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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere Feldeffekttransistoren in
komplexen Schaltungen, die eine Hochgeschwindigkeitslogikschaltung
und funktionale Blöcke
mit weniger geschwindigkeitskritischem Verhalten, etwa einem Speicherbereich,
enthalten, die gemäß einer
SOI-Architektur hergestellt sind.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Die
Herstellung integrierter Schaltungen erfordert das Ausbilden einer
großen
Anzahl an Schaltungselementen auf einer vorgegebenen Chipfläche gemäß einer
spezifizierten Schaltungsanordnung. Im Allgemeinen werden eine Vielzahl
von Prozesstechnologien gegenwärtig
eingesetzt, wobei für
komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips, ASIC's (anwendungsspezifische
IC's), und dergleichen,
die CMOS-Technologie gegenwärtig eine
der vielversprechendsten Lösungsansätze auf Grund
der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit
und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz ist. Während der
Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung der
CMOS-Technologie werden Millionen komplementärer Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren
und p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat hergestellt, die eine
kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein MOS-Transistor umfasst,
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 oder schwach
dotiertem Kanalgebiet gebildet sind, das zwischen dem Draingebiet
und dem Sourcegebiet angeordnet ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d.
h. das Durchlassstromvermögen
des leitenden Kanals, wird durch eine Gateelektrode gesteuert, die über dem
Kanalgebiet ausgebildet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt
ist. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets bei der Ausbildung eines leitenden Kanals auf Grund
des Anliegens einer geeigneten Steuerspannung an der Gateelektrode
hängt von
der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger und – für eine gegebene
Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem
Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch
als Kanallänge
bezeichnet wird. Somit bestimmt in Kombination mit der Fähigkeit,
rasch einen leitenden Kanal unter der isolierenden Schicht beim
Anlegen der Steuerspannung an die Gateelektrode aufzubauen, die
Leitfähigkeit des
Kanalgebiets im Wesentlichen das Leistungsverhalten der MOS-Transistoren. Somit
macht der zuletzt genannte Aspekt die Verringerung der Kanallänge – und damit
verknüpft
die Verringerung des Kanalwiderstands – zu einem wesentlichen Entwurfskriterium,
um einen Zuwachs in der Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungen
zu erreichen.
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Im
Hinblick auf den zuerst genannten Aspekt hat zusätzlich zu weiteren Vorteilen
die SOI-(Halbleiter-
oder Silizium-auf-Isolator)Architektur zunehmend an Bedeutung bei
der Herstellung von MOS-Transistoren auf Grund der Eigenschaften
einer geringen parasitären
Kapazität
der PN-Übergänge gewonnen, wodurch
höhere
Schaltgeschwindigkeiten im Vergleich zu Vollsubstrattransistoren
möglich
sind. In SOI-Transistoren ist das Halbleitergebiet, in welchem die
Drain- und Sourcegebiete sowie das Kanalgebiet angeordnet sind und
das auch als Körper
bezeichnet wird, elektrisch allseitig isoliert. Diese Konfiguration bietet
deutliche Vorteile, gibt jedoch auch Anlass für eine Reihe von Problemen.
Im Gegensatz zu dem Körper
von Vollsubstratbauelementen, der elektrisch mit dem Substrat verbunden
ist, das ein definiertes Potential besitzt, so dass damit auch der
Körper
der Vollsubstrattransistoren auf diesem spezifizierten Potential
gehalten wird, ist der Körper
der SOI-Transistoren nicht mit einem spezifizierten Bezugspotential verbunden
und somit kann das Körperpotential schweben
bzw. potentialfrei sein bzw. sich frei einstellen auf Grund der
Ansammlung von Minoritätsladungsträgern, wodurch
eine Fluktuation der Schwellwertspannung (Vt) der Transistoren in
Abhängigkeit von
der „Schaltgeschichte” des Transistors,
die auch als Hysterese bezeichnet wird, hervorgerufen wird. Insbesondere
für statische
Speicherzellen kann die betriebsabhängige Schwellwertfluktuation
zu deutlichen Instabilitäten
der Zelle führen,
die im Hinblick auf die Datenunversehrtheit der Speicherzelle nicht akzeptabel
sind. Folglich werden in konventionellen SOI-Bauelementen mit Speicherblöcken die
Stromschwankungen, die mit den Schwellwertspannungsvariationen einhergehen,
durch geeignete Entwurfsmaßnahmen
berücksichtigt,
um einen ausreichend hohen Durchlassstrombereich der SOI-Transistoren in
dem Speicherblock bereitzustellen. Somit werden die entsprechenden
SOI-Transistoren in dem Speicherblock typischerweise mit einer ausreichend großen Transistorbreite
hergestellt, so dass die erforderlichen Durchlassstrombereiche ermöglicht werden,
wodurch ein relativ großer
Anteil an Chipfläche erforderlich
ist. In ähnlicher
Weise sind andere Entwurfsmaßnahmen
zum Verhindern der Schwellwertfluktuationen, die durch das schwebende
Körperpotential
hervorgerufen werden, sogenannte Körperkontakte, sehr platzraubende
Lösungen
und sind daher für äußerst größenreduzierte
und komplexe Halbleiterbauelemente mit ausgedehnten RAM-Bereichen
nicht wünschenswert.
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Daher
wird in anderen SOI-Fertigungsprozessen die Ladungsansammlung reduziert,
indem der Leckstrom der Drain- und Source-Übergänge erhöht wird, wodurch eine Abfuhr
der angesammelten Ladungsträger
zumindest zu einem gewissen Maße möglich ist.
Der erhöhte
Leckstrom der PN-Übergänge kann
erreicht werden, indem die Übergänge speziell
so gebildet werden, dass diese erhöhte Diodenströme für die Drain-Source-Körper-Dioden
aufweisen, um ausreichend viele Ladungsträger abzuführen, um damit das Körperpotential
und somit auch die Schwellwertspannungsvariationen innerhalb vordefinierter
Toleranzen zu halten. Zu diesem Zweck wird häufig eine sogenannte Voramorphisierungsimplantation
angewendet, um die Drain- und Sourcegebiete im Wesentlichen zu amorphisieren
und die Drain- und Sourcegebiete zu rekristallisieren, was dann
zu Dislokationsdefekten in dem Körpergebiet
und in den Drain- und Sourcegebieten führt, wodurch Leckstromwege
für Ladungsträger geschaffen
werden. Obwohl diese Art der Herstellung von PN-Übergängen SOI-Transistoren mit geringeren
Körperpotentialfluktuationen
ergibt, ohne dass auf andere Verfahren zurückgegriffen werden muss, etwa
Körperkontakte,
und dergleichen, kann eine gewisse Beeinträchtigung des Leistungsverhaltens
für Hochgeschwindigkeitstransistoren
auf Grund eines gewissen Einflusses auf das laterale und vertikale
Dotierstoffprofil beobachtet werden. Ferner kann für SOI-Transistoren
in Speicherzellen eine merkliche Fluktuation der Schwellwertspannung
weiterhin beobachtet werden, die zu einer reduzierten Schreibstabilität und damit
zu einer geringeren Zuverlässigkeit
und Ausbeute führen
kann.
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Die
US 2002/0058361 A1 offenbart
ein Verfahren, das das Bilden von Feldeffekttransistoren, die durch
LOCOS-Isolationsstrukturen begrenzt sind, und die einen reduzierten
Leckstrom aufweisen, umfasst. Die Reduktion des Leckstromes wird
durch Einbringen von Gitterfehlergebieten und/oder durch hoch dotierte
Kanalgebiete erreicht und verhindert die Akkumulation von Löchern, die
bipolare Betriebsbedingungen und das Absenken der Schwellwertspannung
von parasitären
Randtransistoren hervorrufen kann.
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Die
US 2003/0027381 A1 offenbart
ein Verfahren zum Herstellen eines SOI-Transistors, wobei vor dem
Implantieren von Source/Drain-Gebieten ein Xenon-Voramorphisierungsimplantationsprozess ausgeführt wird.
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Die
US 6 713 819 B1 offenbart
benachbarte Feldeffekttransistoren, die nicht durch Isolationsgebiete
getrennt sind. Nach dem Ausbilden von Source/Drain-Erweiterungsgebieten
und vor dem Implantieren von tiefen Source/Drain-Gebieten wird ein
Xenon-Amorphisierungsschritt
ausgeführt.
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Die
US 2003/0162336 A1 offenbart
einen SOI-MOSFET, der mehrere Dislokationsgebiete aufweist, die
die Source/Drain-Übergänge kreuzen.
Die mehreren Dislokationsgebiete werden durch Ausbilden mehrerer
separater amorpher Gebiete, die durch kristalline Gebiete getrennt
sind, und anschließendes Rekristallisieren
der amorphen Gebiete gebildet, wobei die kristallinen Gebiete die
Rekristallisation iniziieren. Die getrennten amorphen Gebiete können durch
Implantation von Substanzen, wie z. B. Xenon, Silizium, Germanium
oder Argon, gebildet werden.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine alternative Technik bereitzustellen, die die Herstellung
moderner SOI-Bauelemente
ermöglicht,
wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder
deren Auswirkungen zumindest reduziert werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Verfahren der
Ansprüche
1 und 8 und die Vorrichtung des Anspruches 15 gelöst.
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Überblick über die
Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik
zum Reduzieren von Hysterese-Effekten in modernen SOI-Transistoren,
wobei ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit bestehenden Technologien beibehalten wird, während ein effektiver Mechanismus
zum Abführen
unerwünschter
Ladungsträger
aus dem Körpergebiet
der SOI-Transistoren bereitgestellt wird. Zu diesem Zweck wird eine atomare
Gattung in das Drain- und Sourcegebiet und teilweise in das Körpergebiet
eingeführt,
um für
erhöhte
Leckströme
der entsprechenden PN-Übergänge zu sorgen,
während
ein Einfluss auf das gesamte vertikale und laterale Dotierstoffprofil
gering gehalten wird. Ohne die vorliegende Erfindung auf die folgende
Erläuterung
einschränken
zu wollen, so wird dennoch angenommen, dass durch den Einbau einer
geeigneten nicht dotierenden Atomgattung effektiv Ladungsträgereinfangzentren
in der Bandlücke
des entsprechenden Halbleitermaterials eingerichtet werden können und/oder
das Diffusionsverhalten standardmäßiger Dotierstoffe in den Drain-
und Sourcegebieten beeinflusst werden kann, was zu einem deutlich erhöhten Übergangsleckstrom
führt,
der wiederum einen effektiven Mechanismus zum Abführen unerwünschter
Ladungsträger
führt.
Folglich können Fluktuationen
des Körperpotentials
deutlich reduziert werden, wodurch die Leistungseigenschaften von SOI-Transistoren
im Hinblick auf Spannungs- und Temperaturabhängigkeiten erweitert werden.
Ferner kann in anderen anschaulichen Ausführungsformen der erhöhte Leckstrom
der entsprechenden Übergänge vorteilhaft
in Speicherzellenanwendungen ausgenutzt werden, in denen die Hysterese
und damit die Verschiebung des Körperpotentials
zu einer entsprechenden betriebsabhängigen Variation der Schwellwertspannung
führen
kann, wodurch unter Umständen
deutliche Instabilitäten
beim Programmieren der entsprechenden Speicherzelle auftreten können. Auf
Grund des deutlichen Anstiegs des Übergangsleckstroms können Schwellwertspannungsfluktuationen
deutlich reduziert werden, wodurch die Schreibfähigkeit der entsprechenden
Speicherzelle verbessert und stabilisiert wird. Folglich kann die
SOI-Architektur in effizienter Weise für statische RAM-Bereiche eingesetzt
werden, wobei eine Verringerung der Größe des entsprechenden Transistorbereichs
erreicht werden kann, da entsprechende Prozessgrenzen für die Transistorbreiten
deutlich reduziert werden können,
wie dies zuvor erläutert
ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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 Zeichnungen studiert wird, in
denen:
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1a bis 1e schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit einem SOI-Tranistor
zeigen, der zusätzlich
eine leichte atomare Gattung zum Modifizieren der Bandlücke und/oder
des Diffusionsverhaltens gemäß einiger
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung aufweist; und
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2a bis 2d schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen zeigen, wobei SOI-Transistoren mit unterschiedlichem
Leckstromverhalten in unterschiedlichen Bauteilgebieten hergestellt
werden, beispielsweise in einem Logikgebiet und einem statischen
RAM-Bereich gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zur Herstellung von
SOI-Transistoren mit einem verbesserten Mechanismus zum Abführen unerwünschter
Ladungsträger
aus dem Körpergebiet,
um die Wirkung des schwebenden Körpers
und die damit verknüpften
negativen Wirkungen, etwa eine Schwellwertfluktuation, die die minimalen
Transistorabmessungen in RAM-Bereichen moderner Halbleiterbauelemente
deutlich beschränken
können,
zu verringern, da eine merkliche Fehlanpassung der Schwellwertspannung
zu entsprechenden Instabilitäten
beim Schreiben eines Bits in die entsprechende Speicherzelle führen kann.
Wie zuvor erläutert
ist, ist in modernen SOI-Transistoren das Körpergebiet, d. h. der zwischen
dem Drain- und Sourcegebiet ausgebildete Bereich, elektrisch in
vertikaler Richtung durch die vergrabene isolierende Schicht isoliert,
so dass entsprechende Minoritätsladungsträger, die durch
Stoßionisation
und dergleichen erzeugt werden, sich in dem Körpergebiet ansammeln können, wodurch
deutlich die entsprechende Schwellwertspannung geändert wird,
d. h. die Spannung, ab der sich ein leitender Kanal in dem Körpergebiet
aufbaut. Sofern nicht zusätzliche
sogenannte Körperkontakte vorgesehen
sind, können
somit die angesammelten Ladungsträger nur über die entsprechenden Drain- und
Sourcegebiete abgeführt
werden, und somit werden konventioneller Weise entsprechende Dislokationsdefekte
in der Nähe
der PN-Übergänge erzeugt, um
die Leckströme
zu erhöhen,
d. h. die Diodensperrströme,
die es dann ermöglichen,
zumindest in einem gewissen Maße
die angesammelten Minoritätsladungsträger abzuführen. Obwohl
dieser Mechanismus äußerst effizient
ist, insbesondere in Logikblöcken
von integrierten Schaltungen, ist ein verbesserter Mechanismus zum
Abführen
von Ladungsträgern
aus dem Körpergebiet
wünschenswert,
um in noch effizienterer Weise Hystereseeffekte zu verringern. Beispielsweise
ist in statischen RAM-Bereichen von Mikroprozessoren oder anderen
integrierten Schaltungen mit ausgedehnten Speicherbereichen eine
moderat stabile Schwellwertspannung (Vt) ein wichtiger Faktor für einen
stabilen Betrieb der entsprechenden RAM-Bit-Zellen. Folglich wird in einigen konventionellen
Lösungsvorschlägen der
merklichen Variation der Schwellwertspannung dadurch Rechnung getragen,
dass die Transistorbreite entsprechend dimensioniert wird, so dass
ausreichende Bereichsgrenzen für
das Durchlassstromvermögen
zur Kompensierung der Schwellwertspannungsvariationen gegeben sind.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Effekt des schwebenden bzw. potentialfreien Körpers und
damit die Schwellwertspannungsvariation deutlich reduziert, ohne
dass im Wesentlichen andere Leistungseigenschaften der SOI-Transistoren
negativ beeinflusst werden, indem in geeigneter Weise eine leichte
atomare Gattung, etwa Kohlenstoff oder Fluor vorgesehen werden,
die nicht in wesentlicher Weise die Dotiereigenschaften ändern und
die auch als nicht dotierende Gattung bezeichnet werden, um in effizienter
Weise den Übergangsleckstrom
zu modifizieren, d. h. den Leckstrom am Übergang deutlich zu erhöhen, was
sich direkt in eine entsprechende erhöhte Stabilisierung der Schwellwertspannung
auswirkt. Folglich kann für
ansonsten identische Transistorparameter eine deutliche Verbesserung
im Hinblick auf die Spannungs- und Temperaturabhängigkeit erreicht werden, da
viele moderne SOI-Bauelemente speziell für spezifizierte Betriebsbedingungen
auf Grund der Spannungs- und Temperaturabhängigkeit des Effekts des schwebenden
Körpers
entworfen sind. In anderen Fällen können spezielle
Bauteilbereiche, etwa SRAM-Bereiche, SOI-Transistoren mit einem
verbesserten Leckstromverhalten erhalten, um die Schwellwertspannungsstabilität zu verbessern,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, die Gesamttransistorabmessungen deutlich zu verringern,
während
andere Bauteilbereiche, etwa Logikblöcke, auf der Grundlage konventioneller
Techniken hergestellt werden können,
wodurch die statischen Leckströme
in diesen Bereichen nicht unnötig
erhöht
werden.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1e und 2a bis 2d werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit
einem SOI-Transistor 110 in einem frühen Fertigungsstadium. In dieser
Fertigungsphase kann der SOI-Transistor 110 eine Gateelektrode 104 aufweisen,
die auf einer Gateisolationsschicht 105 gebildet ist, die
wiederum auf einer Halbleiterschicht 103 vorgesehen ist. Die
Halbleiterschicht 103 kann ein beliebiges geeignetes Halbleitermaterial
aufweisen. In anschaulichen Ausführungsformen
ist die Schicht 103 im Wesentlichen aus Silizium aufgebaut,
da die große
Mehrheit der komplexen integrierten Schaltungen gegenwärtig und
in der näheren
Zukunft auf der Grundlage von Silizium hergestellt wird. Es sollte
beachtet werden, dass die Halbleiterschicht 103 nach Bedarf
eine gewisse Menge an Dotierstoffen gemäß einem spezifizierten Konzentrationsprofil
aufweisen kann. Des weiteren ist eine Dicke der Halbleiterschicht 103 geeignet
gewählt,
um die erforderlichen Bauteileigenschaften zu gewährleisten.
Beispielsweise kann der SOI-Transistor 110 als ein teilweise
verarmter Transistor gestaltet sein, wobei eine Dicke der Halbleiterschicht 103 im
Bereich von 10 bis einigen 10 nm liegt. Des weiteren kann die Halbleiterschicht 103 bauteilspezifische
Eigenschaften im Hinblick auf die Kristallorientierung, die Verformung,
und dergleichen aufweisen. Wenn beispielsweise der Transistor 110 einen
Transistor auf Siliziumbasis repräsentiert, kann die Schicht 103 als
eine verformte Siliziumschicht vorgesehen werden, um damit die Ladungsträgerbeweglichkeit
zu erhöhen.
Die Schicht 103 kann gemäß einer typischen SOI-(Silizium-auf-Isolator)Konfiguration
auf einer entsprechenden vergrabenen isolierenden Schicht 102 hergestellt
sein, die aus einem beliebigen geeigneten Material, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, und dergleichen aufgebaut ist. Des weiteren kann
ein Substrat 101, etwa ein Siliziumsubstrat, oder ein anderes
geeignetes Trägermaterial
vorgesehen sein, um die Schichten 102 und 103 aufzunehmen.
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In
dieser Fertigungsphase können
benachbart zu der Gateelektrode 104 entsprechende Drain- und
Sourcebereiche 106 durch entsprechende Isolationsstrukturen
(nicht gezeigt) und durch die Gateelektrode 104 definiert
sein, wobei entsprechende Drain- und Sourcegebiete in den zugehörigen Bereichen 106 herzustellen
sind. Ferner ist ein Körpergebiet 107,
das im Wesentlichen unter der Gateelektrode 104 angeordnet
ist, in der Schicht 103 gebildet, wobei beachtet werden
sollte, dass die Abmessungen der Drain- und Sourcebereiche 106 sowie
des Körpergebiets 107 durch
spätere
Fertigungsprozesse definiert werden, wenn die eigentlichen Drain-
und Sourcegebiete auf der Grundlage entsprechender Implantationsprozesse
und Ausheizsequenzen hergestellt werden, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Das Körpergebiet 107 kann
daher das Halbleitergebiet in der Schicht 103 repräsentieren,
das zwischen dem Drain- und Sourcegebieten angeordnet ist, die noch
herzustellen sind und die entsprechende PN-Übergänge mit dem Körpergebiet
definieren. Daher ist das Körpergebiet
invers in Bezug auf die Drain- und Sourcegebiete dotiert, während ein
leitender Kanal sich in dem Körpergebiet
beim Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode 104 während des
Betriebs des Transistors 100 aufbaut. Ferner kann in einer
anschaulichen Ausführungsform
die Gateelektrode 104 daran ausgebildete Offset- bzw. Versatzabstandselemente 108 aufweisen,
die beispielsweise aus Siliziumdioxid aufgebaut sind, um damit einen
erforderlichen Abstand für
einen Ionenimplantationsprozess 109 zu schaffen, der so gestaltet
ist, dass die Drain- und Sourcebereiche 106 im Wesentlichen
amorphisiert werden, um in einem späteren Rekristallisierungsvorgang
entsprechende kristalline Defekte in dem Körpergebiet 107 und
in den Drain- und Sourcegebieten, die noch zu bilden sind, zu erzeugen,
um damit effektive Leckstromwege der entsprechenden PN-Übergänge zu erzeugen, wie
dies zuvor erläutert
ist. Typischerweise wird der Implantationsprozess 109 als
ein Voramorphisierungsimplantationsprozess bezeichnet, wobei typischerweise
eine schwere Ionensorte verwendet wird, um einen deutlichen Kristallschaden
bei moderater Implantationsdosis zu schaffen. Beispielsweise werden
Xenon, Germanium, und dergleichen auf der Grundlage gut etablierter
Implantationsrezepte verwendet, um die Drain- und Sourcebereiche 106 im Wesentlichen
zu amorphisieren. Es sollte beachtet werden, dass in anderen anschaulichen
Ausführungsformen
die Voramorphisierungsimplantation 109 in einer späteren Phase
ausgeführt
werden kann, wie dies mit Bezug zu den 2a bis 2d beschrieben
ist.
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Das
Halbleiterbauelement 100, wie es in 1a gezeigt
ist, kann gemäß den folgenden
Prozessen hergestellt werden. Nach dem Bereitstellen des Substrats 101 mit
der darauf ausgebildeten vergrabenen isolierenden Schicht 102 und
der Halbleiterschicht 103 werden geeignete Isolationsstrukturen,
etwa flache Grabenisolationen, auf der Grundlage gut etablierter
Verfahren hergestellt, um damit mehrere elektrisch isolierte SOI-Gebiete
zu schaffen. Nach oder vor der Herstellung der Isolationsgräben können Implantationsprozesse
ausgeführt
werden, um ein entsprechendes vertikales Dotierstoffprofil innerhalb
der Halbleiterschicht 103 zu erzeugen. Anschließend wird
isolierendes Material für
die Gateisolationsschicht 105 gebildet, beispielsweise
durch Oxidation und/oder Abscheidung, woran sich das Abscheiden
eines geeigneten Gateelektrodenmaterials, etwa Polysilizium, dotiert
oder undotiert, anschließt, was
auf der Grundlage gut etablierter CVD-(chemische Dampfabscheide-)Prozesse
bei geringem Druck bewerkstelligt werden kann. Danach werden die
Materialschichten auf der Grundlage von Photolithographie und modernen Ätzverfahren
strukturiert, um die Gateelektrode 104 und die Gateisolationsschicht 105 zu
erhalten. Danach werden die Versatzabstandshalter 108 durch
konformes Abscheiden eines geeigneten Materials, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, und dergleichen gebildet. Bei Bedarf können horizontale
Bereiche des Materials durch anisotrope Ätzverfahren entfernt werden,
um die Abstandshalter 108 in der gezeigten Form zu bilden.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
wird eine Breite der Versatzabstandshalter 108 gemäß den Erfordernissen
eingestellt, wie sie durch einen Implantationsprozess zur Herstellung
von Drain- und Sourceerweiterungsgebieten vorgegeben sind, wobei
ein entsprechender Implantationsprozess vor oder nach dem Voramorphisierungsprozess 109 stattfinden kann.
Es sollte beachtet werden, dass der Voramorphisierungsimplantationsprozess 109 in
einer späteren
Phase auf der Grundlage von anderen Seitenwandabstandshaltern durchgeführt werden
kann, die zum lateralen Profilieren der Drain- und Sourcegebiete,
die noch herzustellen sind, verwendet werden können, wenn ein größerer Abstand
zu der Gateelektrode 104 erforderlich ist. In der gezeigten
Ausführungsform
kann der Voramorphisierungsimplantationsprozess 109 auf
der Grundlage der Abstandshalter 108 ausgeführt werden,
um damit im Wesentlichen die Drain- und Sourcebereiche 106 bis
zu einer Tiefe zu amorphisieren, die sogar bis zu der vergrabenen
isolierenden Schicht 102 erstrecken kann. In diesem Falle
kann ein nachfolgender Aufwachsprozess der amorphisierten Bereiche 106 auf
der Grundlage der kristallinen Schablone stattfinden, die von dem
Körpergebiet 107 bereitgestellt
wird.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterelement 100 während eines weiteren Implantationsprozesses 111,
während
welchem eine leichte atomare Gattung 111b, etwa Kohlenstoff,
Fluor, und dergleichen, in die Schicht 103 mit einer geeigneten
Konzentration und bis zu einer spezifizierten Tiefe 111a eingeführt wird,
um das Vorhandensein der leichten atomaren Gattung in den Drain-
und Sourcegebieten zu gewährleisten,
die in einem Teil des Körpergebiets 107 herzustellen
sind. Beispielsweise kann Kohlenstoff auf der Grundlage spezifizierter
Prozessparameter implantiert werden, wobei entsprechende Implantationsdosiswerte
und Energiewerte effizient auf der Grundlage von Simulationsberechnungen
ermittelt werden können,
um damit eine gewünschte
Konzentration an der spezifizierten Tiefe 111a zu erhalten.
Beispielsweise kann eine Konzentration von Kohlenstoffatomen, die
um die Tiefe 111a herum angeordnet sind, im Bereich von
ungefähr
1 × 1019 bis 1 × 1020 Atome
pro cm3 liegen. Ähnliche Werte gelten auch für Fluor.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird, wenn eine moderat geringe Konzentration von 1 bis 5 × 1019 Atome pro cm3 als
geeignet erachtet wird, der Implantationsprozess 111 in
einer früheren
Fertigungsphase durchgeführt,
beispielsweise vor dem Herstellen der Gateelektrode 104,
wodurch die leichte atomare Gattung, etwa Kohlenstoff und Fluor,
durchgängig
im Körpergebiet 107 angeordnet
werden. Wenn beispielsweise ein erforderliches vertikales Dotierstoffprofil
in der Halbleiterschicht 103 gebildet wird, kann der Implantationsprozess 111 in
den entsprechenden Implantationszyklus eingebunden werden, um die
gewünschte
Kohlenstoff- oder Fluorkonzentration vorzusehen. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
wird die entsprechende leichte atomare Gattung während eines epitaktischen Wachstumsprozesses
eingebaut, wenn die Schicht 103 oder ein Teil davon auf
der Grundlage epitaktischer Wachstumsverfahren gebildet wird, in
welchem eine entsprechende Menge an Kohlenstoff, Fluor, und dergleichen
während
einer speziellen Phase des epitaktischen Wachstumsprozesses eingebaut
wird.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Hier umfasst das Bauelement 100 Drain-
und Sourceerweiterungsgebiete 112, die durch eine geeignet
hohe Dotierstoffkonzentration gebildet sind, wobei ein n-Dotiermittel oder
ein p-Dotiermittel, abhängig
von der Art des durch den Transistor 110 repräsentierten
Transistortyps, zu einer spezifizierten Tiefe gemäß den Bauteilerfordernissen eingeführt wird.
Wie zuvor erläutert
ist, können
die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 112 in anderen
anschaulichen Ausführungsformen
vor der Voramorphisierungsimplantation 109 und in einigen
Ausführungsformen
vor dem Implantationsprozess 111 zum Einführen der
leichten atomaren Gattung 111b gebildet werden. Ein entsprechender
Prozessablauf kann vorteilhaft sein, wenn ein größerer Abstand der im Wesentlichen
amorphisierten Bereiche 106 in Bezug auf die Gateelektrode 104,
d. h. in Bezug auf ein Kanalgebiet, das unmittelbar unter der Gateisolationsschicht 105 angeordnet
ist, erforderlich ist. Andererseits kann die Herstellung der Erweiterungsgebiete 112 auf
der Grundlage der voramorphisierten Bereiche 106 Kanalwirkungen
während
eines entsprechenden Implantationsprozesses zur Bildung der Gebiete 112 reduzieren,
wodurch die Positioniergenauigkeit für die Gebiete 112 verbessert
wird.
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Ferner
werden in einigen anschaulichen Ausführungsformen sogenannte Halo-Gebiete 113 auf
der Grundlage eines entsprechenden Implantationsprozesses hergestellt.
Das Halo-Gebiet 113 enthält eine
erhöhte
Dotierstoffkonzentration der gleichen Leitfähigkeitsart wie das verbleibende
Körpergebiet 117,
um damit einen effizienter abgestuften Dotierstoffgradienten der
PN-Übergänge zu erhalten, die
zwischen den Erweiterungsgebieten 112, die invers in Bezug
auf das Körpergebiet 107 und
das Halo-Gebiet 113 dotiert sind, und den tiefen Drain-
und Sourcegebieten, die noch zu bilden sind. Die Halo-Gebiete 113 können auf
der Grundlage gut etablierter Implantationsrezepte hergestellt werden,
die auch eine geneigte Implantation enthalten können, um die erhöhte Dotierstoffkonzentration
auch bis unter die Gateelektrode 104 zu erzeigen. Es sollte
beachtet werden, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen
der Implantationsprozess 111 zum Einführen der leichten atomaren
Gattung 111b nach dem entsprechenden Implantationsprozessen
zum Definieren der Halo-Gebiete 113 und der Erweiterungsgebiete 112 ausgeführt werden
kann. Beispielsweise kann der Implantationsprozess 111 nach
der Halo-Implantation auf der Grundlage eines anderen Seitenwandabstandshalterelements
ausgeführt
werden, wodurch eine erhöhte
Flexibilität
bei der Gestaltung des lateralen Profils der Konzentration der leichten
atomaren Gattung 111b erreicht wird. Wenn beispielsweise
ein geringerer Überlapp
mit dem Körpergebiet 107 erwünscht ist,
kann ein entsprechendes Abstandshalterelement mit höherer Dicke
vor der Implantation 111 vorgesehen werden, wodurch ein
erhöhter
Abstand in Bezug auf die Gateelektrode 104 erreicht wird.
Die leichte atomare Gattung 111b kann auch als eine nichtdotierende
Gattung bezeichnet werden, da die entsprechenden Atome als Ladungsträgereinfangzentren
und/oder Diffusionsmodifizierungselemente anstatt als Akzeptoren
oder Donatoren wirken, wie dies der Fall ist für standardmäßige Dotierstoffgattungen,
die die entsprechenden Fermi-Niveaus in der entsprechenden Bandlücke verschieben.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Der Transistor 110 kann
in dieser Phase eine Seitenwandabstandshalterstruktur 114 aufweisen,
die an Seitenwänden
der Gateelektrode 104 ausgebildet ist, wobei die Abstandshalterstruktur 114 einen
oder mehrere individuelle Abstandshalter, etwa die Abstandshalter 114a, 114b möglicherweise
mit zusätzlichen Ätzstoppbeschichtungen
aufweisen kann, wobei eine Breite der Abstandshalterstruktur 114 auf
der Grundlage von Entwurfskriterien im Hinblick auf die laterale
Profilierung von tiefen Drain- und Sourcegebieten 115 definiert
ist, die auf der Grundlage eines Implantationsprozesses 116 hergestellt
werden können.
Es sollte beachtet werden, dass der Prozess 116 mehrere
Implantationsschritte enthalten kann, wobei das erste Abstandselement 114a gebildet
wird und nachfolgend ein erster Implantationsschritt ausgeführt wird,
und nachfolgend das zweite Abstandselement 114b hergestellt
wird, woran sich ein zweiter Implantationsschritt anschließt. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen
können
mehr Abstandselemente oder ein einzelnes Abstandselement geeignet
sein, um die entsprechende laterale und vertikale Dotierstoffkonzentration
für die
tiefen Drain- und Sourcegebiete 115 zu erzeugen.
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Die
Abstandshalterstruktur 114 kann auf der Grundlage gut etablierter
Rezepte hergestellt werden, die das Abscheiden eines geeigneten
Abstandsmaterials, etwa Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, und dergleichen
beinhalten, wobei bei Bedarf vor dem Abstandsmaterial das entsprechende
Beschichtungsmaterial hergestellt werden kann, und nachfolgend wird
ein anisotroper Ätzprozess
ausgeführt,
um die einzelnen Abstandshalterelemente der Struktur 114 zu
erhalten. Während
der entsprechenden Prozesssequenz können die Abscheide- und Ätzparameter
in geeigneter Weise eingestellt werden, um die erforderliche Abstandshalterbreite
und damit die maskierende Wirkung während des einen oder der mehreren
der Implantationsschritte des Prozesses 116 zu erreichen.
Nach dem Ende des Implantationsprozesses 116 wird ein geeigneter
Ausheizprozess ausgeführt,
um die Dotierstoffgattung, die die Erweiterungsgebiete 112 und
die tiefen Drain- und Sourcegebiete 115 bildet, sowie die
Halo-Gebiete 113 und die leichte atomare Gattung 111b zu
aktivieren. Ferner können während des
entsprechenden Ausheizprozesses die im Wesentlichen amorphisierten
Bereiche 106 im Wesentlichen rekristallisiert werden, wobei
während des
Rekristallisierungsprozesses entsprechende Dislokationseffekte in
der Nähe
der Grenze zwischen dem kristallinen und dem im Wesentlichen amorphisierten
Gebiet hervorgerufen werden. Abhängig
von den Eigenschaften der Ausheizprozedur kann ferner ein gewisses
Maß an
Diffusion der Dotiermittel und der nicht dotierenden atomaren Gattung 111b auftreten,
wobei das Vorhandensein der Gattung 111b zu einem gewissen
Grade das Diffusionsverhalten der Dotiermittel modifizieren kann,
was zu einem reduzierten Ausdiffundieren von Dotiermitteln führen kann,
wodurch ein ausgeprägterer
Dotierstoffgradient an den PN-Übergängen erreicht
wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden äußerst moderne
Ausheizverfahren etwa blitzlichtgestützte oder lasergestützte Ausheizverfahren
angewendet, in denen Pulse energetischer Strahlung mit kurzer Dauer
auf freiliegende Oberflächenbereiche
gerichtet werden, um die entsprechenden Oberflächen in äußerst lokaler Weise aufzuheizen,
wodurch eine effiziente Aktivierung von Dotiermitteln in Gang gesetzt wird,
wobei das Maß an
Diffusion deutlich reduziert ist auf Grund der kurzen Dauer der
entsprechenden Strahlungsimpulse. Andererseits kann eine effiziente Rekristallisierung
auf der Grundlage einer Wärmebehandlung
bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 600 bis 800 Grad C ausgeführt werden,
bei der eine Dotiermitteldiffusion deutlich reduziert ist, während die
Kristallstruktur im Wesentlichen wieder hergestellt wird.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Nach dem Ende des zuvor beschriebenen
Ausheizprozesses weist das Bauelement 100 entsprechende
Bereiche 119 mit verstärkten
Dislokationsdefekten auf, die sich von dem Körpergebiet 107 in
die Erweiterungsgebiete 112 und/oder die tiefen Drain-
und Sourcegebiete 115, abhängig von deren lateraler Profilierung,
erstrecken, wodurch vergrößerte Leckstromwege
für Ladungsträger geschaffen
werden, die sich in dem Körpergebiet 107 ansammeln,
wie dies zuvor erläutert
ist. Zumindest ein Teil der Gebiete 119 weist die nicht
dotierende leichte atomare Gattung 111b auf, wodurch der Leckstrom
der Übergänge noch
weiter erhöht
wird, wie dies zuvor erläutert
ist. Wie ferner zuvor mit Bezug zu 1d beschrieben
ist, besitzen die entsprechenden PN-Übergänge 115p ein ausgeprägteres,
d. h. abruptes Konzentrationsprofil, wenn konventionelle Ausheizverfahren
eingesetzt wurden, auf Grund des modifizierten Diffusionsverhaltens,
das durch das Vorhandensein der nicht dotierenden leichten atomaren
Gattung 111b hervorgerufen wird. Als Folge davon kann während des
Betriebs des Transistors 110 der Anteil an Minoritätsladungsträgern, d.
h. der Löcher
für einen
n-Kanaltransistor und der Elektronen für einen p-Kanaltransistor, die sich in dem Körpergebiet 107 ansammeln,
deutlich auf Grund der erhöhten
Leckstromrate reduziert werden, die durch die Gebiete 119 mit
der nicht-dotierenden
leichten atomaren Gattung 111b geschaffen wird.
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Des
weiteren kann das Bauelement 100 entsprechende Metallsilizidgebiete 117 aufweisen,
die in den Drain- und Sourcegebieten 115 und in der Gateelektrode 104 ausgebildet
sind, um den Kontakt- und Schichtwiderstand dieser Bereiche zu verringern. Beispielsweise
können
die Gebiete 117 Nickel, Platin, Kobalt, oder Kombinationen
davon in Form entsprechender Metallsilizide aufweisen. Des weiteren kann
das Halbleiterbauelement 100 darauf ausgebildet eine entsprechende
verspannte dielektrische Schicht 118 aufweisen, die aus
einem geeigneten Material aufgebaut ist, etwa Siliziumnitrid, das
mit einer hohen intrinsischen Verspannung im Bereich von ungefähr 2,0 GPa
(Giga Pascal) mit Druckverspannung oder Zugverspannung vorgesehen
werden kann, wodurch ebenso ein hoher Betrag an Verformung in dem
Körpergebiet 107 erzeugt
wird, wodurch die Ladungsträgerbeweglichkeit
von Löchern und
Elektronen erhöht
wird, wenn entsprechend eine Druckverspannung oder Zugverspannung
vorgesehen wird. Es sollte beachtet werden, dass die verspannte
dielektrische Schicht 118 mit unterschiedlicher intrinsischer
Verspannung für
unterschiedliche Arten an Transistoren 110 vorgesehen werden
kann, die auf dem Halbleiterbauelement 100 gebildet sind. Wenn
beispielsweise der Transistor einen p-Kanaltransistor repräsentiert
kann die Schicht 118 mit einer hohen kompressiven Verspannung
vorgesehen werden, während
eine hohe Zugverspannung bereitgestellt wird, wenn der Transistor 110 einen
n-Kanaltransistor
darstellt. Unabhängig
von der Art des Transistors wird die nicht dotierende leichte atomare
Gattung 111b vorgesehen, wie dies zuvor erläutert ist, um
eine Erhöhung der
Leckströme
am Übergang
zu erreichen, wodurch die Wirkung des schwebenden Körpers für beide
Transistorarten deutlich reduziert wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2d werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben, in denen SOI-Transistoren
mit einem erhöhten Übergangsleckstrom
durch das Vorsehen einer nicht dotierenden leichten atomaren Gattung
in einer lokal selektiven Weise bereitgestellt werden, um damit deutlich
das Leistungsverhalten eines Halbleiterbauelements als Ganzes zu
verbessern.
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2a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 200 mit einem ersten
Bauteilgebiet 250l und einem zweiten Bauteilgebiet 250m,
wobei beide Gebiete 250l, 250m Gebiete repräsentieren,
die eine SOI-Architektur aufweisen. D. h., das Halbleiterbauelement 200 weist
ein Substrat 201 auf, etwa ein Siliziumsubstrat oder ein
anderes geeignetes Trägermaterial,
auf welchem eine vergrabene isolierende Schicht 202 ausgebildet
ist, etwa eine Siliziumdioxidschicht, und dergleichen, auf der eine
Halbleiterschicht 203 angeordnet ist. In beiden Bauteilgebieten 250l, 250n sind
mehrere SOI-Gebiete auf der Grundlage entsprechender Isolationsstrukturen 230 gebildet.
Die jeweiligen SOI-Gebiete entsprechen Transistorelementen 210l und 220l in
dem ersten Bauteilgebiet 250l, während erste Transistoren 210n und
zweite Transistoren 220m in dem zweiten Bauteilgebiet 250n vorgesehen
sind. Beispielsweise können
die Transistoren 210l, 210m n-Kanaltransistoren
repräsentieren,
während
die Transistoren 220l, 220n p-Kanaltransistoren
darstellen können.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Transistoren 210l, 220l in
dem ersten Bauteilgebiet 250l beliebige Transistorarten
repräsentieren
können,
die eine unterschiedliche Art an Behandlung im Hinblick auf die Herstellung
der PN-Übergänge oder
im Hinblick auf andere transistorspezifische Eigenschaften erhalten sollen.
Das gleiche gilt für
die Transistoren 210m, 220m in dem zweiten Bauteilgebiet 250m.
Im Folgenden wird angenommen, dass das zweite Bauteilgebiet 250m,
das einen Speicherbereich, etwa einen statischen RAM-Bereich eines
Mikroprozessors, und dergleichen, repräsentieren kann, PN-Übergänge mit einem
erhöhten
Leckstrom erhalten soll, um deutlich reduzierte Potentialschwankungen
des schwebenden Körpers
zu erhalten und damit die Schwellwertspannungsfluktuation zu verringern.
Andererseits kann das Bauteilgebiet 250l einen Bauteilbereich
repräsentieren,
der ein logischer Funktionsblock ist, in welchem die Erfordernisse
für die
Schwellwertspannungsstabilität
wenig ausgeprägt
sind, wohingegen eine reduzierte Leckstromrate der Übergänge vorgesehen
wird, um eine insgesamt erhöhte
Leistungsfähigkeit
des Bauelements 200 zu erreichen, da die statische Leistungsaufnahme
auf einem moderat geringen Niveau in dem ersten Bauelementgebiet 250l gehalten
werden kann.
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Die
Transistoren 210l, 220l, 210m, 220m in dem
ersten und dem zweiten Bauteilgebiet 250l, 250m können im
Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der Transistor 110 aufweisen,
wie er zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1e beschrieben
ist. In anschaulichen Ausführungsformen
können
die Transistoren 210, 220 in dieser Fertigungsphase
eine Gateelektrode 204 und eine Seitenwandabstandshalterstruktur 210,
die daran ausgebildet ist, aufweisen. In entsprechenden Drain- und
Sourcebereichen 206 können
bereits entsprechende Erweiterungsgebiete (nicht gezeigt) auf der
Grundlage einer geeigneten Versatzabstandshalterstruktur (nicht
gezeigt) ausgebildet sein, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben
ist. Des weiteren kann ein Körpergebiet 207 zwischen
den entsprechenden Drain- und Sourcebereichen 206 angeordnet
sein. Das Bauelement 200 wird einem Voramorphisierungsimplantationsprozess 209 unterzogen, wobei
in den anschaulichen Ausführungsformen,
die in den 2a bis 2c gezeigt
sind, der entsprechende Implantationsprozess 209 selektiv
an speziellen Transistorarten, etwa den Transistoren 210l und 210m,
ausgeführt
wird, während
andere Transistoren, etwa die Transistoren 220l und 220m durch
eine entsprechende Lackmaske 231 abgedeckt sind. Eine entsprechende
Prozessstrategie kann vorteilhaft sein, wenn die Profilierung der
entsprechenden Drain- und Sourcegebiete in den Bereichen 209 unterschiedlich
für die
unterschiedlichen Transistorarten auszuführen ist, beispielsweise auf
Grund der unterschiedliche Art an Dotiermittel, die zur verwenden ist,
und dergleichen. Z. B. wird Bor häufig als ein p-Dotiermittel
für p-Kanaltransistoren
verwendet, das ein deutlich anderes Diffusionsverhalten im Vergleich zu
n-Dotiermitteln, etwa Arsen, zeigt, wodurch möglicherweise eine andere Implantations-
und Amorphisierungsstrategie erforderlich ist. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
kann die Voramorphisierungsimplantation 209 gemeinsam für alle Transistoren
innerhalb des ersten Bauteilgebiets 250l ausgeführt werden,
oder kann gemeinsam für alle
Transistorelemente in dem zweiten Bauteilgebiet 250m ausgeführt werden,
oder kann gemeinsam für alle
Transistorelemente des Bauelements 200 ausgeführt werden.
Wie zuvor erläutert
ist, kann die Voramorphisierungsimplantation 209 vor der
Herstellung der Abstandshalterstruktur 214 ausgeführt werden, wie
dies beispielsweise mit Bezug zu den 1a bis 1e erläutert ist,
während
in dieser Ausführungsform
ein größerer Abstand
des amorphen Gebiets zu den entsprechenden Gateelektroden 204 erreicht wird.
Folglich können
entsprechende Dislokationsdefekte des Transistors mit Abstand zu
den entsprechenden Kanalgebieten angeordnet werden. Beispielsweise
wird die Implantation 209 auf der Grundlage von Xenon,
Germanium oder anderen schweren Ionen ausgeführt, wobei entsprechende Implantationsparameter
zum Erreichen der erforderlichen Amorphisierungswirkung bis hinab
zu einer gewünschten
Tiefe auf der Grundlage von Simulationsberechnungen und/oder entsprechenden
Experimenten ermittelt werden können.
Folglich wird ein gewünschtes
Maß an
Amorphisierung in den Drain- und Sourcebereichen 206 in
den Transistoren 210l, 210m erreicht.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit einer weiteren
Implantationsmaske 232 in dem ersten Gebiet 250l,
während
zumindest ein Teil des zweiten Gebiets 250m, d. h., der
Transistor 210m freigelegt ist. Ferner unterliegt das Bauelement 200 einem
Implantationsprozess 211 zum Einführen einer leichten atomaren
Gattung, wobei in einer anschaulichen Ausführungsform Kohlenstoff als die
leichte atomare Gattung verwendet wird, um entsprechend das Leckstromverhalten
des Übergangs bei
der Herstellung entsprechender PN-Übergänge zu modifizieren. Hinsichtlich
der Gegebenheiten des Implantationsprozesses 211 gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Prozess 111 erläutert sind.
D. h., geeignete Implantationsparameter, etwa Dosis und Energie,
können
auf der Grundlage der bauteilspezifischen Erfordernisse mittels
Simulation und/oder Experiment ermittelt werden. Folglich kann die
entsprechende leichte atomare Gattung, etwa Kohlenstoff, mit einer
erforderlichen Konzentration bis hinab zu einer spezifizierten Tiefe
eingeführt
werden, um damit die gewünschte
Erhöhung von
Leckströmen
für entsprechende
PN-Übergänge zu erhalten,
wie dies zuvor erläutert
ist. Beispielsweise kann der Prozess 211 so gestaltet sein,
dass die entsprechende atomare Gattung innerhalb der gesamten Tiefe
der Halbleiterschicht 203 positioniert ist oder die maximale
Konzentration kann an einer erforderlichen Tiefe angeordnet werden,
wie dies beispielsweise mit Bezug zu 1b gezeigt
und erläutert
ist.
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2c zeigt
schematisch das Bauelement 200 während eines weiteren Implantationsprozesses 216 auf
der Grundlage einer geeigneten Lackmaske 233, die die Transistoren 210l, 210m freigibt,
während
die Transistoren 220l, 220m abgedeckt sind. Während der
Implantation 216 können
die entsprechenden Dotierstoffgattungen für die tiefen Drain- und Sourcegebiete
in die Bereiche 206 auf der Grundlage gut etablierter Implantationsrezepte
eingebracht werden. Es sollte beachtet werden, dass eine entsprechende
Prozesssequenz, wie sie in den 2a bis 2c gezeigt
ist, bereits für
die Transistoren 220l, 220m ausgeführt worden
sein kann, wenn die entsprechenden Prozesse individuell an die entsprechende
Transistorarten anzupassen sind. In noch anderen Ausführungsformen
werden, wie zuvor erläutert
ist, die entsprechenden in den 2a und 2b gezeigten
Prozesse gleichzeitig für
jede Transistorart in den entsprechenden Gebieten 250l, 250n ausgeführt, d.
h. die Transistoren 210l, 220l in dem Gebiet 250l werden
von der Lackmaske 232 abgedeckt, während alle Transistoren 210m, 220m während des
Implantationsprozesses 211 freiliegen, um gemeinsam darin
die entsprechende leichte atomare Gattung vorzusehen, wenn die entsprechenden Implantationsparameter
für beide
Transistorarten geeignet sind. Ähnliches
gilt für
die Amorphisierungsimplantation 209. Dadurch kann die Drain-Source-Implantation 216 auf
der Grundlage der Maske 233 ausgeführt werden, so dass die geeignete
Dotierstoffgattung für
die entsprechenden Transistorarten bereitgestellt wird.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann die zuvor beschriebene Sequenz für die Transistoren 220l, 220n nach
dem Ende des Prozesses 216 wiederholt werden, wobei die
entsprechenden Transistoren 210l, 210m durch entsprechende Implantationsmasken
abgedeckt werden können. Unabhängig von
der angewendeten Prozessstrategie wird nach dem Herstellen entsprechender
Drain- und Sourcegebiete in allen Transistoren 210l, 220l, 210m, 220m ein
geeigneter Ausheizprozess ausgeführt,
um amorphisierte Bereiche zu rekristallisieren und um entsprechende
Dotiermittel in den Transistoren zu aktivieren.
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2d zeigt
schematisch das Bauelement 200 nach dem Ende des entsprechenden
Ausheizprozesses, wobei der Einfachheit halber entsprechende Dislokationsdefektgebiete 219,
die von der Voramorphisierungsimplantation 209 stammen,
nur in den Transistoren 210l, 210m gezeigt sind.
Auf Grund der zusätzlichen
Einbindung der leichten atomaren Gattung, etwa Kohlenstoff, sorgen
die entsprechenden Defektgebiete 219a in den Transistoren 210m,
die zumindest teilweise die zusätzliche
atomare Gattung aufweisen, für
deutlich erhöhte
Leckströme
bei den Übergängen im
Vergleich zu den entsprechenden Defektgebieten 219 in dem
Transistor 210l. Folglich können die entsprechenden Transistoren 210m eine
deutlich geringere Schwellwertfluktuation aufweisen, wodurch diese
Transistoren geeignet sind für
statische RAM-Bereiche, in denen ein hohes Maß an Schwellwertspannungsanpassung
erforderlich ist. Somit kann ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen
SOI-Strategien für
moderne Halbleiterbauelement beibehalten werden, während dennoch eine
deutliche Verbesserung der Produktionsausbeute erreicht werden kann
auf Grund der geringeren Wirkungen der schwebenden Körper in
sensitiven Bauteilbereichen, etwa dem Gebiet 250m. Ferner können die
Transistorabmessungen in dem Gebiet 250m, d. h. die Abmessungen
in der entsprechenden Transistorbereitenrichtung, verringert werden
im Vergleich zu konventionellen Bauelementen, wobei im Wesentlichen
das gleiche Leistungsverhalten erreicht wird, da die Durchlassstrombetriebsbereiche auf
Grund der reduzierten Hystereseeffekte der Transistoren 210m in
dem Bauteilgebiete 250m kleiner gewählt werden können. Es
sollte ferner beachtet werden, dass die entsprechende Technik zum
Erhöhen
der Leckströme
auch auf die Transistoren 220m angewendet werden kann,
obwohl dies in 2d nicht gezeigt ist. Die selektive
Steigerung der Leckströme
durch Einbau einer leichten atomaren Gattung kann auf der Grundlage
der gleichen Prozessstrategien ausgeführt werden, wie dies zuvor
mit Bezug zu den 1a bis 1e beschrieben
ist. D. h., der Einbau der leichten atomaren Gattung kann an unterschiedlichen
Phasen im Vergleich dazu ausgeführt
werden, was in den 2a bis 2d gezeigt ist.
Z. B. kann die leichte atomare Gattung in die Halbleiterschicht 203 während einer
frühen
Fertigungsphase eingeführt
werden, möglicherweise
vor der Herstellung der Gateelektrode 204. Dazu können Implantationsverfahren,
epitaktische Wachstumsverfahren, und dergleichen eingesetzt werden.
In anderen Fällen
wird die leichte atomare Gattung durch den Prozess 211 vor
der Herstellung der Seitenwandabstandshalterstruktur 214 eingebaut,
wie dies auch mit Bezug zu den 1a bis 1e beschrieben
ist.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren
zum Reduzieren der Wirkung des schwebenden Körpers in modernen SOI-Transistoren
bereit, indem eine zusätzliche
atomare Gattung in einen Teil der Drain- und Sourcegebiete und in
das Körpergebiet
eingebaut wird, um den entsprechenden Leckstrom der Übergänge zu erhöhen. Die
leichte atomare Gattung, die in anschaulichen Ausführungsformen
Kohlenstoff oder Fluor umfasst, kann zu einem beliebigen geeigneten
Zeitpunkt der Fertigungsphase durch einen entsprechenden Implantationsprozess
oder durch andere Techniken, etwa epitaktisches Aufwachsen, und
dergleichen, eingebracht werden, wobei die entsprechenden Prozessparameter
so gesteuert werden, dass die erforderliche Erhöhung des Übergangsleckstroms erreicht
wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die entsprechende
Steigerung des Übergangsleckstroms
in einem Halbleiterbauelement in selektiver Weise erreicht, wobei
beispielsweise in Bauteilbereichen, die sehr sensibel auf Schwellspannungsfluktuationen
reagieren, eine deutliche Verringerung der Potentialschwankungen
des Körpers
erreicht werden kann, während
in weniger sensiblen Bauteilbereichen ein moderat geringer statischer Leckstrom
beibehalten werden kann. Auf diese Weise kann eine deutliche Verbesserung
des Gesamtverhaltens sowie der Produktionsausbeute erreicht werden,
während
ein hohes Maß an
Kompatibilität mit
konventionellen Verfahren beibehalten wird. Ferner wird für gegenwärtig bestehende
Bauteilentwurfsformen für
moderne SOI-Bauelemente ein besseres Leistungsverhalten im Hinblick
auf ihre Anwendbarkeit bei unterschiedlichen Spannungs- und/oder
Temperaturbedingungen auf Grund einer deutlichen Reduzierung des
Effekts des schwebenden Körpers
erreicht.