschnittsansichten eines Transistorelementes während diverser Herstellungsphasen zum Bilden einer asymmetrischen Halo-, Drain- und Sourcegestaltung gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen gezeigt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft diverse Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Konzept, dass das Transistorverhalten verbessert werden kann, indem die Überlappung der Drain/Source-Erweiterung mit der Gateelektrode entsprechend so gestaltet wird, um eine verbesserte Stromtreibertähigkeit bereitzustellen, während die Drain-Überlappung verkleinert werden kann, um die Überlappungskapazität, die sogenannte Miller-Drain-Kapazität, zu verringern. Dazu können asymmetrische Gatestrukturen, die Abstandselemente mit unterschiedlichen Breiten aufweisen eingesetzt werden, um die Source/Drain-Ennreiterungsgebiete zu definieren. Die Herstellungsprozesse der asymmetrischen Gatestrukturen können leicht mit den derzeit verfügbaren Halbleiterherstellungsanlagen ausgeführt werden. Deshalb können Transistoren mit einer asymmetrischen Source/Drain-Überlappung hergestellt werden während noch ein hohes Maß an Kompatibilität mit dem herkömmlichen Prozessablauf der derzeitigen Technologie beibehalten wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der Konzentrationsgradient an dem drainseitigen PN-Übergang so gebildet und gestaltet werden, dass dieser geringer ist im Vergleich zu dem sourceseitigen PN-Übergang, indem die Halo-Dotierstoffkonzentration auf der Drainseite entsprechend verringert wird oder indem sogar im Wesentlichen ein Halo-Implantationsgebiet auf der Drainseite vollständig vermieden wird. Folglich wird durch entsprechendes Modifizieren der Implantationssequenzen auf der Grundlage eines grundlegenden Transistoraufbaus für eine gegebene Technologie kann daher das Transistorverhalten deutlich verbessert werden, während dennoch ein hohes Maß an Kompatibilität mit dem konventionellen Prozessablauf für diese spezielle Technologie beibehalten wird. Mit Bezug zu den 2a2e, 3a3d und 4a4c werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „MOS" oder „CMOS" so zu verstehen ist, dass er jede Technologie umschließt, in der Feldeffekttransistoren verwendet werden, unabhängig von der speziellen Transistorgestaltung.
  • 2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Gateelektrodenstruktur 200 während eines anfänglichen Herstellungsstadiums. Die Gateelektrodenstruktur 200 umfasst ein Substrat 201, das ein Halbleitervollsubstrat, ein isolierendes Substrat mit einer darauf ausgebildeten kristallinen Halbleiterschicht, und dergleichen repräsentieren kann. Beispielsweise kann das Substrat 201 ein Siliziumvollsubstrat repräsentieren, das darauf beispielsweise als einen oberen Bereich davon, ein kristallines Halbleitergebiet 202 aufweist, was Silizium, Silizium/Germanium und dergleichen aufweisen kann. Das Substrat 201 kann auch als ein SOI-(Silizium auf Isolator) Substrat vorgesehen sein, wobei das Halbleitergebiet 202 eine Siliziumschicht repräsentieren kann, die darin, mit Ausnahme von Dotierstoffen, andere Materialien, etwa Germanium, Kohlenstoff, und dergleichen enthalten kann. Es sollte auch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung auch gleichermaßen auf ein beliebiges geeignetes Halbleitermaterial, etwa Galliumarsenid, Germanium oder andere III-V oder II-VI-Halbleitermaterialien angewendet werden kann, obwohl der Hauptanteil der Logikschaltungen gegenwärtig auf der Grundlage von Silizium hergestellt wird.
  • Eine teilweise geätzte Gatelektrode 207b mit einer Gatelänge 207a, die aus einem beliebigen geeigneten Material, etwa Polysilizium in Bauelementen auf Siliziumbasis hergestellt sein kann, ist über dem Halbleitergebiet 202 ausgebildet. Die Gatelektrode 207b ist von einem Ätzmaskenelement 214, das aus Photolackmaterial gebildet sein kann, bedeckt. Das Ätzmaskenelement 214 kann ferner eine (nicht gezeigte) antireflektierende Beschichtungs- (ARC) Teilschicht aufweisen. Die Gatelektrode 207b ist von dem Halbleitergebiet 202 durcheine Gateisolationsschicht 209b getrennt. Wie zuvor erläutert ist, ist die Materialzusammensetzung der Gateisolationsschicht 209b nicht notwendigerweise auf Oxide eingeschränkt, sondern kann ein beliebiges isolierendes Material enthalten, das die gewünschten Isolationseigenschaften in Verbindung mit Prozesskompatibilität und Permittivitätseigenschaften aufweist. Zum Beispiel kann die Gateisolationsschicht 209 aus Stickstoff angereichertem Siliziumdioxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder anderen dielektrischen Materialien mit hoher Permittivität möglicherwreise in Verbindung mit einem oder mehreren der vorhergehenden Materialien aufgebaut sein. Die Abmessungen der Gateelektrode 207b, beispielsweise die Gatelänge 207a, und die Dicke der Gateisolationsschicht 209b können entsprechend den Entwurfserfordernissen festgelegt werden und sind im Wesentlichen durch die Entwurfsregeln für eine spezifizierte Technologie bestimmt. Beispielsweise kann in modernen Transistorelementen die Gatelänge 207a in der Größenordnung von 50 nm oder sogar darunter liegen, wobei die Dicke der Gateisolationsschicht 209b im Bereich von 1,5 bis 2,0 nm liegen kann, wenn die Materialzusammensetzung auf der Grundlage von Siliziumdioxid erfolgt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Prinzipien und die technische Lehre, die hierin vorgestellt werden, unabhängig von den speziellen Bauteilabmessungen sind und somit kann die vorliegende Erfindung auch vorteilhaft in Verbindung mit weniger anspruchsvollen Transistorbauelementen praktiziert werden.
  • Ein typischer Prozessablauf zum Bilden der Gateelektrodenstruktur 200, wie sie in 2a gezeigt ist, kann im wesentlichen die gleichen Prozessschritte zur Herstellung der Gateelektrode 207 und der Gateisolationsschicht 209b umfassen, wie sie zuvor in Bezug zu dem Transistor 100 in 1 beschrieben wurden. Die Dicke 207c der Gateelektrode 207 kann in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variieren. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Dicke 207c der polykristallinen Siliziumschicht, die das Gateelektrodenmaterial bereitstellt im Bereich von ungefähr 50 bis 150nm gewählt. Das Ätzmaskenelement 214 wird eingesetzt, um die polykristalline Schicht anisotrop zu Ätzen. Der Polisiliziumätzprozess kann so gestoppt werden, dass eine dünne Polysiliziumteilschicht zurückbleibt. Die Dicke 207d der dünnen Teilschicht kann jedoch, im Gegensatz zu der Teilschicht, die in Bezug zu der 1 beschrieben wurde, auf Grundlage einer Eindringtiefe eines nachfolgend ausgeführten Implantationsprozesses, der in Bezug zu 2b beschrieben wird, bestimmt werden. In einer anschaulichen Ausführungsform kann die Dicke 207d typischerweise im Bereich von ungefähr 10 bis 25nm liegen.
  • 2b zeigt schematisch die Gateelektrodenstruktur 200 während einer Ionenimplantation 220 zum Bilden eines Seitengebietes 215a mit höherer Dotierstoffkonzentration, im Vergleich zu einem gegenüberliegenden Seitengebiet 215b, in der teilweise geätzten Gateelektrode 207b. Die Implantation 220 wird unter einem großen Neigungswinkel α ausgeführt, um den Dotierstoff in dem Gebiet 215a zu deponieren. Der Neigungswinkel α kann von ungefähr 10 bis 50° reichen. Die Implantation wird typischerweise auf dem gesamten Substrat in einem einzigen Schritt ausgeführt. Deshalb müssen alle Gateelektrodenstrukturen, bei denen das Bilden von asymmetrischen Abstandselementen beabsichtigt ist, entsprechend auf dem Substrat orientiert sein. Andere Strukturen, bei denen das Bilden von asymmetrischen Abstandselementen nicht beabsichtigt ist oder für die unterschiedliche asymmetrische Abstandselemente vorgesehen sind, zum Beispiel Gatestrukturen von komplementären Transistoren von CMOS-Bauteilen, müssen unter Anwendung entsprechender Maskierungsschritte prozessiert werden. Der Dotierstoff kann die Ionenart umfassen, die gewöhnlich verwendet wird, um die Gateelektrode zu dotieren, um die Leitfähigkeit der Gateelektrode zu verbessern, wie Bor, Phosphor, Arsen oder Indium. Die gewählten Implantationsparameter hängen von der verwendeten Implantationsspezies ab. Die jeweilige Implantationsenergie und der Implantationswinkel ist ferner an die Dicke 207d der dünnen Polysiliziumteilschicht angepasst, sodass der Dotierstoff nicht in das darunterliegende Siliziumsubstrat 201 eindringt. Es ist anzumerken, dass die Implantationsparameter für die Implantation 220 einfach durch Durchführen entsprechender Simulationen, für die geeignete Computerprogramme verfügbar sind, erhalten werden können. Beispielsweise können auf Grundlage der Simulationsergebnisse entsprechende Testparameter eingeführt und als Ausgangsbasis für Test- und Produktionsprozesse verwendet werden. Die Parameter können dann schließlich, mittels entsprechender Testergebnisse oder mittels Überwachungsmessergebnissen, die von prozessierten Produktwafern erhalten wurden, abgestimmt werden.
  • 2c zeigt schematisch die Gatestruktur 200 nach Abschluss des Gateätzprozesses einschließlich des Gateisolationsschichtätzprozesses und nach dem Entfernen des Ätzmaskenelementes 214. Ein Seitengebiet 215c mit hoher Dotierstoffkonzentration ist auf einer Seite der Gateelektrode 207 lokalisiert. Der anisotrope Gateätzprozess, der in Bezug zu 2a beschrieben wurde, wird fortgesetzt, um die Dicke 207 der dünnen polykristallinen Siliziumteilschicht, z. B. auf wenige Nanometer, weiter zu reduzieren. Die verbleibende polykristalline Siliziumteilschicht kann nachfolgend in einem konventionellen isotropen Ätzprozess entfernt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Dicke 207 der dünnen polykristallinen Siliziumteilschicht in dem anisotropen Gateätzprozess, der in Bezug zu 2a beschrieben wurde, auf eine Dicke reduziert werden, die das vollständige Entfernen der verbleibenden dünnen polykristallinen Siliziumteilschicht durch einen isotropen Ätzprozess erlaubt. Die Implantationsparameter müssen dann entsprechend angepasst werden (Implantation mit großem Neigungswinkel), um sicherzustellen, dass der Dotierstoff nicht in die darunterliegende Siliziumschicht eindringt und ausreichend tief in das Gebiet 215c implantiert ist, sodass die erforderliche asymmetrische Dotierstoffkonzentration in der Gateelktrode nach dem isotropen Ätzprozess erhalten bleibt.
  • 2d zeigt schematisch die Gateelektrodenstruktur 200 nach dem Ausführen eines thermischen Oxidationsschrittes. Die thermische Oxidation kann in einer nassen oder in einer trockenen sauerstoffenthaltenden Atmosphäre in einem Temperaturbereich von ungefähr 800 bis 1100°C für ungefähr 10 bis 1000s durchgeführt werden, um eine Siliziumoxidschicht 212 auf dem Substrate 201 und auf der Gateelektrode 207 zu bilden. Die Oxidbildungsrate auf der Gatelektrode 207 hängt von der Dotierstoffkonzentration in dem darunterliegenden Polysiliziumgebiet ab, so dass die Bildungsrate auf Gebieten mit hoher Dotierstoffkonzentration höher ist. Deshalb bildet sich ein dickeres Oxide auf der Gateelektrode benachbart zu dem Gebiet 215 als auf der gegenüberliegenden Seitenwand benachbart zu dem Gebiet 215b. Auf Grund der niedrigeren Dotierstoffkonzentration in dem Teilgebiet 215e des Gebietes 215 benachbart zu der unteren Ecke der Gateelektrode 207 kann das thermische Oxid dünner als an oberen Seitenwandbereichen sein. Als Ergebnis der hohen vertikalen Diffusionsrate der Dotierstoffe in der Gateelektrode auf Grund der Kornstruktur des polykristallinen Siliziums ist dieser Effekt jedoch nur gering. Deshalb kann die asymmetrische Oxidschicht 212 zum Bilden einer Gatestruktur mit asymmetrischen Abstandselementen dienen. Ein beliebiger Prozess zum Bilden von einzelnen asymmetrischen Abstandselementen aus der asymmetrischen Oxideschicht 212 wird zusätzlich mit Bezug zu 2e beschrieben.
  • 2e zeigt schematisch die Gateelektrodenstruktur 200 nach dem Ausführen eines weiteren Ätzschrittes, um einzelne asymmetrische Abstandselemente 212a und 212b zu bilden. Beliebige herkömmliche anisotrope Oxidabstandselementätzprozesse können verwendet werden um die Abstandselemente 212a und 212b zu bilden. In einer weiteren Ausführungsform wird ein isotroper Ätzprozess, z. B. kann ein Nassätzprozess mit Flusssäure (HF) eingesetzt werden, um die Dicke der asymmetrischen Oxidschicht 212 von 2d zu reduzieren bis nur noch ein Teil des dickeren Bereiches, der auf dem Gebiet 215 gebildet wurde, zurückbleibt und ein einzelnes Abstandselement (nicht gezeigt) bildet. Die Breite 212c, 212 der Abstandselemente 212a, 212b kann durch die gewählte Ätzdauer eingestellt werden. Zusätzlich kann die Breite 212c, 212 durch die erhaltene Dotierstoffkonzentration in dem Gebiet 215 und der gewählten Oxidationsdauer zum Bilden der Oxidschicht 212 (2d) bestimmt werden. Es sollte beachtet werden, dass die Abmessungen der asymmetrischen Abstandselemente 212a, 212b so gewählt werden können, um einen gewünschten Maskierungseffekt während einer nachfolgenden Implantation zum Bilden von Source- und Drainerweiterungsgebieten zu erhalten, wie dies später in Bezug zu 4a beschrieben wird. In einer anschaulichen Ausführungsform liegt die Breite 212c des Abstandselementes 212a im Bereich von ungefähr 1 bis 20nm, und die Breite 212d des Abstandselementes 212b liegt im Bereich von ungefähr 1 bis 30nm. Der relative Unterschied der Breiten 212c und 212d der Abstandselemente 212a, 212b liegt im Bereich von ungefähr 1 bis 20nm.
  • Die 3a3d zeigen schematisch einen weiteren Prozessablauf, der geeignet ist die asymmetrische Gatestruktur der vorliegenden Erfindung zu bilden.
  • 3a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Gateelektrodenstruktur 300 während eines anfänglichen Herstellungsstadiums. Die Gateelektrodenstruktur 300 umfasst ein Substrat 301 und eine Gatelektrode 307, die durch eine Gateisolationsschicht 309 von einander getrennt sind. Eine Beschichtung 316 wurde auf dem Substrat 301 und auf der Gateelektrode 307 gebildet. Über der Beschichtung 316 wird eine Schicht 318 aus dielektrischem Material abgeschieden.
  • Die Beschichtung 316 kann ein dielektrisches Material, wie z. B. Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, das eine gewisse Ätzselektivität zu anderen dielektrischen Materialien und zu Silizium aufweist, aufweisen. Die Beschichtung 316 kann z. B. durch gut eingeführte chemische Dampfabscheidung (CVD) oder im Falle von Siliziumdioxid durch thermische Oxidation gebildet werden. Die dielektrische Schicht 318 wiederum kann so gewählt werden, dass sie eine gewünschte Ätzselektivität zu dem Material der Beschichtung 316 zeigt.
  • 3b zeigt schematisch die Gateelektrodenstruktur 300 während einer Ionenimplantation 320, zum Bilden dotierter Gebiete 318a und undotierter Gebiete 318b in der dielektrischen Schicht 318. Eine geneigte Ionenimplantation wird unter einem Neigungswinkel α im Bereich von ungefähr 10 bis 50° durchgeführt, sodass die Ionen in die gesamte dielektrische Schicht 318, mit Ausnahme eines Gebietes benachbart zu der Seitenwand der Gateelektrode 307, das durch die Gatelektrode abgeschirmt wird, implantiert werden. Jede Ionenart, die die Ätzrate des dielektrischen Materials maßgeblich ändert, wie inerte Materialien, wie Argon, Neon, Xenon oder Stickstoff, oder Sauerstoff, Silizium oder Germanium oder eine Mischung derselben, kann implantiert werden. Es ist zu beachten, dass die verwendete Ionenart in den nachfolgenden Ätzprozessen im Wesentlichen wieder entfernt wird, sodass die Auswahl der Ionenart in Bezug zu der erhaltenen Ätzratenmodifikation getroffen werden kann. In einer spezifischen Ausführungsform wird Xenon gewählt, da Xenon ein schweres Element ist, das die erforderliche Modifizierung der Ätzrate in der dielektrischen Schicht bei einer relative niedrigen Implantationsdosis bewirken kann. Die Implantationsparameter können in Bezug zu der Dicke der dielektrischen Schicht 318 gewählt werden, wie bereits oben mit Bezug zu der Implantation 220 von 2b, beschrieben wurde. Die dotierten Gebiete 318a können eine höhere Ätzrate im Vergleich zu der Ätzrate der undotierten Gebiete 318b der dielektrischen Schicht 318 zeigen.
  • 3c zeigt schematisch die Gateelektrodenstruktur 300 nach dem Ausführen eines isotropen Nass- oder eines isotropen Trockenätzprozesses. Entsprechende Ätzprozesse für Siliziumoxid und Siliziumnitrid sind gut bekannte Halbleiterherstellungsprozesse. Phosphorsäure, z. B. kann verwendet werden um Siliziumnitrid mit der erforderlichen Ätzselektivität zu einer darunterliegenden Siliziumoxidbeschichtung und Flusssäure (HF), kann z. B. eingesetzt werden um Siliziumoxid mit der erforderlichen Ätzselektivität zu einer Siliziumnitridbeschichtung zu ätzen. Die dotierten Gebiete 318a werden im Wesentlichen entfernt, während auf Grund der geringeren Ätzrate die undotierten Gebiete 318 teilweise zurückbleiben und die Gebiete 318c bilden können. Da Überätzen der dotierten Gebiete 318a im Wesentlichen vermieden wird, um übermäßiges Entfernen des undotierten Materials des Gebietes 318b zu verhindern, können Rückstände der dotierten Gebiete auf der dünnen Schicht 316 zurückbleiben. Diese Rückstände können dann in einem nachfolgend ausgeführten anisotropen Ätzprozess, der eingesetzt wird ein Abstandselement aus dem zurückbleibenden Material des Gebietes 318b zu bilden, entfernt werden.
  • 3d zeigt schematisch die Gateelektrode 300 nach einem anisotropen Ätzprozess, der eingesetzt wird das gewünschte einzelne Abstandselement 318 benachbart zu einer Seite der Gateelektrode 307 zu bilden. Das Abstandselement 318 kann durch einen gut bekannten anisotropen Abstandselementätzprozess, wie einen anisotropen reaktiven Ionenätz- (RIE) Prozess gebildet werden. Die Breite 318e des Abstandselementes 318 ist im Wesentlichen durch die Dicke des geätzten undotierten Gebietes 318c bestimmt. Diese Dicke hängt wiederum von der anfänglichen Dicke der abgeschiedenen dielektrischen Schicht 318 und vom Verhältnis der Ätzraten des dotierten Gebietes 318a und des undotierten Gebietes 318b ab. Deshalb kann die Breite 318e des Abstandelementes 318 durch Auswählen der Dicke der dielektrischen Schicht mit Bezug zu dem erhaltenen Ätzratenverhältnis eingestellt werden. Entsprechend angepasste Prozessparameter können von Testläufen erhalten werden. Falls erforderlich kann die Beschichtung 316 wahlweise von der Oberseite der Gateelektrode 307 und von dem Substrat 301 entfernt werden. In einer Ausführungsform kann auch das Abstandselement 316a durch einen isotropen Ätzprozess entfernt werden, sodass nur das Abstandelemente 316b und 318d erhalten bleiben. Die Gatestrukturen 200, 300, die die asymmetrisch gebildeten Abstandselemente aufweisen können, werden eingesetzt um ein Transistorelement mit asymmetrischen Source/Drain-Erweiterungsgebieten zu bilden. Ein entsprechender Prozessablauf ist in den 4a4c dargestellt.
  • 4a zeigt schematisch ein Transistorelement 400 während einer Source/Drain-Erweiterungsimplantation 421. Das Transistorelement 400 umfasst eine Gatestruktur 406 mit asymmetrisch gebildeten Abstandselementen 412a, 412b. Die Gatestruktur 406 umfasst ferner eine Gateelektrode 407, die durch eine Gateisolationsschicht 409 von dem Substrat 401 getrennt ist. Die asymmetrischen Abstandselemente 412a, 412b sind benachbart zu den Seitenwänden der Gateelektrode 407 gebildet und weisen eine unterschiedliche Abstandselementbreite 412c, 412d auf. Die Breite 412d des Abstandelementes 412b ist größer als die Breite 412c des Abstandelementes 412a. Das Substrat 401 weist ein Halbleitergebiet 402 auf. Ein Sourceerweiterungsgebiet 403e, ein Drainerweiterungsgebiet 404e und ein dazwischenliegendes Kanalgebiet 405 sind in dem Halbleitergebiet 402 definiert, wobei die Lage des Kanalgebietes 405 durch die Position der Gateelektrode 407 und durch die Asymmetrie der Abstandselemente 412a, 412b bestimmt ist. Das Transistorelement 400 umfasst ferner ein asymmetrisch gebildetes Halogebiet 411.
  • Die Source/Drain-Erweiterungsimplantation 421 kann mittels herkömmlicher Source/Drain-Erweiterungsimplantationstechniken, die vertikale Implantationen und unter einem Neigungswinkel ausgeführte Implantationen einschließen. Auf Grund der asymmetrischen Form der Abstandselemente führt auch eine konventionelle symmetrische Source/Drain-Erweiterungsimplantation zu einer gewünschten asymmetrischen Source/Drain-Architektur.
  • Es ist zu erwähnen, dass zusätzlich die asymmetrischen Abstandselemente zum Bilden von asymmetrischen Halogebieten mittels gut bekannter konventioneller „symmetrischer" Haloimplantationstechniken eingesetzt werden können. In einer speziellen Ausführungsform wird ein einzelnes Halogebiet 411 in dem Halbleitergebiet 402 in der Nähe der Sourceseite der Gateelektrode 407 gebildet, während das Halbleitergebiet 402 im wesentlichen kein Halogebiet in der Nähe der Drainseite aufweist. Es sollte beachtet werden, dass das Halogebiet 411 durch eine erhöhte Dotierstoffkonzentration im Vergleich zu der Dotierstoffkonzentration im Kanalgebiet 405 definiert ist, wie bereits in Bezug zu den Halogebieten 111 in 1 erklärt.
  • In Ausführungsformen, die sich auf 4a beziehen, wird das Transistorelement 400 einem Haloionenimplantationsprozess (nicht gezeigt) unterworfen, um das Halogebiet 411 asymmetrisch zu bilden, wobei die Offsetabstandselemente 412a vor der Haloimplantation gebildet werden können, wohingegen in anderen Ausführungsformen die Offsetabstandselemente 412a nach dem Haloimplantationsprozess gebildet werden können. Während der Haloimplantation wird ein im Wesentlichen paralleler Ionenstrahl auf das Halbleitergebiet 402 mit einer Nullgradneigung in Bezug auf eine Richtung, die senkrecht zur Oberfläche des Substrates 401 ist, gerichtet. In einigen Ausführungsformen kann ein Neigungswinkel (nicht gezeigt) gewählt werden, so dass die spezifizierte Ionenart auf der Sourceseite deutlich unter der Gateelektrode 407 lokalisiert ist und dadurch ein Halogebiet 411 bildet, während die Gateelktrode 407 das Gebiet in der Nähe der Drainseite maskiert. Es kann ein Neigungswinkel gewählt werden, der ausreichend groß ist um eine angemessen große Überlappung des Halogebietes 411 mit der Gateelektrode 407 zu erhalten. In einer Ausführungsform wird eine Haloimplantation unter einem festen Neigungswinkel als ausreichend erachtet, um das Halogebiet 411 zu bilden. Dabei können die Implantationsparameter, wie Implantationsdosis und -energie entsprechend angepasst werden, um die gewünschte Form des Halogebietes 411 zu erhalten.
  • 4b zeigt schematisch das Transistorelement 400 in einem weiteren fortgeschrittenen Herstellungsstadium während einer tiefen Source/Drain-Implantation 422, die das tiefe Sourcegebiet 403 und das tiefe Draingebiet 404 bildet. Das Transistorelement 400 weist hierbei zusätzliche Seitenwandabstandselemente 408 auf, die eine Beschichtung (nicht gezeigt) umfassen können, und die auf den Abstandselementen 412a, 412b gebildet sind. Die Gateelektrode 407 bildet in Kombination mit der Gateisolationsschicht 409 und den Seitenwandabstandselementen 412a, 412b, 408 und der Beschichtung eine Gateelektrodenschicht 406. Es sollte beachted werden, dass die Gateelektrodenstruktur 406 jeden Type von Gateelektroden einschließt, der ein oder mehrere asymmetrische und symmetrische Abstandselemente und Beschichtungen, die zum weiteren Profilieren der Dotierstoffkonzentration in dem Halbleitergebiet 402 und/oder zum Bilden von Metallsilizidgebieten in einer selbstjustierenden Weise und/oder zum Bilden von epitaktisch aufgewachsenen Halbleitergebieten über dem Draingebiet 404 und dem Sourcegebiet 403 erforderlich sind, wenn eine Transistorarchitektur mit erhöhten Source/Drain-Gebieten betrachted wird. Des weiteren soll die Gateelektrodenstruktur 406 jede Konfiguration mit einschließen, in der ein oder mehrere Seitenwandabstandselemente zeitweilig in der Gatelektrodenstruktur 406 ausgebildet sind und in einem späteren Herstellungsstadium entfernt werden.
  • Das Transistorelement 400 unterliegt einem weiteren Ionenimplantationsprozess 422, um das tiefe Draingebiet 404 und das tiefe Sourcegebiet 403 zu bilden, während die Seitenwandabstandselemente 412a, 412b, 408 in Kombination mit der Gateelektrode 407 als eine Implantationsmaske fungieren. Als Folge werden die Erweiterungsgebiete 403e, 404e und das Halogebiet 411 im Wesentlichen unter den Seitenwandabstandselementen 408 während der Ionenimplantation 422 beibehalten. Somit zeigen die Erweiterungsgebiete 403e, 404e eine gewünschte asymmetrische Form und definieren einen gewünschten steilen Konzentrationsgradienten in Verbindung mit dem Halogebiet 411, während der Konzentrationsgradient an der Drainseite einen moderat steilen Gradienten auf Grund des mehr oder weniger Fehlens des Halo-Implantationsgebiets zeigt.
  • Der Herstellungsprozess für das Transistorelement 400, wie in 4b gezeigt, kann im Wesentlichen die gleichen Prozesse, wie sie zuvor in Bezug zu 1 beschrieben wurden, aufweisen, wobei das Bilden der Seitenwandabstandselemente 408, wie zuvor diskutiert, von der spezifischen Transistorarchitektur abhängen kann.
  • 4c zeigt schematisch das Transistorelement 400 in einem weiteren fortgeschrittenen Herstellungsstadium. In 4c ist das abschließend erhaltene Dotierstoffprofil, abgesehen von kleineren Veränderungen, die durch thermisch induzierte Diffusion in nachfolgenden Herstellungsprozessen auftreten können, gezeigt, nachdem das Transistorelement von 4b einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen wurde, um die Dotierstoffe zu aktivieren und um zumindest teilweise implantationsinduzierte Gitterschäden zu heilen. Während der Wärmebehandlung findet eine spezifizierte Diffusion statt, die dann die Lage der pn-Übergänge 403p und 404p in Bezug zu der Gateelektrode 407 bestimmt. Dabei stellt sich ein hoher Dotierstoffkonzentrationsgradient, das ist der Übergang von einer spezifischen Dotierstoffkonzentration einer Leitungsart zu einer Dotierstoffkonzentration der entgegengesetzten Leitungsart, am pn-Übergang 403p, auf Grund der moderat hohen Konzentration des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Erweiterungsgebiet 403e und der moderat hohen Konzentration des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Halogebiet 411, ein. Außerdem definiert der pn-Übergang 403p ein Überlappungsgebiet 403o an der Sourceseite, das bedeutend größer als eine Überlappung 404o ist, die durch den Drain-pn-Übergang 404p definiert wird. Es ist anzumerken, dass in besonderen Ausführungsformen keine Überlappung oder sogar ein gewisser Abstand zwischen dem pn-Übergang 404p und der Gateelktrode 407 definiert ist. Von einem anderen Blickwinkel gesehen, können die Überlappungsgebiete 403o und 404o in Bezug auf die Gateelktrode definiert werden und dabei eine asymmetrische Ausgestaltung definieren, wobei berücksichtigt werden sollte, dass die seitliche Beziehung der jeweiligen pn-Übergänge zu der Gateelektrode 407 tatsächlich die Eigenschaft ist, die das Transistorverhalten, in Bezug auf eine Überlappung, beeinflusst. Außerdem kann in einer Ausführungsform der Konzentrationsgradient des pn-Überganges 404p, im Vergleich zu dem pn-Übergang 403p, auf Grund eines fehlenden Halogebietes, bedeutend weniger steil sein.
  • Als Ergebnis wird eine Transistorausführung mit einer asymmetrischen Gestaltung in Bezug auf die Lage der pn-Übergänge der Source und Drain 403, 404 zur Gateelktrode 407 und auch eine asymmetrische Konfiguration, in Bezug auf den Konzentrationsgradienten an den jeweiligen pn-Übergängen, aufweisen kann, bereitgestellt. Insbesondere stellt das Überlappungsgebiet 403o an der Sourceseite in Kombination mit einem steilen Konzentrationsgradienten eine verbesserte Stromtreibertähigkeit bereit, während das Fehlen oder die reduzierte Größe einer Überlappung 404o an der Drainseite eine reduzierte parasitäre Kapazität vorsieht, wodurch das Schaltverhalten verbessert und auch die statischen Leckströme verringert werden. Zusätzlich kann der moderat steile Konzentrationsgradient an dem pn-Übergang 404p den dynamischen Leckstrom deutlich reduzieren. Wie durch die obige Diskussion offenkundig wird, können die relevanten Parameter, die im Wesentlichen das Transistorverhalten bestimmen, wie die Größe des Überlappungsgebietes 403o, der Wert des Dotierstoffgradienten an den pn-Übergängen 403p 404p, als auch die Gesamtdotierstoffkonzentration in den Erweiterungsgebieten 403e und 404e, durch die Prozessparameter der Haloimplantation und der Source/Drain-Erweiterungsimplantation zusätzlich zu einer geeigneten Wahl der Abmessungen und der Asymmetrie der Offsetabstandselemente 412a, 412b und der Seitenwandabstands elemente 408, gesteuert werden. Folglich kann auf der Grundlage von gut eingeführten Prozesstechniken das Transistorverhalten für eine vorgegebene Transistorarchitektur wesentlich verbessert werden, wobei nicht ungebührlich zur Prozesskomplexität beigetragen wird, im Vergleich zu einem Standartprozessablauf, wie er, zum Beispiel, in Bezug zu 1 beschrieben wurde.
  • Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims (27)

  1. Verfahren mit: Bereitstellen einer Gateelektrode, die gegenüberliegende Seitenwände und seitliche Gebiete benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenwänden aufweist; Einbringen von Dotierstoffen in die seitlichen Gebiete der Gateelektrode mit einer unterschiedlichen Dotierstoffkonzentration; und Bilden von Abstandselementen benachbart zu den seitlichen Gebieten, wobei die Abstandselemente eine unterschiedliche Breite aufweisen, die mit der Dotierstoffkonzentration des jeweiligen darunterliegenden seitlichen Gebietes korreliert ist.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gateelektrode Polysilizium aufweist.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Abstandselemente durch Ausführen eines Oxidationsprozesses auf der Gatelektrode gebildet wirden.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abstandselemente Siliziumdioxid aufweisen.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dotierstoffe mittels eines Ionenimplantationsprozesses, der unter einem Neigungswinkel ausgeführt wird, eingebracht werden.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Neigungswinkel im Bereich von ungefähr 10 bis 50° liegt.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Dotierstoffe zumindest Bor und/oder Phosphor und/oder Arsen und/oder Indium aufweisen.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Dotierstoffe in die Gateelektrode implantiert werden nachdem die Gateelektrode teilweise geätzt wurde.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gateelektrode und die Abstandselemente eine Gatestruktur bilden, die als eine Implantationsmaske für eine nachfolgende Source/Drain-Erweiterungsgebiet-Implantation in ein darunterliegendes Halbleitergebiet dient, wodurch eine Sourceseite und eine gegenüberliegende Drainseite der Gateelektrode definiert wird.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Breite der Abstandselemente auf der Drainseite größer als auf der Sourceseite ist.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein asymmetrisches Halogebiet in dem Halbleitergebiet gebildet wird.
  12. Ein Verfahren mit: Bereitstellen eines Halbleitergebietes mit einer darauf gebildeten Gateelektrode mit gegenüberliegenden Seitenwänden; Bilden asymmetrischer Abstandelemente benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenwänden, wobei die Abstandselemente eine unterschiedliche Breite aufweisen; und Implantieren von Dotierstoffen in das Halbleitergebiet unter Verwendung der Gateelektrode und der Abstandselemente als Maskierungselemente.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei Bilden der Abstandselemente Implantieren einer Ionenart mittels einer Implantation unter einem Neigungswinkel umfasst, um eine asymmetrische Verteilung der Ionenart bereitzustellen, und asymmetrisches Bilden der Abstandselemente mittels der asymmetrischen Verteilung der Ionenart, umfasst
  14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abstandselemente mittels eines Ätzprozesses und/oder eines Oxidationsprozesses gebildet werden.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Abstandselemente Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid aufweisen.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Neigungswinkel im Bereich von ungefähr 10 bis 50° liegt.
  17. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die implantierte Ionenart zumindest Bor und/oder Phosphor und/oder Arsen und/oder Indium und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Stickstoff, und/oder Argon und/oder Xenon aufweist.
  18. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Abscheiden einer Schicht aus dielektrischem Material über dem Halbleitergebiet und der Gateelektrode, wobei die Ionenart in die Schicht implantiert wird, um die Ätzrate des dielektrischen Materials durch die asymmetrische Verteilung der Ionenart zu steuern; und Ätzen der Schicht aus dielektrischem Material, um die Abstandselemente zu bilden.
  19. Das Verfahren nach Anspruch 18, das ferner Bilden einer dünnen Schicht vor dem Abscheiden der dielektrischen Schicht umfasst, wobei das Material der dünnen Schicht eine Ätzselektivität zu der Schicht aus dielektrischem Material aufweist.
  20. Eine Gatestruktur mit: einer Gateelektrode, die gegenüberliegende Seitenwände aufweist; einer Gateisolationsschicht, die die Gateelektrode von einem darunterliegenden Halbleitergebiet trennt; und einem ersten Abstandselement und einem zweiten Abstandselement, die benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenwänden gebildet sind, wobei das erste Abstandselement eine Lage eines Sourcegebietes und das zweite Abstandselement eine Lage eines Draingebietes definiert, wobei die ersten und zweiten Abstandselemente eine unterschiedliche Breite aufweisen.
  21. Die Gatestruktur nach Anspruch 20, wobei die Breite des zweiten Abstandselementes größer als die Breite des ersten Abstandselementes ist.
  22. Die Gatestruktur nach Anspruch 20, wobei die Gateelektrode Polysilizium umfasst.
  23. Die Gatestruktur nach Anspruch 20, wobei die ersten und zweiten Abstandselemente Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid umfassen.
  24. Die Gatestruktur nach Anspruch 20, wobei die Gateelektrode seitlich gegenüberliegende Seitengebiete aufweist, wobei eine Dotierstoffkonzentration in den gegenüberliegenden Seitengebieten unterschiedlich ist.
  25. Die Gatestruktur nach Anspruch 20, wobei das darunterliegende Halbleitergebiet asymmetrisch angeordnete Source- und Drain-Erweiterungsgebiete umfasst.
  26. Die Gatestruktur nach Anspruch 25, wobei das darunterliegende Halbleitergebiet ferner asymmetrisch angeordnete Halogebiete umfasst.
  27. Die Gatestruktur nach Anspruch 25, wobei das darunterliegende Halbleitergebiet ferner ein einziges Halogebiet, das auf der Sourceseite angeordnet ist, umfasst.
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