DE102006023607A1

DE102006023607A1 - Seitenwand-Distanzstruktur, Verfahren zur Ausbildung von Seitenwand-Distanzstrukturen und Feldeffekttransistoren sowie Strukturierungsverfahren

Info

Publication number: DE102006023607A1
Application number: DE102006023607A
Authority: DE
Inventors: Dirk Manger; Jyoti Gupta; Christoph Ludwig; Hans Lindemann
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: DE102006023607B4; US7678679B2; US20070254442A1

Abstract

Ein Abscheidungsmaterial, das selektiv auf den vertikalen Seitenwänden einer Vertikalstruktur (2) aufwächst, bildet Seitenwand-Distanzstrukturen (5) auf den im Wesentlichen vertikalen Seitenwänden der Vertikalstruktur (2), die auf einer horizontalen Substratoberfläche (10) eines Halbleitersubstrats (1) aufgebracht ist. Zur Steuerung des selektiven Wachstums kann auf den vertikalen Seitenwänden der Vertikalstruktur (2) ein spacerähnlicher Startfilm (50) vorgesehen werden. Die Vertikalstruktur (2) ist beispielsweise eine Gateelektrode eines Feldeffekttransistors (FETs) (91). Mit Hilfe der selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen (5) als Teil einer Implantationsmaske werden stark dotierte Kontaktbereiche (110, 120) des FETs (91) präzise von der Gateleketrode (2) beabstandet. Der Abstand (70) der stark dotierten Kontaktbereiche (110, 120) zu der Gateelektrode (2) ist unabhängig von der Höhe der Gateeleketrode (2). Es lassen sich Abstände von mehr als 150 mn zwischen der Gateleketrode (2) und den stark dotierten Kontaktbereichen (110, 120) erzielen, so dass die Erfindung insbesondere für DMOS-FETs vorteilhaft ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Seitenwand-Distanzstruktur einer auf einem Halbleitersubstrat vorgesehenen Vertikalstruktur. Von der Erfindung werden ein Verfahren zur Ausbildung der Vertikalstruktur mit Seitenwand-Distanzstruktur auf dem Halbleitersubstrat, ein Verfahren zur Ausbildung eines Feldeffekttransistors, das auf dem Verfahren zur Ausbildung der Seitenwand-Distanzstruktur einer auf einem Halbleitersubstrat vorgesehenen Vertikalstruktur beruht, sowie ein Strukturierungsverfahren umfasst.
Ein so genanntes „aktives Gebiet" eines Feldeffekttransistors (FET) wird im Allgemeinen in einem einkristallinen Halbleitersubstrat, etwa einem Siliziumwafer, ausgebildet. Das aktive Gebiet umfasst zwei dotierte Störstellenbereiche, die einen ersten und einen zweiten Source/Drain-Bereich des Feldeffekttransistors definieren. Der erste und der zweite Source/Drain-Bereich sind von einem ersten Leitfähigkeitstyp. Ein die beiden Source/Drain-Bereiche beabstandender Kanalbereich ist nicht dotiert oder ist von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist. Die Source/Drain-Bereiche sowie der Kanalbereich schließen an eine Substratoberfläche des Halbleitersubstrats an.
Auf der Substratoberfläche und oberhalb des Kanalbereichs ist eine Gateelektrode des FETs aufgebracht. Ein Gatedielektrikum isoliert die Gateelektrode vom Kanalbereich. Ein elektrisches Potenzial, das an die Gateelektrode angelegt wird, steuert durch kapazitive Kopplung die Verteilung von Ladungsträgern im angrenzenden Kanalbereich.
Schwach dotierte Abschnitte der Source/Drain-Bereiche sind im Wesentlichen an die einander gegenüberliegenden, vertikalen Seitenwänden der Gateelektrode ausgerichtet. Über stark dotierte Abschnitte der Source/Drain-Bereiche wird der jeweilige Source/Drain-Bereich mit einem weiteren elektrischen Schaltkreis verbunden, der innerhalb oder oberhalb des Halbleitersubstrats ausgebildet wird. Zur Gewährleistung des bestimmungsmäßigen Betriebs des FETs, insbesondere eines FETs für DMOS-Anwendungen, sind die stark dotierten Abschnitte der Source/Drain-Bereiche in einem definierten Mindestabstand zu den einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenwände der Gateelektrode auszubilden.
Gemeinhin werden dabei Seitenwand-Distanzstrukturen zur Definition einer Implantationsmaske benutzt, die die Umrisse der stark dotierten Abschnitte der Source/Drain-Bereiche festlegt. Seitenwand-Distanzstrukturen isolieren zudem die Gateelektrode eines FETs von Kontaktstrukturen zum Anschluss der Source/Drain-Bereiche. Ferner finden Seitenwand-Distanzstrukturen im Zuge von Strukturierungsverfahren, durch die sekundäre Strukturen in einem definierten Abstand zu Primärstrukturen ausgebildet werden, dann Verwendung, wenn der Abstand zwischen den beiden Strukturen wegen dessen sublithografischen Bemessung oder des Vorliegens einer dreidimensionalen Oberfläche durch fotolithografische Strukturierungsverfahren nur unzureichend bestimmt werden kann.
In Verbindung mit der Formierung von Feldeffekttransistoren versteht man unter einer Seitenwand-Distanzstruktur für gewöhnlich einen schmalen Streifen aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid, der sich entlang einer der einander gegenüberlie gender Seitenwände einer Gateelektrode aus Polysilizium erstreckt. Die Seitenwand-Distanzstruktur fungiert als Implantationsmaske und schirmt die unterliegenden schwach dotierten Abschnitte der Source/Drain-Bereiche gegen eine folgende Implantierung zur Ausbildung der stark dotierten Kontaktabschnitte der Source/Drain-Bereiche ab.
Üblicherweise geht eine Seitenwand-Distanzstruktur aus einer konformen Schicht aus abgeschiedenem Oxid oder Nitrid oder einer Kombination daraus hervor. Durch eine anisotrope Ätzung werden horizontale Abschnitte der konformen Schicht entfernt. Die anisotrope Ätzung umfasst eine Sputter-Ätzung und entfernt das abgeschiedene Material gerichtet von oben nach unten. Der Ätzprozess wird nach der Entfernung der horizontalen Abschnitte der konformen Schicht beendet. Verbleibende Reste der konformen Schicht auf den vertikalen Seitenwänden der Gateelektrode bilden die Seitenwand-Distanzstrukturen.
Die Steuerung der Formierung von Seitenwand-Distanzstrukturen wird mit wachsender Dicke der Distanzstrukturen relativ zur Höhe der Gateelektrode erschwert, da die Effektivität einer Sputter-Ätzung von der Neigung der geätzten Oberfläche zum Sputterstrahl abhängt. Dies führt dazu, dass eine anfangs rechtwinklige Struktur mit einer horizontalen Oberfläche und einer dazu vertikalen Oberfläche, die einem Ätzprozess mit einer Sputter-Komponente unterzogen wird, dazu tendiert, mit fortwährender Prozessierungsdauer eine abgeschrägte Oberfläche mit einer Neigung von etwa 30 bis etwa 40° gegen den Sputterstrahl auszubilden: Wächst die Dicke der konformen Schicht gegenüber der Höhe der Gateelektrode, so führt ein anisotropes Ätzverfahren daher zu einem eher dreieckigen Querschnitt der Seitenwand-Distanzstruktur, wobei der Neigungswinkel zwischen der äußeren vertikalen Seitenwand der Seitenwand- Distanzstruktur und der Substratoberfläche etwa 50 bis 60° beträgt.
Als Folge davon ist die Weite der Seitenwand-Distanzstruktur im Bereich der Basis nahe der Substratoberfläche von der Höhe der Gateelektrode abhängig. Für Anwendungen mit Spannungsdifferenzen zwischen der Gateelektrode und den stark dotierten Abschnitten der Source/Drain-Bereiche von mehr als 10 V ist ein Abstand zwischen den stark dotierten Source/Drain-Bereichen und der Gateelektrode von etwa 180 bis 220 nm erforderlich. Für typische Höhen des Gateelektrodenstapels von etwa 200 nm erfüllen die übliche Technologien zur Ausbildung von Distanzstrukturen (spacer) die Anforderungen an die Spacerkonformität nicht in zuverlässiger Weise.
Darüber hinaus unterliegt ein die Substratoberfläche schützender Ätzstoppfilm an der Kante der Seitenwand-Distanzstruktur Fehlermechanismen, die auf eine Überätzung der konformen Schicht zurückgehen, durch die die vollständige Entfernung der konformen Schicht von den horizontalen Abschnitten sichergestellt werden soll.
Die Weite der Distanzstruktur ist daher vom Profil der Gateelektrode, der Schichtdicke und der Konformität der Abscheidung des Spacermaterials sowie vom Verhältnis der isotropen Komponente zur anisotropen Komponente der Spacerätzung abhängig. Eine verbesserte Kontrolle aller Faktoren, die die Spacerweite beeinflussen können, wie etwa die Abscheidung des Spacermaterials und die Detektierung des Ätzendpunkts, ist erforderlich, um das Einhalten zulässiger Toleranzen gewährleisten zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seitenwand-Distanzstruktur für Vertikalstrukturen auf einem Halbleitersubstrat zur Verfügung zu stellen, deren Weite weitgehend unabhängig von Prozessabweichungen ist. Die Aufgabe umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Seitenwand-Distanzstrukturen, ein auf einer solchen Seitenwand-Distanzstruktur beruhendes Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors sowie ein auf der Seitenwand-Distanzstruktur beruhendes Strukturierungsverfahren.
Die Aufgabe wird nach einer ersten Ausführungsform durch die im Anspruch 1 angegebene Seitenwand-Distanzstruktur einer Vertikalstruktur auf einem Halbleitersubstrat gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch das Verfahren zur Herstellung einer solchen Seitenwand-Distanzstruktur gemäß Anspruch 11, dem Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit einer solchen Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 18 sowie durch das Strukturierungsverfahren nach Anspruch 26 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich zunächst auf eine Seitenwand-Distanzstruktur für eine Vertikalstruktur auf einem Halbleitersubstrat. Das Halbleitersubstrat weist einen passiven Abschnitt aus einem passiven Material auf. Das passive Material ist im Wesentlichen inert gegenüber einer im Weiteren definierten gasförmigen Vorläuferstufe. Die Vertikalstruktur ist auf einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen und weist mindestens eine bezüglich der Substratoberfläche im Wesentlichen vertikale Seitenwand mit einer Oberkante und mindestens einen aktiven Startabschnitt auf. Der Startabschnitt besteht aus einem Startmaterial und schließt mindestens abschnittsweise an die mindestens eine vertikale Seitenwand an bzw. bildet diese aus. Das Startmaterial ist so beschaffen, dass es die Abscheidung eines Abscheidungsmaterials ermöglicht, das auf die gasförmige Vorläuferstufe zurückgeht.
Die Seitenwand-Distanzstruktur erstreckt sich entlang der mindestens einen vertikalen Seitenwand der Vertikalstruktur und besteht aus dem Abscheidungsmaterial, das aus der gasförmigen Vorläuferstufe hervorgeht und selektiv auf dem Startabschnitt aufwächst, so dass die aufgewachsene Seitenwand-Distanzstruktur in jedem horizontalen Querschnitt die gleiche Schichtdicke aufweist. Die Seitenwand-Distanzstruktur ist erfindungsgemäß aus einem selektiven Wachstum des Abscheidungsmaterials auf der vertikalen Seitenwand der Vertikalstruktur hervorgegangen.
Gegenüber Seitenwand-Distanzstrukturen, die aus konventionellen Methoden hervorgehen, ist die Dicke der Seitenwand-Distanzstruktur auch dann einheitlich, wenn die Dicke der Seitenwand-Distanzstruktur etwa der Höhe der Vertikalstruktur entspricht. Das Profil der Seitenwand-Distanzstruktur ist unabhängig von vorangegangenen Ätzprozessen oder der Konformität eines vorangegangenen Abscheidungsprozesses. Darüber hinaus ist die äußere Seitenwand der Seitenwand-Distanzstruktur nahezu vertikal. Die Weite der Seitenwand-Distanzstruktur in einem an die Substratoberfläche anschließenden Grundabschnitt ist unabhängig von der Höhe der Vertikalstruktur.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Seitenwand-Distanzstruktur einer Vertikalstruktur, die auf einer Substratoberfläche eines Halbleitersubstrats vorgesehen ist.
Dazu wird zunächst ein Halbleitersubstrat zur Verfügung gestellt, das einen passiven Abschnitt oder Nicht-Wachstumsabschnitt aufweist. Der passive Abschnitt schließt abschnittsweise an eine Substratoberfläche des Halbleitersubstrats an bzw. bildet diese aus. Der passive Abschnitt besteht aus einem passiven Material, das gegenüber einer im Weiteren näher definierten gasförmigen Vorläuferstufe im Wesentlichen inert ist.
Auf die Substratoberfläche wird eine Vertikalstruktur aufgebracht. Die Vertikalstruktur hat mindestens eine zur Substratoberfläche im Wesentlichen vertikale Seitenwand mit einer Oberkante und sitzt im Bereich des passiven Abschnitts auf dem Halbleitersubstrat auf. Die Vertikalstruktur weist mindestens einen Startabschnitt auf, der aus einem Startmaterial besteht und an die mindestens eine vertikale Seitenwand der Vertikalstruktur anschließt bzw. diese ausbildet. Das Startmaterial ist so gewählt, dass es das Aufwachsen eines auf die gasförmige Vorläuferstufe zurückgehenden Abscheidungsmaterials ermöglicht.
Die Vorläuferstufe wird zugeführt und am Startabschnitt entweder adsorbiert oder abgebaut, wobei das Abbauprodukt am Startabschnitt adsorbiert wird. In jedem Fall geht ein Abscheidungsmaterial aus der Vorläuferstufe hervor, das im Bereich des Startabschnitts gleichmäßig als Seitenwand-Distanzstruktur aufwächst. Die aufgewachsene Seitenwand-Distanzstruktur weist in jedem horizontalen Querschnitt eine im Wesentlichen gleichförmige Schichtdicke auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung von Seitenwand-Distanzstrukturen an Vertikalstrukturen ermöglicht die Formierung von Seitenwand-Distanzstrukturen mit nahezu vertikalen äußeren Seitenwände. Die Weite der Seitenwand-Distanzstrukturen in einem an das Halbleitersubstrat angrenzenden Grundabschnitt ist unabhängig von der Konformität eines vorangegangenen Abscheidungsprozesses oder von Wiederabscheidungsvorgängen im Zuge einer anisotropen Ätzung. Ein weiterer Vorteil ist die weitgehende Unabhängigkeit der Weite der Seitenwand-Distanzstrukturen von der Höhe der Vertikalstruktur.
Des Weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung einer Vertikalstruktur mit Seitenwand-Distanzstrukturen eine zuverlässige und wiederholbare Formierung von Seitenwand-Distanzstrukturen mit einer Weite von etwa 200 nm und mehr bei einer Höhe der Vertikalstruktur von 200 nm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstrukturen Teil eines Verfahrens zur Ausbildung eines Feldeffekttransistors.
Zur Ausbildung des Feldeffekttransistors wird ein Halbleitersubstrat bereitgestellt. Auf einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats wird ein dielektrischer Film ausgebildet, wobei ein erster Abschnitt des dielektrischen Films im Weiteren ein Gatedielektrikum des Feldeffekttransistors ausbildet. Ein zweiter Abschnitt des dielektrischen Films entspricht einem passiven Abschnitt im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstruktur einer Vertikalstruktur wie oben beschrieben.
Auf dem dielektrischen Film wird eine Gateelektrode vorgesehen. Die Gateelektrode weist zwei einander gegenüberliegende und im Wesentlichen vertikale Seitenwände auf. Die Gateelektrode hat eine Oberkante bezüglich der Substratoberfläche und entspricht einem inneren Abschnitt der Vertikalstruktur im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstruktur wie oben beschrieben.
Mittels Implantationen werden innerhalb des Halbleitersubstrats schwach dotierte Source/Drain-Bereiche ausgebildet, wobei die Gateelektrode als erste Implantationsmaske wirkt. Die implantierten, schwach dotierten Source/Drain-Bereiche werden im Halbleitersubstrat auf einander gegenüberliegenden Seiten der Gateelektrode ausgebildet.
Auf den zwei vertikalen Seitenwänden des inneren Abschnitts wird ein Startfilm vorgesehen. Der Startfilm besteht aus einem Startmaterial, wobei ein auf die gasförmige Vorläuferstufe zurückgehendes Abscheidungsmaterial bevorzugt auf dem Startermaterial aufwächst.
Im Folgenden werden nun die Seitenwand-Distanzstrukturen gemäß dem oben erörterten erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstruktur vorgesehen. Die Seitenwand-Distanzstrukturen erstrecken sich entlang der einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenwände der Gateelektrode und reichen jeweils bevorzugt von der Substratoberfläche bis zur Oberkante der vertikalen Seitenwand. Die Seitenwand-Distanzstrukturen werden aus dem Abscheidungsmaterial gebildet, das durch Adsorption der Vorläuferstufe oder Abbau der Vorläuferstufe und anschließender Adsorption eines der Abbauprodukte auf dem Startfilm ausgebildet wird, so dass die aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen in jedem horizontalen Querschnitt im Wesentlichen die gleiche Schichtdicke aufweisen.
Mittels weiteren Implantationen werden innerhalb des Halbleitersubstrats stark dotierte Kontaktbereiche ausgebildet, wobei die Gateelektrode zusammen mit den Seitenwand-Distanzstrukturen als eine zweite Implantationsmaske wirkt. Die implantierten, stark dotierten Kontaktbereiche sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Gateelektrode an den Seitenwand-Distanzstrukturen ausgerichtet.
In diesem Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstruktur einer Vertikalstruktur Bestandteil eines Verfahrens zur Ausbildung eines Feldeffekttransistors. Da die Implantation der stark dotierten Kontaktbereiche mit Hilfe einer Implantationsmaske erfolgt, die Seitenwand-Distanzstrukturen umfasst, welche in konformer Weise auf den vertikalen Seitenwänden der Gateelektrode aufgewachsen sind, sind die Kanten der stark dotierten Implantationsbereich präzise definiert. Die Abstände zwischen den Kanten der stark dotierten Implantationsbereiche und der Gateelektrode sind unabhängig von der Konformität eines Abscheidungsprozesses und von einer isotropen Komponente eines in erster Linie anisotropen Ätzprozesses. Insbesondere ist der Abstand zwischen den stark dotierten Kontaktbereichen und der Gateelektrode unabhängig von der Höhe der Gateelektrode über der Substratoberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Justierung einer Sekundärstruktur zu einer primären Vertikalstruktur, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Formierung einer Seitenwand-Distanzstruktur einer auf einem Halbleitersubstrat vorgesehenen Vertikalstruktur einschließt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Justieren einer Sekundärstruktur zu einer Vertikalstruktur wird ein Halbleitersubstrat mit einem passiven Abschnitt oder Nicht-Wachstumsabschnitt zur Verfügung gestellt. Der passive Abschnitt besteht aus einem passiven Material, das gegenüber einer gasförmigen Vorläuferstufe im Wesentlichen inert ist. Auf der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats wird eine Vertikalstruktur aufgebracht. Die Vertikalstruktur hat mindestens eine zur Substratoberfläche im Wesentlichen vertikale Seitenwand mit einer Oberkante. Die mindestens eine im Wesentlichen vertikale Seitenwand grenzt an den passiven Abschnitt des Halbleitersubstrats an. Die Vertikalstruktur weist mindestens einen Startabschnitt auf, der aus einem Startmaterial besteht und an die mindestens eine vertikale Seitenwand anschließt bzw. diese ausbildet. Das Startmaterial wird so gewählt, dass es das Aufwachsen eines Abscheidungsmaterials ermöglicht, das auf die gasförmige Vorläuferstufe zurückgeht, wobei der Startabschnitt eine Vorzugsfläche zur Adsorption der Vorläuferstufe oder zum Abbau der Vorläuferstufe mit anschließender Adsorption eines der Abbauprodukte bildet.
Eine Seitenwand-Distanzstruktur wird vorgesehen, die sich entlang der mindestens einen vertikalen Seitenwand erstreckt und aus dem Abscheidungsmaterial besteht, das durch Adsorption der Vorläuferstufe oder nach deren Abbau durch Adsorption eines der Abbauprodukte auf dem Startabschnitt gebildet wird, so dass die aufgewachsene Seitenwand-Distanzstruktur in jedem horizontalen Querschnitt im Wesentlichen die gleiche Schichtdicke aufweist. Danach wird eine an die Seitenwand-Distanzstruktur angrenzende Sekundärstruktur ausgebildet.
Gemäß einer ersten solchen Ausführungsform ist die Sekundärstruktur eine weitere Vertikalstruktur, die durch Abscheidung eines weiteren Abscheidungsmaterials auf der Substratoberfläche und auf der Seitenwand-Distanzstruktur gebildet wird.
Gemäß einer weiteren solchen Ausführungsform ist die Sekundärstruktur ein innerhalb des Halbleitersubstrats ausgebildetes dotiertes Gebiet. Das dotierte Gebiet wird durch Implantation mit einem Dotierstoffmaterial in einem Implantationsabschnitt des Halbleitersubstrats ausgebildet, wobei die Seitenwand-Distanzstruktur als Implantationsmaske wirkt.
Gemäß einer anderen solchen Ausführungsform ist die Sekundärstruktur eine vergrabene Struktur. Die vergrabene Struktur wird durch Ätzen eines Grabens in das Halbleitersubstrat und anschließendes Füllen des Grabens ausgebildet, wobei der Gra ben zur Außenkante der Seitenwand-Distanzstruktur ausgerichtet ist.
Die Sekundärstruktur ist jeweils in einem Abstand zur Vertikalstruktur abgesetzt, der sehr gut kontrollierbar ist. Der Abstand ist unabhängig von der Höhe der Vertikalstruktur oder von Abweichungen in der Konformität einer abgeschiedenen Schicht, unabhängig von einer isotropen Komponente eines vorherrschend anisotropen Ätzprozesses und hängt ausschließlich von der Zuverlässigkeit eines dem Wesen nach gut steuerbaren, selektiven Wachstumsprozesses ab.
Im Weiteren werden die Erfindung sowie deren Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, wobei für einander entsprechende Strukturen und Komponenten jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
1A bis 1B ein herkömmliches Verfahren zur Ausbildung einer Vertikalstruktur mit Seitenwand-Distanzstrukturen anhand von Querschnitten eines Halbleitersubstrats mit einer Vertikalstruktur und Seitenwand-Distanzstrukturen;
2A bis 2B die Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstruktur anhand von Querschnitten eines Halbleitersubstrats mit einer Vertikalstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3A bis 3G die Ausbildung eines Feldeffekttransistors anhand von Querschnitten eines Halbleitersubstrats gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4A bis 4B die Ausbildung eines Feldeffekttransistors mit zweifacher Seitenwand-Distanzstruktur anhand von Querschnittsdarstellungen eines Halbleitersubstrats gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Querschnittsdarstellung eines Feldeffekttransistors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Feldeffekttransistors mit doppelter Seitenwand-Distanzstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7 eine Querschnittsdarstellung eines Halbleitersubstrats mit einer vergrabenen Sekundärstruktur, die aus einem Strukturierungsverfahren nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hervorgeht; und
8 eine Querschnittsdarstellung eines Halbleitersubstrats mit einer zu einer ersten Vertikalstruktur ausgerichteten Sekundärstruktur gemäß einem Strukturierungsverfahren nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die 1A und 1B zeigen ein herkömmliches Verfahren zur Ausbildung einer Vertikalstruktur 2 mit einer auf herkömmliche Art ausgebildeten Seitenwand-Distanzstruktur 41.
Auf einer Substratoberfläche 10 eines einkristallinen Halbleitersubstrats 1 wird ein dielektrischer Film (Liner) ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 1 ist etwa ein Siliziumwafer. Der dielektrische Film wird durch thermische Oxidation des Halbleitersubstrats erzeugt. Alternativ kann der dielektrische Film durch Abscheidung eines dielektrischen Materials wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder eines anderen dielektrischen Metalloxids oder eines Oxids seltener Erden ausgebildet werden. Die Dicke des dielektrischen Films beträgt 2 bis 20 nm. Auf dem dielektrischen Film wird eine Vertikalstruktur 2 angeordnet. Die Vertikalstruktur 2 umfasst eine untere Schicht 21, die einen ersten Abschnitt 20 des dielektrischen Films bedeckt. Die untere Schicht 21 besteht aus dotiertem polykristallinen Silizium (Polysilizium) und hat eine Dicke von etwa 50 bis 150 nm. Die untere Schicht 21 wird durch eine obere Schicht 22 bedeckt, die aus einem dielektrischen Material, etwa Siliziumnitrid, besteht. Die Höhe der Vertikalstruktur 2 beträgt etwa 200 nm. Die Vertikalstruktur 2 hat zwei einander gegenüberliegende, im Wesentlichen vertikale Seitenwände. Die Weite der Vertikalstruktur 2 zwischen den beiden einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenwänden beträgt etwa 100 nm. Die Vertikalstruktur 2 kann auch eine Schicht hoher Leitfähigkeit (nicht dargestellt) zwischen der oberen Schicht 22 und der unteren Schicht 21, sowie weitere Barriereschichten (nicht dargestellt) unterhalb und/oder oberhalb der Schicht hoher Leitfähigkeit aufweisen.
Ein konformer Ätzstoppfilm 3, etwa aus Siliziumnitrid, bedeckt den dielektrischen Film 20 sowie die Vertikalstruktur 2 in einer Schichtdicke von 2 bis 20 nm. Innerhalb des Substrats 1 sind zwei Source/Drain-Bereiche 11, 12 jeweils als schwach dotierte Implantationsgebiete ausgebildet. Die Kanten der Source/Drain-Bereiche 11, 12 sind zu den vertikalen Seitenwänden der Vertikalstruktur 2 justiert. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat 1 vom p-Leitfähigkeitstyp, wohingegen die schwach dotierten Abschnitte der Source/Drain-Bereiche 11, 12 vom n-Leitfähigkeitstyp sind. In anderen Anwendungen ist das Substrat 1 im dargestellten Bereich vom n-Leitfähigkeitstyp, während die Source/Drain-Bereiche 11, 12 vom p-Leitfähigkeitstyp sind.
Die Vertikalstruktur 2 bildet eine Gateelektrode eines Feldeffekttransistors aus. Der erste Abschnitt des dielektrischen Films, der die untere Schicht 21 vom Substrat 1 trennt, bildet ein Gatedielektrikum 20. Ein elektrisches Potenzial der unteren Schicht 21 steuert die Ladungsträgerverteilung innerhalb eines Kanalbereichs 13, der die beiden Source/Drain-Bereiche 11, 12 voneinander separiert. Auf dem Ätzstoppfilm 3 wird ein konformer Spacerfilm 4 abgeschieden. Der konforme Spacerfilm 4 besteht aus Siliziumdioxid und wird etwa mittels eines CVD-Verfahrens (chemical vapour deposition) abgeschieden. Die Schichtdicke des konformen Spacerfilms 4 beträgt zwischen 20 und 200 nm.
In der Folge wird ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt, aus dem die Struktur gemäß 1B hervorgeht. Die anisotrope Ätzung entfernt das Material des konformen Spacerfilms 4 in gerichteter Weise von oben nach unten. Dabei wird der konforme Spacerfilm 4 von horizontalen Abschnitten des Ätzstoppfilms 3 entfernt. Um den konformen Spacerfilm 4 zuverlässig von allen horizontalen Abschnitten des Ätzstoppfilms 3 zu entfernen, wird der Spacerfilm 4 leicht überätzt.
Infolge einer isotropen Komponente des hauptsächlich anisotropen Ätzprozesses ist die der Gateelektrode gegenüberliegende äußere Seitenwand der sich ergebenden Seitenwand-Distanzstruktur 41 gegenüber der Substratoberfläche 10 geneigt. Die sich aus diesem Prozess ergebende Seitenwand-Distanzstruktur 41 hat einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt. Der Winkel zwischen der schrägen äußeren Seitenwand der sich ergebenden Abstands-Seitenwandstruktur 41 und der Substratoberfläche 10 beträgt etwa 50 bis 60°. Die Weite der Seitenwand-Distanzstruktur 41 nahe der Substratoberfläche 10 hängt daher stark von der Höhe der Vertikalstruktur 2 ab. Infolge der Überätzung können der Ätzstoppfilm 3 sowie unterliegende Abschnitte des Substrats 1 geschädigt werden. In der Folge können in defektträchtigen Abschnitten 30 im Substrat 1 Defekte auftreten.
Die 2A bis 2B zeigen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstruktur 5 einer auf einem Halbleitersubstrat 1 vorgesehenen Vertikalstruktur 2. Eine Substratoberfläche 10 des Halbleitersubstrats 1 wird durch einen Film bedeckt, der einen passiven Abschnitt oder Nicht-Wachstumsabschnitt 14 bildet. Das Material des passiven Abschnitts 14 ist z.B. Siliziumnitrid. Auf den passiven Abschnitt 14 wird die Vertikalstruktur 2 aufgebracht. Die Vertikalstruktur 2 hat im Wesentlichen vertikale Seitenwände und besteht aus einem Startmaterial. Das Startmaterial bildet eine Vorzugsfläche zur Adsorption der Vorläuferstufe oder zum Abbau der Vorläuferstufe und anschließender Adsorption eines der Abbauprodukte. Ein passiver Nicht-Wachstumsfilm 201 bedeckt eine obere horizontale Oberfläche der Vertikalstruktur 2. Der passive Nicht-Wachstumsfilm 201 sowie der passive Abschnitt 14 bestehen jeweils aus passiven Materialien. Das jeweilige passive Material weist einen niedrigen Adsorptions/Anlagerungskoeffizienten für die gasförmige Vorläuferstufe 8 auf und unterdrückt den Abbau bzw. die Anlagerung der gasförmigen Vorläuferstufe 8, so dass es als im Wesentlichen inert gegenüber der gasförmigen Vorläuferstufe 8 betrachtet werden kann.
Entsprechend der 2A wird die Vertikalstruktur 2 auf den passiven Abschnitt 14 des Halbleitersubstrats 1 aufgebracht. Der passive Film 201 bedeckt die horizontale obere Oberfläche der Vertikalstruktur 2. Das passive Material ist bevorzugt Siliziumnitrid. Das Startmaterial ist bevorzugt amorphes Silizium (α-Silizium) oder polykristallines Silizium (Polysilizium), sofern das Abscheidungsmaterial Siliziumoxid, Polysilizium, oder Wolfram ist.
Wird als Abscheidungsmaterial Siliziumoxid gewählt, so wird bevorzugt Tetraethylenorthosilan als gasförmige Vorläuferstufe 8 in einer ozonhaltigen Umgebung bei einer Temperatur von 300 bis 500°C zugeführt.
Wird Polysilizium als Abscheidungsmaterial gewählt, so wird SiH₂Cl₂ als gasförmige Vorläuferstufe 8 in einer H₂ und HCl-haltigen Umgebung bei einer Temperatur von etwa 850 bis 1050°C zugeführt, wobei das Verhältnis der Flussraten von HCl zu SiH₂Cl₂ mindestens 2:1 beträgt.
Sofern Wolfram als Abscheidungsmaterial vorgesehen wird, wird bevorzugt WF₆ als gasförmige Vorläuferstufe 8 in einer SiH₄-haltigen Umgebung bei einer Temperatur von etwa 280 bis 350°C zugeführt, wobei der totale Gasdruck 100 mTorr beträgt und das Verhältnis der Flussraten von SiH₄ zu WF₆ kleiner ist als 0,6. In alternativer Weise kann ein Gasfluss von Wasserstoff von etwa 1000 sccm in Betracht gezogen werden.
Das Startmaterial der Vertikalstruktur 2 bildet in bevorzugter Weise eine Vorzugsfläche zur Adsorption und/oder zum Abbau der gasförmigen Vorläuferstufe 8. Aus der gasförmigen Vorläuferstufe 8 geht ein Abscheidungsmaterial hervor, das vorzugsweise zunächst an der Übergangsfläche zum Startmaterial und in der Folge auf dem bereits aufgewachsenen Abscheidungsmaterial auf wächst. Die passiven Materialien, die den passiven Film 201 und den passiven Abschnitt 14 ausbilden, sind gegenüber der gasförmigen Vorläuferstufe 8 im Wesentlichen inert. Daher wachsen die Seitenwand-Distanzstrukturen 5, die aus der gasförmigen Vorläuferstufe 8 hervorgehen, selektiv auf den Seitenwänden der Vertikalstruktur 2 auf.
Entsprechend der 2 wachsen die Seitenwand-Distanzstrukturen 5 durch Adsorption der Vorläuferstufe oder Abbau der Vorläuferstufe und anschließender Adsorption eines der Abbauprodukte der gasförmigen Vorläuferstufe 8 auf den vertikalen Seitenwänden der Vertikalstruktur 2 auf. Die Seitenwand-Distanzstrukturen 5 weisen daher eine hohe Konformität und einen im Wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt über die gesamte Höhe der Vertikalstruktur 2 auf. Da das Aufwachsen von Siliziumdioxid auf amorphem Silizium oder Polysilizium mit hoher Selektivität steuerbar ist, wächst auf dem Siliziumnitrid des passiven Abschnitts 14 sowie des passiven Films 201 nahezu kein Siliziumoxid auf. Die Weite der Seitenwand-Distanzstrukturen 5 ist unabhängig von der Höhe der Vertikalstruktur 2. Da weder ein konformer Abscheidungsprozess noch eine Ätzung mit einer isotropen Komponente erforderlich ist, weist der passive Abschnitt 14 keine defektträchtigen Abschnitte entsprechend den defektträchtigen Abschnitten 30 der in der 1B gezeigten Struktur auf.
Die 3A bis 3G stellen ein Verfahren zum Ausbilden eines Feldeffekttransistors dar. Entsprechend der 3A wird ein p-dotiertes einkristallines Siliziumsubstrat 1 mit einer horizontalen Substratoberfläche 10 bereitgestellt. Auf der Substratoberfläche 10 wird ein dielektrischer Film ausgebildet. Die Dicke des dielektrischen Films beträgt zwischen 2 und 20 nm. Auf einem Abschnitt des dielektrischen Films, der ein Gatedielektrikum 20 ausbildet, wird eine Gateelektrode mit einer unteren Schicht 21 und einer oberen Schicht 22 als Vertikalstruktur 2 ausgebildet. Die untere Schicht 21 besteht aus Polysilizium. Die obere Schicht 22 bedeckt die untere Schicht 21 und besteht bevorzugt aus Siliziumnitrid. Die Gateelektrode 2 weist zwei gegenüberliegende, vertikale Seitenwände auf. Die Weite der Gateelektrode 2 zwischen den zwei einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenwänden beträgt zwischen 40 und 400 nm. Die Höhe der Gateelektrode 2 beträgt bevorzugt etwa 200 nm.
Wie in 3B dargestellt, wird eine LDD-Implantation 61 ausgeführt, wobei innerhalb des Substrats 1 und jeweils angrenzend an die Gateelektrode 2 schwach n-dotierte Source/Drain-Bereiche ausgebildet werden. Die Gateelektrode 2 maskiert dabei die LDD-Implantation 61, wobei ein Abschnitt innerhalb des Substrats 1, der von der Gateelektrode 2 beschattet wird, durch die LDD-Implantation nicht dotiert wird. Der undotierte Abschnitt bildet einen Kanalbereich 13 des Feldeffekttransistors und beabstandet die beiden Source/Drain-Bereiche 11, 12.
Gemäß 3C wird mittels chemisch/physikalischen Dampfabscheidungsverfahrens (CVD/PVD) oder mittels Atomlagenabscheidungsverfahren (ALD, atomic layer deposition) ein dünner Ätzstoppfilm 3 abgeschieden. Der Ätzstoppfilm 3 besteht aus einem passiven Nicht-Abscheidungsmaterial, bevorzugt Siliziumnitrid. Die 3C zeigt den Ätzstoppfilm 3, der den dielektrischen Film 20 sowie die Gateelektrode 2 bedeckt und eine Schichtdicke von etwa 5 nm aufweist.
Entsprechend der 3D wird mittels eines CVD-Verfahrens, eines PVD-Verfahrens oder mittels ALD ein konformer Startfilm abgeschieden. Der Startfilm besteht bevorzugt aus amorphem Silizium oder Polysilizium. Die Schichtdicke des Startfilms beträgt etwa 5 bis 20 nm. Zur Abscheidung des Startfilms wird bevorzugt SiH₄ in einer H₂-haltigen Umgebung bei einer Temperatur von etwa 500 bis 650°C und einem Druck von etwa 600 mTorr zugeführt.
Daraufhin wird eine Spacerätzung ausgeführt. Die horizontalen Abschnitte des konformen Startfilms, die den dielektrischen Film 20 und den horizontalen Abschnitt des Ätzstoppfilms 3 auf der Gateelektrode 2 bedecken, werden dabei entfernt. Verbleibende Abschnitte des konformen Startfilms bilden einen Startfilm 50, der die vertikalen Seitenwände der Gateelektrode 2 bedeckt. Der Startfilm 50 wird bevorzugt in einer wasserstoffhaltigen Umgebung bei einer Temperatur von etwa 900°C für eine Dauer von 10 bis 30 Minuten thermisch vorbehandelt, um eventuelle Oberflächenoxide zu entfernen.
3D zeigt die durch den Startfilm 50 gebildeten spacerähnlichen Strukturen, die sich entlang der vertikalen Seitenwände der Gateelektrode 2 erstrecken. Da sowohl amorphes Silizium als auch Polysilizium bei hoher Selektivität gegenüber dem Material des Ätzstoppfilms 3 geätzt werden können, und da ferner die Schichtdicke des konformen Startfilms 50 vergleichsweise gering ist, treten in horizontalen Abschnitten des Ätzstoppfilms 3, der den dielektrischen Film 20 bedeckt, kaum Ätzschäden auf.
Entsprechend der 3E wird nun in einer ozonhaltigen Umgebung Tetraethylenorthosilan zugeführt. Auf dem amorphen Silizium bzw. Polysilizium des Startfilms 50 wird ein selektives Aufwachsen von Siliziumdioxid gesteuert. Da amorphes Silizium und Polysilizium jeweils Vorzugsflächen zur Adsorption bzw. zum Abbau von Tetraethylenorthosilan ausbilden, wird das Tetraethylenorthosilan dort in Siliziumdioxid umgewandelt, wobei in der Folge das Siliziumoxid ausgehend von der Grenzfläche zum Startfilm 50 aufwächst.
Die 3E zeigt die auf das Tetraethylenorthosilan zurückgehenden und in einer ozonhaltigen Umgebung auf dem Startfilm 50 aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen 5. Das Siliziumoxid wächst mit hoher Selektivität ausschließlich auf dem Seitenwand-Startfilm 50 auf. Die Dicke der Seitenwand-Distanzstrukturen 5 wird durch die Menge von Tetraethylenorthosilan bestimmt, die zugeführt wird, und kann bei einer Höhe der Gateelektroden 2 von etwa 200 nm ebenfalls bis zu 200 nm betragen.
Parasitäres Siliziumoxid, das aus einem eventuellen parasitären Wachstum auf anderen Oberflächen hervorgeht, z.B. auf dem Ätzstoppfilm 3, kann durch einen kurzen BHF-Pullback entfernt werden.
Entsprechend der 3F kann nun eine HDD-Implantation 62 ausgeführt werden, wobei die Seitenwand-Distanzstrukturen 5 sowie die Gateelektrode 2 als weitere Implantationsmaske wirken und die unterliegenden Abschnitte der Source/Drain-Bereiche 11, 12 sowie des Kanalbereichs 13 von der stark dosierten HDD-Implantation 62 abschirmen. Die 3F zeigt die resultierenden stark dotierten Kontaktbereiche 110, 120, die die schwach dotierten Source/Drain-Bereiche 11, 12 abschnittsweise überlappen.
In Folge der nahezu vertikalen äußeren Seitenwände der Seitenwand-Distanzstrukturen 5 sind die Kanten der stark dotierten Kontaktbereiche 110, 120 bezüglich der Gateelektrode 2 präzise definiert. Der Abstand zwischen der Gateelektrode 2 und den stark dotierten Kontaktbereichen 110, 120 lässt sich zuverlässig einstellen. Der Abstand kann etwa der Höhe der Gateelektrode 2 entsprechen.
Die Seitenwand-Distanzstruktur 5 kann bevorzugt durch einen Nassätzprozess unter Verwendung von BHF bei Bedarf wieder entfernt wieder. Der Startfilm 50 wird vorzugsweise durch einen Nassätzprozess unter Verwendung von NH₄OH oder einer Mischung von HNO₃ und HF in einem Verhältnis von 5:1 bei Raumtemperatur entfernt. Der Ätzstoppfilm 3 kann etwa durch einen Nassätzprozess unter Zufuhr von H₃PO₄ entfernt werden.
Die 3G stellt einen Feldeffekttransistor 91 mit einer Gateelektrode 2 dar, die die Ladungsträgerverteilung im Kanalbereich 13 steuert. Der Kanalbereich 13 trennt zwei schwach dotierte Source/Drain-Bereiche 11, 12. Stark dotierte Kontaktbereiche 110, 120 überlappen die jeweiligen Source/Drain-Bereiche 11, 12 und sind von der Gateelektrode 2 beabstandet. Ein Abschnitt eines dielektrischen Films zwischen der Gateelektrode 2 und dem Kanalbereich 13 bildet ein Gatedielektrikum 20 des Feldeffekttransistors 91.
Anhand der 4A bis 4B wird ein Verfahren dargestellt, das eine weitere Vergrößerung des Abstands der stark dotierten Kontaktbereichen 110, 120 von der Gateelektrode 2 ermöglicht. Mit Bezug auf die 4A, die auf den Prozessschritt folgt, der in 3E dargestellt ist, wird nach der Formierung der Seitenwand-Distanzstrukturen 5 durch selektives Oxidwachstum eine konventionelle Spacerformierung durchgeführt. Dazu wird auf dem Ätzstoppfilm 3, der Gateelektrode 2 und den Seitenwand-Distanzstrukturen 5 eine konforme Schicht aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid abgeschieden. Es folgt eine anisotrope Ätzung, wobei horizontale Abschnitte der zusätzlichen abgeschiedenen konformen Spacerschicht entfernt werden. Dadurch wird entlang den vertikalen äußeren Seitenwänden der Seitenwand-Distanzstrukturen 5 jeweils eine herkömmliche Seitenwand-Distanzstruktur 51 ausgebildet.
Anschließend an die Formierung der zusätzlichen, herkömmlichen Seitenwand-Distanzstrukturen 51 wird entsprechend der 4B eine HDD-Implantation 63 ausgeführt.
Der Abstand der stark dotierten Kontaktbereiche 110, 120, die aus der HDD-Implantation 63 hervorgehen, von der Gateelektrode 2 wird sowohl durch die Weite der Seitenwand-Distanzstrukturen 5, die durch selektives Oxidwachstum aufgewachsen werden, als auch durch die Weite der zusätzlichen, herkömmlichen Seitenwand-Distanzstrukturen 51 bestimmt. Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht größere Abstände zwischen den stark dotierten Kontaktbereichen 110, 120 und der Gateelektrode 2.
Die 5 zeigt einen Feldeffekttransistor 92, der aus dem beschriebenen Verfahren zur Ausbildung eines Feldeffekttransistors hervorgeht. Innerhalb eines p-dotierten, einkristallinen Siliziumsubstrats 1 sind zwei schwach n-dotierte Source/Drain-Bereiche 11, 12 ausgebildet. Ein p-dotierter Kanalbereich 13 beabstandet die schwach n-dotierten Source/Drain-Bereiche 11, 12. Ein dielektrischer Film bedeckt einen Abschnitt der horizontalen Substratoberfläche 10 des Substrats 1. Die Source/Drain-Bereiche 11, 12 sowie der Kanalbereich 13 grenzen jeweils an die Substratoberfläche 10 an. Eine Gateelektrode 2 mit einer unteren Schicht 21 und einer oberen Schicht 22 ist oberhalb des Kanalbereichs 13 auf dem dielektrischen Film angeordnet. Ein Abschnitt des dielektrischen Films zwischen der Gateelektrode 2 und dem Kanalbereich 13 bildet ein Gatedielektrikum 20 des FETs 92 aus. Ein remanenter Abschnitt eines Ätzstoppfilms 3 bedeckt die Gateelektrode 2. Ein spacerähnlicher Startfilm 50 ist auf einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenwänden der Gateelektrode 2 angeordnet. Die Seitenwand-Distanzstrukturen 50 haben eine einheitliche Schichtdicke und beabstanden die Gateelektrode 2 von stark n-dotierten Kontaktbereichen 110, 120, die innerhalb des Sub strats 1 ausgebildet sind und die jeweils den entsprechenden Source/Drain-Bereich 11, 12 überlappen.
Der in 6 dargestellte FET 93 unterscheidet sich von dem FET 92 entsprechend der 5 durch zusätzliche herkömmliche Seitenwand-Distanzstrukturen 51, die entlang den äußeren vertikalen Seitenwänden der selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen 5 ausgebildet sind. Entsprechend sind die stark n⁺-dotierten Kontaktbereiche 110, 120 sowohl durch die selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen 5 als auch durch die herkömmlich ausgebildeten Seitenwand-Distanzstrukturen 51 von der Gateelektrode 2 beabstandet, wodurch in der Anwendung höhere Potenzialdifferenzen zwischen den Kontaktstrukturen 110, 120 und der Gateelektrode 2 ermöglicht werden. Bei den FET 92 und FET 93 handelt es sich daher bevorzugt um DMOS-Transistoren.
In der 7 ist ein Verfahren zur Justierung einer Sekundärstruktur 71 zu einer primären Vertikalstruktur 2 dargestellt. Die Vertikalstruktur 2 mit spacerähnlichem Startfilm 50 und selektiv aufgewachsener Seitenwand-Distanzstruktur 5 ist entsprechend der Formierung der Vertikalstruktur 2 mit Seitenwand-Distanzstrukturen 5 der 3E ausgebildet. Eine Grabenätzung wird durchgeführt, bei der die Vertikalstruktur 2 und die selektiv aufgewachsene Seitenwand-Distanzstruktur 5 als Ätzmaske fungieren. Daraufhin wird durch Füllen der geätzten Gräben die vergrabene Sekundärstruktur 71 ausgebildet. Die vergrabenen Sekundärstrukturen 71 sind zu den äußeren vertikalen Seitenwänden der selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen 5 ausgerichtet. Der Abstand zwischen den Sekundärstrukturen 71 und der Vertikalstruktur 2 wird durch die Schichtdicke der selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstruktur 5 definiert. Der Abstand ist unabhängig von der Konformität eines vorangegangenen Abscheidungsprozesses und dem Grad der Anisotropie eines Ätzprozesses. Der Abstand ist weiter unabhängig von der Höhe der Vertikalstruktur 2 über der Substratoberfläche.
Die 8 zeigt ein weiteres Verfahren zum Justieren einer Sekundärstruktur zu einer Vertikalstruktur 2. Eine beabstandete Sekundärstruktur 72 wird durch Abscheidung eines sekundären Materials auf die selektiv aufgewachsene Seitenwand-Distanzstruktur 5, die Vertikalstruktur 2 und das Substrat 1 ausgebildet. Ein Abstand 70 zwischen der vertikalen Seitenwand der Vertikalstruktur 2 und der vertikalen Seitenwand der beabstandeten Sekundärstruktur 72 ist unabhängig von der Höhe der Vertikalstruktur 2 und unabhängig von fotolithografischen Overlay-Toleranzen, wie sie zur Justierung zweier Masken gegeneinander erforderlich sind.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen können die selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen 5 nach dem Justieren der Sekundärstrukturen 110, 120, 71, 72 zur Vertikalstruktur 2 wieder entfernt werden. Die selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen 5 werden dann z.B. durch andere Seitenwand-Distanzstrukturen aus einem weiteren Isolatormaterial ersetzt, das bessere Isolatoreigenschaften oder eine besser geeignete Dielektrizitätskonstante aufweist. In allen Anwendungen, die eine Entfernung der selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstruktur 5 vorsehen, wird bevorzugt auf der Vertikalstruktur 2 und dem Substrat 1 ein Ätzstoppfilm 3 abgeschieden, etwa aus Siliziumnitrid, bevor der spacerähnliche Startfilm 5 ausgebildet wird. Dagegen kann in solchen Anwendungen, in denen die selektiv aufgewachsenen Seitenwand-Distanzstrukturen 5 von nicht nur temporärer Natur sind, das Vorsehen des Ätzstoppfilms 3 entfallen.
Bezugszeichenliste
Seitenwand-Distanzstruktur, Verfahren zur Ausbildung von Seitenwand-Distanzstrukturen und Feldeffekttransistoren sowie Strukturierungsverfahren

1: Halbleitersubstrat
10: Substratoberfläche
11: Source/Drain-Bereich
110: Kontaktbereich
12: Source/Drain-Bereich
120: Kontaktbereich
13: Kanalbereich
14: passiver Abschnitt
2: Vertikalstruktur
20: Gatedielektrikum
201: passiver Nicht-Wachstumsfilm
21: untere Schicht
22: obere Schicht
3: Ätzstoppfilm
30: defektträchtiger Abschnitt
4: konformer Spacerfilm
41: Seitenwand-Distanzstruktur
5: Seitenwand-Distanzstruktur
50: Startfilm
51: zusätzliche Seitenwand-Distanzstruktur
61: LDD-Implantation
62: HDD-Implantation
63: HDD-Implantation
70: Abstand
71: vergrabene Sekundärstruktur
72: beabstandete Sekundärstruktur
8: gasförmige Vorläuferstufe
91: Feldeffekttransistor
92: Feldeffekttransistor
93: Feldeffekttransistor

Claims

Seitenwand-Distanzstruktur (5) einer auf einem Halbleitersubstrat (1) vorgesehenen Vertikalstruktur (2), wobei: das Halbleitersubstrat (1) einen passiven Abschnitt (14) aufweist, der an eine horizontale Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrats (1) anschließt und aus einem passiven Material besteht, das gegenüber einer gasförmigen Vorläuferstufe (8) inert ist; die Vertikalstruktur (2) auf der Substratoberfläche (10) angeordnet ist, mindestens eine im passiven Abschnitt (14) der Substratoberfläche (10) aufsitzende vertikale Seitenwand und einen Startabschnitt aufweist, der aus einem Startmaterial besteht und an die mindestens eine vertikale Seitenwand anschließt, wobei das Startmaterial das Aufwachsen eines aus der gasförmigen Vorläuferstufe (8) hervorgehenden Abscheidungsmaterials ermöglicht; und wobei die Seitenwand-Distanzstruktur (5) sich entlang der mindestens einen vertikalen Seitenwand erstreckt, aus dem Abscheidungsmaterial besteht und in jedem horizontalen Querschnitt die gleiche Schichtdicke aufweist.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schichtdicke, die gleich oder größer der halben Höhe der Vertikalstruktur (2) mit Bezug zur Substratoberfläche (10) ist.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke von mindestens 100 nm.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen spacerartigen und den Startabschnitt ausbildenden Startfilm (50), der sich entlang der mindestens einen vertikalen Seitenwand der Vertikalstruktur erstreckt, wobei der Startfilm (50) einen inneren Abschnitt der Vertikalstruktur (2) und die Seitenwand-Distanzstruktur (5) separiert und wobei der innere Abschnitt der Vertikalstruktur (2) mindestens abschnittsweise ein weiteres passives Material aufweist, das gegenüber der gasförmigen Vorläuferstufe (8) inert ist.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Startfilm (50) aus amorphem oder polykristallinem Silizium besteht.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Startfilm (50) hervorgegangen ist aus: Abscheidung eines dünnen konformen Films durch Zufuhr von SiH₄ in einer wasserstoffhaltigen Umgebung bei einer Temperatur von 500 bis 650°C und einem Druck von 500 bis 700 mTorr; und Entfernen horizontaler Abschnitte des dünnen konformen Films durch eine Spacer-Ätzung.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand-Distanzstruktur (5) aus Siliziumoxid besteht und aus der Zufuhr von Tetraethylenorthosilan als der gasförmigen Vorläuferstufe (8) in einer ozonhaltigen Umgebung bei Temperaturen zwischen 200 und 500°C hervorgegangen ist.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand-Distanzstruktur (5) aus polykristallinem Silizium besteht und aus der Zufuhr einer Mischung von SiH₂Cl₂ als der gasförmigen Vorläuferstufe (8) HCl sowie Wasserstoff H₂ bei einer Temperatur zwischen 850 und 1050°C und bei einem Verhältnis der Flussraten von HCl zu SiH₂Cl₂ von mindestens 2:1 hervorgegangen ist.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand-Distanzstruktur (5) aus Wolfram besteht und aus der Zufuhr von WF₆ als der gasförmigen Vorläuferstufe (8) sowie SiH₄ bei einer Temperatur zwischen 280 und 350°C, einem Gesamtgasdruck von 100 mTorr sowie einem Verhältnis der Flussraten von SiH₄ zu WF₆ von 0,6 oder kleiner hervorgegangen ist.
Seitenwand-Distanzstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Seitenwand-Distanzstruktur (51), die sich entlang der äußeren vertikalen Seitenwand der Seitenwand-Distanzstruktur (5) erstreckt, wobei die zusätzliche Seitenwand-Distanzstruktur (51) aus einem Material ausgebildet wird, das ein anderes ist als das Abscheidungsmaterial.
Verfahren zur Ausbildung einer Seitenwand-Distanzstruktur (5) einer auf einer Substratoberfläche (10) eines Halbleitersubstrats (1) vorgesehenen Vertikalstruktur (2) mittels: Bereitstellen des Halbleitersubstrats (1), wobei das Halbleitersubstrat (1) einen passiven Abschnitt (14) aufweist, der an eine horizontale Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrats (1) anschließt und aus einem passiven Material besteht, das gegenüber einer gasförmigen Vorläuferstufe (8) inert ist; Aufbringen der Vertikalstruktur (2) auf die Substratoberfläche (10), wobei die Vertikalstruktur (2) mindestens eine zur Substratoberfläche (10) vertikale und im passiven Abschnitt (14) aufsitzende Seitenwand und einen an die mindestens eine vertikale Seitenwand anschließenden Startabschnitt aus einem Startmaterial aufweist, wobei das Startmaterial das Aufwachsen eines aus der gasförmigen Vorläuferstufe (8) hervorgehenden Abscheidungsmaterials ermöglicht; und Zuführen der Vorläuferstufe, wobei auf dem Startabschnitt das Abscheidungsmaterial aufwächst und das Abscheidungsmaterial eine sich längs der mindestens einen vertikalen Seitenwand erstreckende Seitenwand-Distanzstruktur (5) ausbildet, die aus dem Abscheidungsmaterial besteht und in jedem horizontalen Querschnitt die gleiche Schichtdicke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Vertikalstruktur umfasst: Vorsehen eines inneren Abschnitts der Vertikalstruktur (2) auf dem Halbleitersubstrat (1), wobei der innere Abschnitt mindestens eine vertikale Seitenwand aufweist; und Vorsehen eines Startfilms (50) auf der mindestens einen vertikalen Seitenwand des inneren Abschnitts, wobei der Startfilm (50) den Startabschnitt der Vertikalstruktur (2) ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsehen des Startfilms (50) umfasst: Abscheiden eines konformen Films aus dem Startmaterial in einer Schichtdicke von zwischen 5 und 40 nm; und anisotrope Spacer-Ätzung des konformen Films, wobei aus remanenten Abschnitten des konformen Films der Startfilm (50) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung des konformen Films die Zufuhr von SiH₄ in einer wasserstoffhaltigen Umgebung bei einer Temperatur von zwischen 500 und 650°C und einem Druck von 600 mTorr umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als das Startmaterial amorphes Silizium oder polykristallines Silizium und als die gasförmige Vorläuferstufe (8) Tetraethylenorthosilan vorgesehen wird, wobei das Tetraethylenorthosilan in einer ozonhaltigen Umgebung bei einer Temperatur zwischen 300 und 500°C zugeführt wird und wobei selektiv auf dem Startabschnitt Siliziumoxid aufwächst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als das Startmaterial amorphes Silizium oder polykristallines Silizium und als die gasförmige Vorläuferstufe (8) SiH₂Cl₂ vorgesehen wird, wobei eine Mischung aus SiH₂Cl₂, HCl und H₂ bei einer Temperatur zwischen 850 und 1050°C und einem Verhältnis der Flussraten von HCl zu SiH₂Cl₂ von mindestens 2:1 zugeführt wird und wobei auf dem Startabschnitt selektiv Polysilizium aufwächst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als das Startmaterial amorphes Silizium oder polykristallines Silizium und als die gasförmige Vorläuferstufe (8) WF₆ vorgesehen wird, wobei WF₆ und SiH₄ bei einer Temperatur zwischen 280 und 350°C, einem Gesamtgasdruck von 100 mTorr und einem Verhältnis der Flussraten von SiH₄ und WF₆ von 0,6 oder weniger zugeführt werden, wobei auf dem Startabschnitt selektiv Wolfram aufwächst.
Verfahren zur Ausbildung eines Feldeffekttransistors mittels: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1) mit einer horizontalen Substratoberfläche (10); Ausbilden eines dielektrischen Films auf der Substratoberfläche (10), wobei ein erster Abschnitt des dielektrischen Films ein Gatedielektrikum (20) des Feldeffekttransistors und ein zweiter Abschnitt des dielektrischen Films einen passiven Abschnitt (14) ausbildet; Vorsehen einer Gateelektrode auf dem Gatedielektrikum (20), wobei die Gateelektrode (2) vertikale und einander gegenüberliegende Seitenwände aufweist und einen inneren Abschnitt einer Vertikalstruktur ausbildet; Ausbilden schwach dotierter Source/Drain-Bereiche (11, 12) innerhalb des Halbleitersubstrats (1) mittels Implantationen, wobei die Gateelektrode (2) als eine erste Implantationsmaske wirkt und wobei die schwach dotierten Source/Drain-Bereiche (11, 12) auf einander gegenüberliegenden Seiten der Gateelektrode (2) ausgebildet werden; Vorsehen eines Startfilms (50) auf den zwei vertikalen Seitenwänden des inneren Abschnitts, wobei der Startfilm (50) aus einem Startmaterial besteht, das das Aufwachsen eines aus einer gasförmigen Vorläuferstufe (8) hervorgehenden Abschei dungsmaterials unterstützt und wobei der passive Abschnitt (14) gegenüber der gasförmigen Vorläuferstufe (8) inert ist; Zuführen der Vorläuferstufe (8), wobei auf dem Startfilm (50) das Abscheidungsmaterial aufwächst und das Abscheidungsmaterial Seitenwand-Distanzstrukturen (5) ausbildet, die sich entlang der einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenwände erstrecken und in jedem horizontalen Querschnitt die gleiche Schichtdicke aufweisen; und Ausbilden stark dotierter Kontaktbereiche (110, 120) innerhalb des Halbleitersubstrats (1) mittels Implantationen, wobei die Gateelektrode (2) und die Seitenwand-Distanzstrukturen (5) als zweite Implantationsmaske wirken und wobei die implantierten stark dotierten Kontaktbereiche (110, 120) an den einander gegenüberliegenden Seiten der Gateelektrode (2) an die Seitenwand-Distanzstrukturen (5) ausgerichtet werden und sich mit dem jeweiligen Source/Drain-Bereich (11, 12) überlappen.
Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsehen des Startfilms (50) erfolgt durch: Abscheiden eines konformen Films aus dem Startmaterial in einer Schichtdicke von zwischen 5 bis 40 nm; und anisotrope Ätzung des konformen Films, wobei verbleibende Anteile des konformen Films den Startfilm (50) ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vorsehen des Startfilms (50) auf der Gateelektrode (2) und dem passiven Abschnitt (14) ein Ätzstoppfilm (3) vorgesehen wird, der aus einem passiven Material besteht, das gegenüber der gasförmigen Vorläuferstufe (8) inert ist, und der einen weiteren passiven Abschnitt (14) des Halbleitersubstrats (1) ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Startfilm (50) aus amorphem oder polykristallinem Silizium vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsehen des Startfilms (50) durch Zufuhr von SiH₄ in einer wasserstoffhaltigen Umgebung bei einer Temperatur zwischen 500 und 650°C und einem Druck zwischen 500 und 700 mTorr erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als das Startmaterial amorphes Silizium oder polykristallines Silizium und als die gasförmige Vorläuferstufe (8) Tetraethylenorthosilan ausgewählt wird, wobei das Tetraethylenorthosilan in einer ozonhaltigen Umgebung bei einer Temperatur zwischen 300 und 500°C zugeführt wird, so dass auf dem Startfilm (50) selektiv Siliziumoxid aufwächst.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass amorphes Silizium oder polykristallines Silizium als das Startmaterial und SiH₂Cl₂ als die gasförmige Vorläuferstufe (8) ausgewählt wird, wobei eine Mischung aus SiH₂Cl₂, HCl und Wasserstoff H₂ bei einer Temperatur zwischen 850 und 1050°C und einem Verhältnis der Flussraten von HCl zu SiH₂Cl₂ von mindestens 2:1 zugeführt wird, so dass auf dem Startfilm (50) selektiv Polysilizium aufwächst.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass amorphes Silizium oder polykristallines Silizium als das Startmaterial und WF₆ als die gas förmige Vorläuferstufe (8) ausgewählt wird, wobei WF₆ und SiH₄ bei einer Temperatur zwischen 280 und 350°C, einem Gesamtgasdruck von 100 mTorr und einem Verhältnis der Flussraten von SiH₄ und WF₆ von 0,6 oder weniger zugeführt werden, so dass auf dem Startfilm (50) selektiv Wolfram aufwächst.
Verfahren zum Herstellen einer zu einer Vertikalstruktur (2) ausgerichteten Sekundärstruktur umfassend: Vorsehen eines Halbleitersubstrats (1) mit einem passiven Abschnitt (14), der an eine horizontale Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrats (1), angrenzt und aus einem passiven Material besteht, das gegenüber einer gasförmigen Vorläuferstufe (8) inert ist; Vorsehen der Vertikalstruktur (2) auf der Substratoberfläche (10), wobei die Vertikalstruktur (2) mindestens eine im passiven Abschnitt (14) der Substratoberfläche (10) aufsitzende vertikale Seitenwand und einen an die mindestens eine vertikale Seitenwand anschließenden Startabschnitt aus einem Startmaterial aufweist, wobei das Startmaterial die Abscheidung eines aus der gasförmigen Vorläuferstufe (8) hervorgehenden Abscheidungsmaterials ermöglicht; Vorsehen einer Seitenwand-Distanzstruktur (5) entlang der mindestens einen vertikalen Seitenwand durch Zuführen der Vorläuferstufe (8), wobei das Abscheidungsmaterial gebildet wird und die Seitenwand-Distanzstruktur (5) in jedem horizontalen Querschnitt die gleiche Schichtdicke aufweist; und Ausbilden der Sekundärstruktur (71, 72) angrenzend an die Seitenwand-Distanzstruktur (5).
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur (72) eine weitere Vertikalstruktur ist, die durch Abscheidung eines Abscheidungsmaterials auf der Substratoberfläche (10) und der Seitenwand-Distanzstruktur (5) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur ein dotierter Bereich innerhalb des Halbleitersubstrats (1) ist, wobei der dotierte Bereich durch Implantation eines Dotiermaterials in einen Implantationsabschnitt des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet wird, wobei die Seitenwand-Distanzstruktur (5) als Implantationsmaske wirkt.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur eine vergrabene Sekundärstruktur (71) ist, die aus Einbringen und Füllen eines Grabens in das Halbleitersubstrat (1) hervorgeht, wobei die Seitenwand-Distanzstruktur (5) als Ätzmaske wirkt.