-
Gebiet der vorliegenden Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung
integrierter Schaltkreise, insbesondere auf Verfahren zum Ausbilden
einer Halbleiterstruktur, bei denen Ionenimplantationsprozesse durchgeführt werden,
um neben Strukturelementen, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind,
Dotierstoffprofile auszubilden.
-
Beschreibung des Stands der
Technik
-
Integrierte
Schaltkreise umfassen eine große Anzahl
einzelner Schaltkreiselemente wie beispielsweise Transistoren, Kondensatoren
und Widerstände.
Diese Elemente werden intern miteinander verbunden, um komplexe
Schaltkreise wie Speichervorrichtungen, Logikbausteine und Mikroprozessoren auszubilden.
Die Leistungsfähigkeit
integrierter Schaltkreise kann verbessert werden, indem die Anzahl
von Funktionseinheiten pro Schaltkreis vergrößert wird, um ihren Funktionsumfang
zu erweitern, und/oder indem die Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltkreiselemente
vergrößert wird.
Eine Verringerung der Strukturgrößen ermöglicht das
Ausbilden einer größeren Anzahl
von Schaltkreiselementen auf derselben Fläche, wodurch eine Erweiterung
des Funktionsumfangs des Schaltkreises ermöglicht wird, und führt auch
zu verringerten Signalausbreitungszeiten, wodurch eine Vergrößerung der
Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltkreiselemente ermöglicht wird.
-
In
integrierten Schaltkreisen werden Feldeffekttransistoren als Schaltelemente
verwendet. Sie stellen ein Mittel zum Steuern eines Stroms, der durch
ein Kanalgebiet fließt,
das sich zwischen einem Sourcegebiet an einem Draingebiet befindet,
bereit. Das Sourcegebiet und das Draingebiet sind stark dotiert.
In Transistoren vom n-Typ sind das Source- und das Draingebiet mit
einer Dotiersubstanz vom n-Typ dotiert. In Transistoren vom p-Typ
sind das Source- und das Draingebiet dagegen mit einer Dotiersubstanz
vom p-Typ dotiert. Die Dotierung des Kanalgebiets ist invers zur
Dotierung des Sourcegebiets und des Draingebiets. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiet wird durch eine Gatespannung gesteuert, die an eine Gateelektrode
angelegt wird, die über
dem Kanalgebiet ausgebildet und von diesem durch eine dünne Isolierschicht
getrennt ist. Abhängig
von der Gatespannung kann das Kanalge biet zwischen einem leitfähigen "Ein"-Zustand und einem
im Wesentlichen nichtleitenden "Aus"-Zustand geschaltet
werden.
-
JP 2004-349372 A offenbart
eine Halbleitervorrichtung, in der eine stromtreibende Kraft und
eine Kurzkanalcharakteristik durch eine unterschiedliche Dicke der
Offsetspacer in einem NMOS-Gebiet und einem PMOS-Gebiet bei der
Ausbildung von dotierten Gebieten mittels einer Ionenimplantation
verbessert wird, wobei für
Offsetspacer und Ionenimplantation jeweils dieselben Masken verwendet
werden.
-
Ein
weiteres Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur mit Feldeffekttransistoren
nach dem Stand der Technik wird im Folgenden mit Bezug auf die 1a bis 1c beschrieben.
-
1a zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 100 in
einem ersten Stadium des Verfahrens nach dem Stand der Technik.
-
Die
Halbleiterstruktur 100 umfasst ein Substrat 101.
In dem Substrat 101 sind ein erstes Transistorelement 102 mit
einem aktiven Gebiet 104, eine Gateelektrode 106 und
eine Gateisolierschicht, die eine elektrische Isolierung zwischen
der Gateelektrode 106 und dem aktiven Gebiet 104 bereitstellt,
ausbildet. Die Gateelektrode 106 kann eine Deckfläche 117 und
eine Seitenfläche 118 aufweisen.
Neben der Gateelektrode 106 sind ein erweitertes Sourcegebiet 107 und
ein erweitertes Draingebiet 108 ausgebildet. Das Substrat 101 umfasst
ferner ein zweites Transistorelement 202. Ähnlich wie
das erste Transistorelement 102 umfasst das zweite Transistorelement 202 ein
aktives Gebiet 204, eine Gateelektrode 206 mit einer
Deckfläche 217 und
einer Seitenfläche 218, eine
Gateisolierschicht 205, ein erweitertes Sourcegebiet 207 und
ein erweitertes Draingebiet 208. Eine Isoliergrabenstruktur 103 stellt
eine elektrische Isolierung zwischen dem ersten Transistorelement 102 und
dem zweiten Transistorelement 202 bereit.
-
Die
oben beschriebenen Strukturelemente können mit Hilfe wohlbekannter
Verfahren der Fotolithografie, des Ätzens, der Abscheidung, der
Oxidation und der Ionenimplantation ausgebildet werden. Insbesondere
können
die aktiven Gebiete 104, 204, die erweiterten
Sourcegebiete 107, 207 und die erweiterten Draingebiet 108, 208 mit
Hilfe bekannter Ionenimplantationsprozesse ausgebildet werden, bei denen
die Halbleiterstruktur 100 mit Ionen einer Dotiersubstanz
bestrahlt wird. In manchen Beispielen von Verfahren zum Ausbilden
einer Halbleiterstruktur nach dem Stand der Technik kann das erste
Transistorelement 102 ein Transistor vom p-Typ sein und das
zweite Transistorelement 202 kann ein Transistor vom n-Typ
sein. In solchen Ausführungsformen
können
Ionen einer Dotiersubstanz vom p-Typ in das erweiterte Sourcegebiet 107 und
das erweiterte Draingebiet 108 des ersten Transistorelements 102 implantiert
werden und Ionen einer Dotiersubstanz vom n-Typ können in
das erweiterte Sourcegebiet 207 und das erweiterte Draingebiet 208 des
zweiten Transistorelements 202 implantiert werden. Bei
jedem dieser Implantationsprozesse kann eines der Transistorelemente 102, 202 mit
einer Maske bedeckt werden, die beispielsweise einen Fotoresist
enthält,
während
Ionen in das andere Transis torelement 102, 202 implantiert
werden. Die Masken können
mit Hilfe wohlbekannter Techniken der Fotolithografie ausgebildet werden.
-
Anschließend können über der
Halbleiterstruktur 100 eine Schicht 109, die ein
erstes Material enthält
und eine Schicht 110, die ein zweites Material enthält, ausgebildet
werden. In manchen Beispielen von Verfahren nach dem Stand der Technik
kann die Schicht 109 Siliziumnitrid enthalten und die Schicht 110 kann
Siliziumdioxid enthalten. Die Schichten 109, 110 können mit
Hilfe wohlbekannter Abscheidungsprozesse wie der chemischen Dampfabscheidung
und/oder der plasmaverstärkten
Dampfabscheidung ausgebildet werden.
-
1b zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in
einem späteren Stadium
des Herstellungsprozesses nach dem Stand der Technik.
-
Nach
dem Ausbilden der Schichten 109, 110 kann ein
anisotroper Ätzprozess
durchgeführt
werden, bei dem die Halbleiterstruktur 100 einem Ätzmittel
ausgesetzt wird, das dafür
ausgelegt ist, selektiv das Material der Schicht 110 zu
entfernen und das Material der Schicht 109 im Wesentlichen
unversehrt zu lassen. In manchen Beispielen von Verfahren nach dem
Stand der Technik kann der anisotrope Ätzprozess einen bekannten Trockenätzprozess
umfassen.
-
Beim
anisotropen Ätzen
kann eine Ätzrate von
im Wesentlichen horizontalen Teilen der Schicht 110 aus
dem zweiten Material wie beispielsweise von Teilen über den
erweiterten Sourcegebieten 107, 207, den erweiterten
Draingebieten 108, 208 und den Deckflächen 117, 217 der
Gateelektroden 106, 206 größer sein als eine Ätzrate von
Teilen der Schicht 110, die geneigt oder im Wesentlichen
vertikal sind, wie etwa eine Ätzrate
von Teilen über
den Seitenflächen 118, 218 der
Gateelektroden 106, 206.
-
Der
anisotrope Ätzprozess
kann beendet werden, nachdem die Teile der Schicht 110 aus
dem zweiten Material über
den horizontalen Teilen der Halbleiterstruktur 100 im Wesentlichen
entfernt sind. Somit können
Teile der Schicht 110 auf der Halbleiterstruktur 100 verbleiben,
um Seitenwandabstandshalterstrukturen 111, 211 neben
der Gateelektrode 106 des ersten Transistorelements 102 und
der Gateelektrode 206 des zweiten Transistorelements 202 auszubilden.
-
Danach
kann das erste Transistorelement 102 mit einer Maske 112 bedeckt
werden. Die Maske 112 kann einen Fotoresist enthalten und
mit Hilfe wohlbekannter Techniken der Fotolithografie ausgebildet
werden.
-
1c zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in
einem späteren Stadium
des Herstellungsprozesses nach dem Stand der Technik.
-
Nach
dem Ausbilden der Maske 112 kann ein Ätzprozess durchgeführt werden,
bei dem die Halbleiterstruktur 100 einem Ätzmittel
ausgesetzt wird, das dafür
ausgelegt ist, selektiv das zweite Material in den Seitenwandabstandshalterstrukturen 111, 112 zu
entfernen. In Beispielen von Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur,
in denen das zweite Material Siliziumdioxid umfasst, kann der Ätzprozess ein
Nassätzprozess
sein, bei dem die Halbleiterstruktur 100 verdünnter Flusssäure ausgesetzt
wird.
-
Der Ätzprozess
kann die Seitenwandabstandshalterstruktur 211 neben der
Gateelektrode 206 des zweiten Transistorelements 202 entfernen. Das
erste Transistorelement 102 kann jedoch durch die Maske 112 davor
geschützt
werden, von dem Ätzmittel
angegriffen zu werden. Deshalb bleibt die Seitenwandabstandshalterstruktur 111 neben
der Gateelektrode 106 des ersten Transistorelements 102 auf der
Halbleiterstruktur 100. Nach dem Ätzprozess kann die Maske 112 mit
Hilfe eines bekannten Resiststripprozesses entfernt werden.
-
Anschließend kann
ein weiterer anisotroper Ätzprozess
durchgeführt
werden, der in manchen Beispielen von Verfahren zum Ausbilden einer
Halbleiterstruktur nach dem Stand der Technik einen Trockenätzprozess
umfassen kann. Ein Ätzmittel,
das bei dem anisotropen Ätzprozess
verwendet wird, kann dafür
ausgelegt sein, selektiv das erste Material in der Schicht 109 zu
entfernen und das zweite Material in der Seitenwandabstandshalterstruktur 111 neben
der Gateelektrode 106 des ersten Transistorelements 102 im
Wesentlichen unversehrt zu lassen.
-
Der
anisotrope Ätzprozess
kann beendet werden, nachdem Teile der Schicht 109 aus
dem ersten Material über
horizontalen Teilen der Halbleiterstruktur 100 im Wesentlichen
entfernt sind. Insbesondere können
Teile der Schicht 109 über
den erweiterten Sourcegebieten 107, 207, den erweiterten
Draingebieten 108, 208 und den Deckflächen 117, 217 der Gateelektroden 106, 206 im
Wesentlichen entfernt werden. Teile der Schicht 109 über den
Seitenwänden 118, 218 der
Gateelektroden 106, 206 können jedoch auf der Halbleiterstruktur 100 verbleiben,
um eine Seitenwandabstandshalterstruktur 113 neben der
Gateelektrode 106 und eine Seitenwandabstandshalterstruktur 213 neben
der Gateelektrode 206 zu bilden.
-
Somit
werden in dem Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur nach
dem Stand der Technik zwei Seitenwandabstandshalterstrukturen 113, 111 neben
der Gateelektrode 106 des ersten Transistorelements 102 ausgebildet
und es wird eine einzelne Seitenwandabstandshalterstruktur 213 neben
der Gateelektrode 206 des zweiten Transistorelements 202 ausgebildet.
-
Nach
dem Ausbilden der Seitenwandabstandshalterstrukturen 111, 113, 213 kann
ein Ionenimplantationsprozess durchgeführt werden, um neben der Gateelektrode 106 ein
Sourcegebiet 114 und ein Draingebiet 115 auszubilden.
Bei dem Ionenimplantationsprozess kann die Halbleiterstruktur 100 mit Ionen
einer Dotiersubstanz bestrahlt werden. Das zweite Transistorelement 202 kann
während
des Ionenimplantationsprozesses mit einer Maske (nicht gezeigt)
bedeckt werden. Die Seitenwandabstandshalterstrukturen 113, 111 können Ionen,
die auf den Seitenwandabstandshalterstrukturen 113, 111 auftreffen,
absorbieren, so dass das Sourcegebiet 114 und das Draingebiet 115 von
der Gateelektrode 106 um einen Abstand 116 beabstandet
sind, der der Gesamtdicke der Seitenwandabstandshalterstrukturen 113, 111 entspricht.
-
Es
kann ein weiterer Ionenimplantationsprozess durchgeführt werden,
um neben der Gateelektrode 206 des zweiten Transistorelements 202 ein Sourcegebiet 214 und
ein Draingebiet 215 auszubilden. Über dem ersten Transistorelement 102 kann eine
Maske (nicht gezeigt) ausgebildet werden, um das erste Transistorelement 102 davor
zu schützen, mit
Ionen bestrahlt zu werden. Die Seitenwandabstandshalterstruktur 213 kann
Ionen absorbieren, die auf der Seitenwandabstandshalterstruktur 213 auftreffen,
so dass das Sourcegebiet 214 und das Draingebiet 215 von
der Gateelektrode 206 um einen Abstand 216 beabstandet
sind, der der Dicke der Seitenwandabstandshalterstruktur 213 entspricht.
-
Der
Abstand 216 kann kleiner als der Abstand 116 sein.
Deshalb können
die Source- und Draingebiete 114, 115 des ersten
Transistorelements 102 im Vergleich zu den Source- und
Draingebieten 214, 215 des zweiten Transistorelements 202 in
einem größeren Abstand
zur Gateelektrode des jeweiligen Transistorelements bereitgestellt
werden. In Beispielen von Herstellungsprozessen nach dem Stand der
Technik, in denen das erste Transistorelement 102 ein Transistor
vom p-Typ ist und das zweite Transistorelement 202 ein
Transistor vom n-Typ ist, kann dies eine Anpassung der Dotierprofile
in den Transistorelementen 102, 202 an die besonderen
Eigenschaften der Dotierstoffe vom p-Typ bzw. vom n-Typ ermöglichen.
-
Ein
Nachteil des oben beschriebenen Verfahrens zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur
nach dem Stand der Technik ist, dass ein Fotolithografieprozess
erforderlich ist, um die Maske 112 auszubilden, damit ein
unterschiedlicher Abstand zwischen den Source- bzw. Draingebieten
und der Gateelektrode im ersten und im zweiten Transistorelement
erhalten wird. Neben dem Fotolithografieprozess, der beim Ausbilden
der Maske 112 durchgeführt
wird, können
zwei weitere Fotolithografieprozesse erforderlich sein, um Masken
auszubilden, die die Transistorelemente 102, 202 während der
Ionenimplantationsprozesse, die durchgeführt werden, um die Sourcegebiete 114, 214 und
die Draingebiete 115, 215 aus zubilden, zu bedecken.
Somit kann das Ausbilden der Sourcegebiete 114, 214 und
der Draingebiete 115, 215 insgesamt drei Fotolithografieprozesse
umfassen. Wie bekannt können
Fotolithografieprozesse erheblich zu den Kosten und der Komplexität des Herstellungsprozesses
beitragen, da die Fotolithografie teure und komplizierte Geräte erfordert, die
den hohen Grad an Präzision
und Arbeitsgenauigkeit, der in der fortschrittlichen Halbleiterherstellungstechnologie
erforderlich ist, zur Verfügung
stellen. Somit kann das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen
einer Halbleiterstruktur relativ teuer und zeitaufwändig sein.
-
Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren, mit dem die
Auswirkungen von einem oder mehreren der oben beschriebenen Nachteile vermieden
oder zumindest vermindert werden können.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß umfasst
ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur die Merkmale des
Anspruchs 1. Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Ausführungsformen
des vorliegenden Gegenstands sind in den beigefügten Patentansprüchen definiert
und werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung besser
ersichtlich, wenn diese mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verwendet
wird. Es zeigen:
-
1a bis 1c schematische
Querschnittsansichten einer Halbleiterstruktur in Stadien eines
Herstellungsprozesses nach dem Stand der Technik; und
-
2a bis 2c schematische
Querschnittsansichten einer Halbleiterstruktur in Stadien eines
Herstellungsprozesses gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
-
Gemäß einer
Ausführungsform
wird über
einem ersten Strukturelement und einem zweiten Strukturelement,
die über
einem Substrat ausgebildet sind, eine Materialschicht ausgebildet.
In manchen Ausführungsformen
kann das Substrat einen Wafer umfassen, der ein Halbleitermaterial
wie etwa Silizium enthält.
Das erste Strukturelement und das zweite Strukturelement enthalten
Gateelektroden eines ersten Transistorelements bzw. eines zwei ten Transistorelements.
Die Materialschicht kann ein Seitenwandabstandshaltermaterial enthalten,
das ein dielektrisches Material wie etwa Siliziumdioxid und/oder
Siliziumnitrid sein kann. Die Materialschicht weist mehrere Unterschichten,
die verschiedene Materialien enthalten, auf. Beispielsweise kann
die Materialschicht eine Unterschicht aus einem ersten Material
und eine Unterschicht aus einem zweiten Material aufweisen.
-
Das
erste Strukturelement wird mit einer Maske bedeckt werden. Die Maske
kann einen Fotoresist umfassen und mit Hilfe von Verfahren der Fotolithografie
ausgebildet werden. Anschließend
wird mindestens ein Ätzprozess
durchgeführt.
Der mindestens eine Ätzprozess
kann einen anisotropen Ätzprozess
umfassen, beispielsweise einen Trockenätzprozess, der dafür ausgelegt
ist, selektiv eines oder mehrere Materialien der Materialschicht
zu entfernen und das Material des Substrats sowie das Material des
ersten und des zweiten Strukturelements im Wesentlichen unversehrt
zu lassen. Die Maske kann Teile der Materialschicht über dem
ersten Transistorelement davor schützen, von einem Ätzmittel,
das bei dem Ätzprozess
verwendet wird, angegriffen zu werden. Somit werden nur Teile der
Materialschicht über dem
zweiten Transistorelement geätzt.
-
Bei
dem Ätzprozess
können
Teile der Materialschicht über
im Wesentlichen horizontalen Teilen der Halbleiterstruktur, beispielsweise
Teile über
der Deckfläche
des zweiten Strukturelements oder Teile über dem Substrat, mit einer
größeren Ätzrate geätzt werden
als geneigte Teile der Materialschicht wie etwa Teile an den Seitenwänden des
zweiten Strukturelements. Der Ätzprozess
kann beendet werden, nachdem die im Wesentlichen horizontalen Teile
der Materialschicht im Wesentlichen entfernt sind. Somit kann aus
Teilen der Materialschicht an der Seitenwand des zweiten Strukturelements
eine Seitenwandabstandshalterstruktur ausgebildet werden.
-
Nach
dem Ätzprozess
wird ein Ionenimplantationsprozess durchgeführt, wobei die Maske während des
Ionenimplantationsprozesses auf der Halbleiterstruktur verbleibt.
Bei dem Ionenimplantationsprozess kann die Halbleiterstruktur mit
Ionen einer Dotiersubstanz bestrahlt werden, um neben dem zweiten
Strukturelement und der Seitenwandabstandshalterstruktur dotierte
Bereiche auszubilden. In Ausführungsformen,
in denen das zweite Strukturelement eine Gateelektrode eines Transistorelements
umfasst, können
die dotierten Gebiete ein Sourcegebiet und ein Draingebiet des Transistorelements
umfassen. Ionen, die auf der Maske auftreffen, können von der Maske und dem
Teil der Materialschicht unter der Maske absorbiert werden, so dass im
Wesentlichen keine Dotierstoffionen in Teile des Substrats neben
dem ersten Strukturelement eingebaut werden.
-
Somit
können
neben dem zweiten Strukturelement selektiv Seitenwandabstandshalterstrukturen und
dotierte Gebiete im Substrat ausgebildet werden. Zu diesem Zweck
ist nur ein Fotolithografieprozess erforderlich, der durchgeführt wird,
um die Maske auszubilden. Nach dem Ausbilden der Seitenwandabstandshalter
und den Source- und Draingebieten neben dem oben beschriebenen zweiten
Transistorelement können
weitere Produktionsschritte durchgeführt werden, um neben dem ersten
Strukturelement eine Seitenwandabstandshalterstruktur und dotierte
Bereiche auszubilden.
-
Die
weiteren Produktionsschritte umfassen ein Ausbilden einer Maske über dem
zweiten Strukturelement, ein Durchführen mindestens eines Ätzprozesses,
der dafür
ausgelegt ist, neben dem ersten Strukturelement aus einem anderen
Teil der Materialschicht eine Seitenwandabstandshalterstruktur auszubilden,
wobei die Maske Teile der Materialschicht über dem zweiten Strukturelement
wie die Seitenwandabstandshalterstruktur neben dem zweiten Strukturelement,
die aus der Materialschicht gebildet wurde, davor schützt, von
dem mindestens einen Ätzprozess
angegriffen zu werden, sowie ein Durchführen eines Ionenimplantationsprozesses
zum Ausbilden von dotierten Bereichen neben dem ersten Strukturelement,
wobei die Maske während
des Ionenimplantationsprozesses über
dem zweiten Strukturelement verbleibt.
-
Der
mindestens eine Ätzprozess,
der beim Ausbilden der Seitenwandabstandshalterstruktur neben dem
ersten Strukturelement verwendet wird, kann sich von dem mindestens
einen Ätzprozess,
der beim Ausbilden der Seitenwandabstandshalterstruktur neben dem
zweiten Strukturelement verwendet wird, unterscheiden. Somit können die
dotierten Bereiche, die neben dem ersten Strukturelement ausgebildet
werden, einen Abstand von dem ersten Strukturelement haben, der
sich von dem Abstand zwischen dem zweiten Strukturelement und den
dotierten Bereichen, die neben dem zweiten Strukturelement ausgebildet
werden, unterscheidet. Wie oben bereits erwähnt, können die dotierten Bereiche
Source- und Draingebiete eines ersten und eines zweiten Transistorelements
umfassen. Folglich ermöglicht die
vorliegende Erfindung das Ausbilden unterschiedlicher Dotierprofile
im ersten und im zweiten Transistorelement, wobei nicht mehr als
zwei Masken mit Hilfe von Fotolithografieprozessen ausgebildet werden
müssen.
Somit kann die Anzahl der erforderlichen Fotolithografieprozesse
im Vergleich zu dem oben mit Bezug auf die 1a–1c beschriebenen
Verfahren nach dem Stand der Technik verringert werden.
-
Im
Folgenden werden mit Bezug auf die 2a bis 2c verschiedene
Ausführungsformen beschrieben.
-
2a zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 300 in
einem ersten Stadium eines Verfahrens zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur.
-
Die
Halbleiterstruktur 300 umfasst ein Substrat 301.
In dem Substrat 301 sind ein erstes Transistorelement 302 und
ein zweites Transistorelement 402 ausgebildet. Das erste
Transistorelement 302 umfasst eine Gateelektrode 306,
die über
einem aktiven Gebiet 304 ausgebildet ist und diesem durch eine
Gateisolierschicht 305 getrennt wird. Neben der Gateelektrode 306 können ein
erweitertes Sourcegebiet 307 und ein erweitertes Draingebiet 308 ausgebildet
werden. Die Gateelektrode 306 kann eine Deckfläche 317 und
eine Seitenfläche 318 aufweisen.
Die Halbleiterstruktur 300 umfasst ferner ein zweites Transistorelement 402. Ähnlich wie
das erste Transistorelement 302 umfasst das zweite Transistorelement 402 eine
Gateelektrode 406 mit einer Deckfläche 417 und einer
Seitenfläche 418,
eine Gateisolierschicht 405, ein aktives Gebiet 404,
ein erweitertes Sourcegebiet 407 und ein erweitertes Draingebiet 408.
Eine Isoliergrabenstruktur 303 stellt eine elektrische
Isolierung zwischen dem ersten Transistorelement 302, dem
zweiten Transistorelement 402 und weiteren Schaltkreiselementen
in der Halbleiterstruktur 300, die in 2a nicht
gezeigt sind, bereit. Ähnlich
dem Ausbilden der oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebenen
Halbleiterstruktur 100 können die oben beschriebenen Strukturelemente
mit Hilfe den Fachleute bekannter Verfahren der Fotolithografie,
des Ätzens,
der Abscheidung, der Oxidation und der Ionenimplantation ausgebildet
werden.
-
Das
erste Transistorelement 302 und das zweite Transistorelement 402 können Transistoren eines
unterschiedlichen Typs sein. In manchen Ausführungsformen kann das erste
Transistorelement 302 ein Transistor vom p-Typ sein und
das zweite Transistorelement 402 kann ein Transistor vom
n-Typ sein. In anderen Ausführungsformen
kann das erste Transistorelement 302 ein Transistor vom
n-Typ sein und das zweite Transistorelement 402 kann ein
Transistor vom p-Typ sein.
-
Über dem
ersten Transistorelement 302 und dem zweiten Transistorelement 402 werden
eine Schicht 309 aus dem ersten Material und eine Schicht 310 aus
einem zweiten Material ausgebildet. 2a zeigt
die Halbleiterstruktur 300 in einem Stadium, in dem die
Schicht 310 bearbeitet wurde, um Seitenwandabstandshalterstrukturen 311, 411 auszubilden,
was unten genauer erläutert
wird. Somit ist in 2a nicht die gesamte Schicht 310 so
sichtbar, wie sie ausgebildet wurde. In manchen Ausführungsformen
können
die Schicht 309 und die Schicht 310 in Form von
Unterschichten einer Materialschicht 350 bereitgestellt
werden, die über
der Halbleiterstruktur 300 ausgebildet wird.
-
Die
Schicht 309 aus dem ersten Material und die Schicht 310 aus
dem zweiten Material können
mit Hilfe bekannter Abscheidungstechniken wie etwa der chemischen
Dampfabscheidung und/oder der plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidung
ausgebildet werden.
-
Das
erste Material und das zweite Material sind so ausgewählt, dass
die Schicht 309 aus dem ersten Material und die Schicht 310 aus
dem zweiten Material selektiv geätzt
werden können.
Beim selektiven Ätzen
kann die Halbleiterstruktur 300 einem Ätzmittel ausgesetzt werden,
das dafür
ausgelegt ist, das Material von einer der Schichten 309, 310 zu
entfernen und das Material der anderen Schichten 309, 310 im
Wesentlichen unversehrt zu lassen.
-
In
einer Ausführungsform
kann die Schicht 309 Siliziumnitrid enthalten und die Schicht 310 kann Siliziumdioxid
enthalten. In anderen Ausführungsformen
kann die Schicht 309 Siliziumdioxid enthalten und die Schicht 310 kann
Siliziumnitrid enthalten. Ätzchemien,
die ein selektives Ätzen
von Siliziumdioxid und Siliziumnitrid ermöglichen, sind bekannt oder können jederzeit
durch Routineelemente ermittelt werden.
-
Nach
dem Ausbilden der Schichten 309, 310 wird ein Ätzprozess
durchgeführt
werden, um aus der Schicht 310 Seitenwandabstandshalterstrukturen 311 bzw. 411 neben
der Gateelektrode 306 des ersten Transistorelements 302 bzw.
der Gateelektrode 406 des zweiten Transistorelements 402 zu
bilden. Der Ätzprozess
ist dafür
ausgelegt, selektiv das zweite Material der Schicht 310 zu
entfernen und das erste Material der Schicht 309 im Wesentlichen
unversehrt zu lassen.
-
In
manchen Ausführungsformen
kann der Ätzprozess
ein Trockenätzprozess
sein. Wie bekannt, wird die Halbleiterstruktur 300 beim
Trockenätzen
in ein Reaktorgefäß gebracht
und dem Reaktorgefäß wird ein Ätzgas zugeführt. In
dem Ätzgas
kann durch Anlegen einer Wechselspannung mit Radiofrequenz an das Ätzgas eine
Glimmentladung erzeugt werden. Außerdem kann zwischen der Halbleiterstruktur 300 und
dem Ätzgas
eine Vorspannung angelegt werden, die eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung
niedriger Frequenz sein kann. In der Glimmentladung können aus
dem Ätzgas
chemisch reaktionsfreudige Teilchensorten wie Atome, Radikale und
Ionen erzeugt werden. Die chemisch reaktionsfreudigen Teilchensorten
können
mit dem zweiten Material der Schicht 310 reagieren, wodurch ein
flüchtiges
Reaktionsprodukt entsteht, das aus dem Reaktorgefäß gepumpt werden
kann. Um eine Selektivität
des Ätzprozesses
zu erhalten, können Parameter
wie etwa eine Zusammensetzung des Ätzgases, eine Frequenz und
eine Amplitude der Wechselspannung mit Radiofrequenz und der Vorspannung,
eine Temperatur und ein Druck so angepasst werden, dass die chemisch
reaktionsfreudige Teilchensorten mit dem zweiten Material der Schicht 310 in
größerem Ausmaße reagieren
als mit dem ersten Material der Schicht 309.
-
Der Ätzprozess
ist anisotrop. Beim anisotropen Ätzen
werden Teile der Schicht 310 mit einer im Wesentlichen
horizontalen Oberfläche
wie etwa Teile über
den erweiterten Sourcegebieten 307, 407, den erweiterten
Draingebieten 308, 408, der Isoliergrabenstruktur 303 und
der Deckflächen 317, 417 der Gateelektroden 306, 406 mit
einer größeren Ätzrate entfernt
als Teile der Schicht 310 mit einer geneigten Oberfläche wie
etwa Teile über
den Seitenwänden der
Gateelektroden 306, 406. In Ausführungsformen, in
denen der Ätzprozess
einen Trockenätzprozess umfasst,
kann ein Grad der Anisotropie des Ätzprozesses gesteuert werden,
indem Parameter des Ätzprozesses
variiert werden, insbesondere durch Variieren der Vorspannung.
-
Der Ätzprozess
kann beendet werden, nachdem die Teile der Schicht 310 aus
dem zweiten Material mit einer im Wesentlichen horizontalen Oberfläche im Wesentlichen
entfernt wurden. Wegen der Anisotropie des Ätzprozesses können Reste
der Teile der Schicht 310 mit einer geneigten Oberfläche, insbesondere
Reste der Teile über
den Seitenwänden der
Gateelektroden 306, 406 auf der Halbleiterstruktur 300 bleiben
und die Seitenwandabstandshalterstrukturen 311, 411 bilden.
-
Nach
dem Ausbilden der Seitenwandabstandshalterstrukturen 311, 411 wird über dem
ersten Transistorelement 302 eine Maske 312 ausgebildet. Die
Maske 312 kann einen Fotoresist umfassen und mit Hilfe
von bekannten Techniken der Fotolithografie ausgebildet werden.
-
2b zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 300 in
einem späteren Stadium
des Herstellungsprozesses.
-
Nach
dem Ausbilden der Maske 312 wird ein Ätzprozess durchgeführt, bei
dem z. B. die Halbleiterstruktur 300 einem Ätzmittel
ausgesetzt wird, das dafür
ausgelegt ist, selektiv das zweite Material der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 zu
entfernen und die Schicht 310 und die Maske 312 im
Wesentlichen unversehrt zu lassen. Bei dem Ätzprozess kann die Seitenwandabstandshalterstruktur 411 neben
der Gateelektrode 406 des zweiten Transistorelements 402 entfernt
werden. Die Seitenwandabstandshalterstruktur 311 neben
der Gateelektrode 306 des ersten Transistorelements 302 kann
jedoch durch die Maske 312 geschützt sein und somit auf der
Halbleiterstruktur 300 verbleiben.
-
Der Ätzprozess
kann ein isotroper Ätzprozess
sein. Beim isotropen Ätzen
kann eine Ätzrate von
der Orientierung der dem Ätzmittel
ausgesetzten Oberfläche
im Wesentlichen unabhängig
sein. Somit kann die Seitenwandabstandshalterstruktur 411 effektiv
entfernt werden.
-
In
manchen Ausführungsformen
kann der Ätzprozess
ein Nassätzprozess
sein, bei dem die Halbleiterstruktur 300 einer wässrigen
Lösung
einer chemischen Verbindung, die mit dem zweiten Material der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 reagiert,
ausgesetzt wird, beispielsweise durch Eintauchen der Halbleiterstruktur 300 in
die Lösung
oder durch Aufsprühen
der Lösung
auf die Halbleiterstruktur 300. In Ausführungsformen, in denen das
zweite Material Siliziumdioxid umfasst, kann die Halbleiterstruktur 300 verdünnter Flusssäure (HF)
ausgesetzt werden.
-
In
anderen Ausführungsformen
kann die Seitenwandabstandshalterstruktur 411 mit Hilfe
eines Trockenätzprozesses
entfernt werden.
-
Man
ist nicht auf Ausführungsformen
beschränkt,
in denen die Seitenwandabstandshalterstruktur 411 vollständig entfernt
wird. In anderen Ausführungsformen
kann der Ätzprozess
vor einem vollständigen
Entfernen der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 beendet
werden. Somit können
Teile der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 auf der Halbleiterstruktur 300 verbleiben.
Eine Form der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 kann
jedoch durch den Ätzprozess
verändert
werden, während die
Form der Seitenwandabstandshalterstrukturen 311 nicht verändert wird.
-
In
manchen dieser Ausführungsformen
kann der Ätzprozess
ein isotroper Ätzprozess
oder ein anisotroper Ätzprozess
mit einem geringen Grad an Asymmetrie sein. Somit kann eine Dicke 416 der
Seitenwandabstandshalterstruktur 411 verringert werden.
In anderen Ausführungsformen
kann der Ätzprozess
ein anisotroper Ätzprozess
mit einem mäßig hohen
Grad an Asymmetrie sein. Somit kann eine Höhe der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 verringert
werden, während
eine Dicke der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 im
Wesentlichen unverändert
bleiben kann. Dies kann dabei helfen, eine abgeschrägtere Form
der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 zu erhalten. Vorteilhafterweise
kann eine abgeschrägte
Form der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 dabei helfen,
ein Ausbilden von Hohlräumen
zwischen den Transistorelementen 302, 402 zu vermeiden,
wenn über
der Halbleiterstruktur 300 eine Schicht aus einem Zwischenschichtdielektrikum
ausgebildet wird.
-
Nach
dem Entfernen oder Verändern
der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 kann ein anisotroper Ätzprozess
durchgeführt
werden, beispielsweise ein Trockenätzprozess, der dafür ausgelegt
ist, selektiv das erste Material der Schicht 309 zu entfernen.
Der anisotrope Ätzprozess
kann beendet werden, nachdem im Wesentlichen horizontale Teile der Schicht 309 über dem
zweiten Transistorelement 402 im Wesentlichen entfernt
wurden. Somit können
geneigte Teile der Schicht 309 über der Seitenfläche 418 der
Gateelektrode 406 des zweiten Transistorelements 402 auf
der Halbleiterstruktur 300 bleiben und eine Seitenwandabstandshalterstruktur 413 neben
der Gateelektrode 406 bilden.
-
Anschließend wird
ein Ionenimplantationsprozess durchgeführt bei dem die Halbleiterstruktur 300 mit
Ionen einer Dotiersubstanz bestrahlt wird, was in 2b durch
Pfeile 330 dargestellt wird. Die Maske 312 verbleibt
während
des Ionenimplantationsprozesses auf der Halbleiterstruktur 300.
Die Ionen 330 können
auf Teile des Substrats 301 neben der Gateelektrode 406 des
zweiten Transistorelements 402 auftreffen und in das Substrat 301 eingebaut
werden, so dass ein Sourcegebiet 414 und ein Draingebiet 415 ausgebildet
werden. Ionen, die auf der Seitenwandabstandshalterstruktur 413 auftreffen,
können
von der Seitenwandabstandshalterstruktur 413 absorbiert
werden, so dass das Sourcegebiet 414 und das Draingebiet 415 von
der Gateelektrode 406 durch einen Abstand 416 getrennt
sind, der im Wesentlichen einer Dicke der Seitenwandabstandshalterstruktur 413 entsprechen
kann.
-
Ionen,
die auf dem ersten Transistorelement 302 auftreffen, können in
der Maske 312 und/oder dem Teil der Schicht 309 unter
der Maske 312 absorbiert werden. Somit kann die Maske 312 Teil
des Substrats 301 neben der Gateelektrode 306 des
ersten Transistorelements 302 davor schützen, mit Ionen bestrahlt zu
werden. Somit können
das Sourcegebiet 414 und das Draingebiet 415 selektiv
in dem zweiten Transistorelement 402 ausgebildet werden.
-
In
manchen Ausführungsformen
kann eine Dicke der Maske 312 während der Ätzprozesse, die zum Entfernen
der Seitenwandabstandshalterstruktur 411 und zum Ausbilden
der Seitenwandabstandshalterstruktur 413 durchgeführt werden,
verringert werden. In solchen Ausführungsformen kann es vorkommen,
dass nur ein Teil der Ionen, die auf das erste Transistorelement 302 auftreffen,
in der Maske 312 absorbiert wird, während manche Ionen die Maske 312 durchdringen
und in dem Teil der Schicht 309 aus dem ersten Material über dem
ersten Transistorelement absorbiert werden können. Somit kann das erste
Transistorelement 302 sowohl durch die Maske 312 als
auch durch die Schicht 309 aus dem ersten Material davor
geschützt
werden, mit den Ionen bestrahlt zu werden.
-
2c zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 300 in
einem späteren Stadium
des Herstellungsprozesses.
-
Nach
dem Ionenimplantationsprozess, der durchgeführt wird, um das Sourcegebiet 414 und
das Draingebiet 415 auszubilden, kann die Maske 312, die
das erste Transistorelement 302 bedeckt, mit Hilfe eines
bekannten Resiststripprozesses entfernt werden und eine Maske 341 kann über dem
zweiten Transistorelement 402 ausgebildet werden. Die Maske 341 kann
einen Fotoresist umfassen und mit Hilfe wohlbekannter Techniken
der Fotolithografie ausgebildet werden.
-
Danach
wird ein Ätzprozess
durchgeführt, bei
dem die Halbleiterstruktur 300 einem Ätzmittel ausgesetzt wird, das
dafür ausgelegt
ist, selektiv das erste Material der Schicht 309 zu entfernen
und das zweite Material in der Seitenwandabstandshalterstruktur 311 und
der Maske 341 im Wesentlichen unversehrt zu lassen. Der Ätzprozess
ist anisotrop und kann im manchen Ausführungsformen einen Trockenätzprozess
umfassen.
-
Der
anisotrope Ätzprozess
wird beendet, nachdem im Wesentlichen horizontale Teile der Schicht 309 über dem
erweiterten Sourcegebiet 307, dem erweiterten Draingebiet 308 und
der Deckfläche 317 der
Gateelektrode 306 des ersten Transistorelements 302 im
Wesentlichen entfernt sind. Wegen der Anisotropie des Ätzprozesses
können
Reste der Schicht 309 über
der Seitenfläche 318 der
Gateelektrode 306 auf der Halbleiterstruktur 300 verbleiben und
eine Seitenwandabstandshalterstruktur 313 bilden.
-
Da
der anisotrope Ätzprozess
dafür ausgelegt
sein kann, die Seitenwandabstandshalterstruktur 311, die
das zweite Material enthält,
im Wesentlichen nicht anzugreifen, können sich neben der Gateelektrode 306 des
ersten Transistorelements 302 nach dem Ätzprozess zwei Seitenwandabstandshalterstrukturen
befinden, nämlich
die Seitenwandabstandshalterstruktur 313 und die Seitenwandabstandshalterstruktur 311.
Die Seitenwandabstandshalterstrukturen 311, 313 können zusammen
eine Dicke 316 aufweisen, die größer als die Dicke 416 der Seitenwandabstandshalterstruktur 413 neben
der Gateelektrode 406 des zweiten Transistorelements 402 ist.
-
Nach
dem Ausbilden der Seitenwandabstandshalterstruktur 313 wird
ein Ionenimplantationsprozess durchgeführt werden, bei dem die Halbleiterstruktur 300 mit
Ionen einer Dotiersubstanz bestrahlt wird, was in 2c durch
Pfeile 340 dargestellt wird. Die Maske 341 verbleibt
während
des Ionenimplantationsprozesses auf der Halbleiterstruktur 300.
Die Ionen 340 können
auf dem ersten Transistorelement 302 auftreffen, so dass
neben der Gateelektrode 306 des ersten Transistorelements 302 ein
Sourcegebiet 314 und ein Drain gebiet 315 ausgebildet
werden. Da die Seitenwandabstandshalterstrukturen 311, 313 Ionen,
die auf die Seitenwandabstandshalterstrukturen 311, 313 auftreffen,
absorbieren können,
kann ein Abstand zwischen dem Sourcegebiet 314 und der Gateelektrode 306 bzw.
ein Abstand zwischen dem Draingebiet 315 und der Gateelektrode 306 im
Wesentlichen gleich der Gesamtdicke 316 der Seitenwandabstandshalterstrukturen 311, 313 sein.
Deshalb kann der Abstand des Sourcegebiets 314 und des
Draingebiets 315 zu der Gateelektrode 306 des ersten
Transistorelements 302 größer sein als der Abstand des
Sourcegebiets 414 und des Draingebiets 415 zu
der Gateelektrode 406 des zweiten Transistorelements 402.
Somit können
sich die Dotierstoffprofile im ersten Transistorelement 302 und
im zweiten Transistorelement 402 unterscheiden.
-
Nach
dem Ausbilden des Sourcegebiets 314 und des Draingebiets 315 kann
die Maske 341 mit Hilfe eines bekannten Resiststripprozesses
entfernt werden.
-
Wie
oben genauer ausgeführt,
können
in manchen Ausführungsformen
das erste Transistorelement 302 und das zweite Transistorelement 402 Transistoren
unterschiedlichen Typs sein. Beispielsweise kann das erste Transistorelement 302 ein Transistor
vom p-Typ sein und das zweite Transistorelement 403 kann
ein Transistor vom n-Typ sein. In solchen Ausführungsformen können die
Ionen 330 Ionen einer Dotiersubstanz vom p-Typ umfassen
und die Ionen 340 können
Ionen einer Dotiersubstanz vom n-Typ umfassen. Somit ermöglicht das
oben beschriebene Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur
das Ausbilden unterschiedlicher Dotierstoffprofile in Transistoren
vom p-Typ und in Transistoren vom n-Typ.
-
In
den oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebenen
Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur nach dem Stand
der Technik sind drei Masken erforderlich, um in dem ersten Transistorelement 102 und
dem zweiten Transistorelement 202 Source- und Draingebiete
auszubilden, wobei der Abstand zwischen Source- und Draingebieten und
der Gateelektrode im ersten Transistorelement 102 größer ist
als im zweiten Transistorelement 202: die Maske 112 sowie
zwei Masken, die in den Figuren nicht gezeigt sind, und die jeweils
dazu verwendet werden, eines der Transistorelemente 102, 202 abzudecken,
während
in dem anderen Transistorelement 102, 202 Source-
und Draingebiete ausgebildet werden.
-
Im
Gegensatz dazu werden in dem oben beschriebenen Verfahren zum Ausbilden
der Halbleiterstruktur 300 nur zwei Masken 312, 341 benötigt, um die
Sourcegebiete 314, 414 und die Draingebiete 315, 415 auszubilden.
Somit kann die Anzahl der Fotolithografieprozesse, die in dem Verfahren
zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur durchgeführt werden, verringert werden,
was dabei helfen kann, die Kosten und die Komplexität des Herstellungsprozesses
zu verringern.