-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein ein Verfahren zum
Herstellen einer Halbleitervorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen
einer SOI-Vorrichtung, eine Halbleitervorrichtung sowie eine SOI-Vorrichtung.
-
Es
ist ein anhaltendes Ziel, die Rechenleistung von Recheneinrichtungen
zu erhöhen.
Um die Rechenleistung zu erhöhen,
kann die Integrationstiefe der Recheneinrichtungen erhöht werden.
Um die Herstellungskosten niedrig zu halten, können Herstellungsprozesse verwendet
werden, welche das Bilden von Strukturen hoher Präzision ermöglichen und
dennoch zur selben Zeit den Herstellungsaufwand so niedrig wie möglich halten.
-
In
den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Teile
in den unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise
maßstabsgetreu
gezeichnet, der Schwerpunkt ist stattdessen im Allgemeinen darauf
gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der nachfolgenden
Beschreibung werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen, in denen:
-
1 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ein
mögliches
Ausführungsbeispiel zeigt,
welches angibt, wie das in 1 gezeigte
Verfahren im Detail durchgeführt
werden könnte;
-
3 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer SOI-Vorrichtung
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
4 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer SOI-Vorrichtung
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
5 eine
Querschnittansicht eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum Herstellen
einer SOI-Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
6 eine
vergrößerte Ansicht
des in 5 gezeigten Prozessstadiums zeigt;
-
7 eine
Querschnittansicht eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum Herstellen
einer SOI-Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
8 eine
Querschnittansicht eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum Herstellen
einer SOI-Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
9 eine
Querschnittansicht eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum Herstellen
einer SOI-Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
10 eine
Querschnittansicht eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum Herstellen
einer SOI-Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
11 eine
Querschnittansicht eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum Herstellen
einer SOI-Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
12 eine
Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
13 eine
Querschnittansicht einer SOI-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
14 eine
Querschnittansicht einer SOI-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
15 eine
Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
16 eine
Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Im
Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben
sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten
oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten
Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen
Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
-
1 zeigt
ein Verfahren 100 zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
In 101 wird
das Herstellungsverfahren begonnen.
-
In 102 wird
eine Grabenstruktur innerhalb einer ersten Verbundstruktur gebildet,
wobei die erste Verbundstruktur eine Substratschicht, eine auf oder über der
Substratschicht angeordnete vergrabene Schicht und eine auf oder über der
vergrabenen Schicht angeordnete Halbleiterschicht aufweist.
-
In 103 wird
eine zweite Verbundstruktur auf den Seitenwänden der Grabenstruktur gebildet.
Die zweite Verbundstruktur weist eine erste Isolationsschicht auf,
welche zumindest den Teil der Seitenwände, welcher durch die Halbleiterschicht
gebildet ist, und den Teil der Seitenwände, welcher durch einen oberen
Teil der vergrabenen Schicht gebildet ist, bedeckt. Ferner weist
die zweite Verbundstruktur eine Kontaktschicht auf, welche die erste
Isolationsschicht und den Teil der Seitenwände, welcher durch einen mittleren
Teil der vergrabenen Schicht gebildet wird, bedeckt. Ferner weist
die zweite Verbundstruktur eine zweite Isolationsschicht auf, welche
die Kontaktschicht und zumindest den Teil der Seitenwände, welcher
durch einen unteren Teil der vergrabenen Schicht gebildet wird,
bedeckt.
-
In 104 wird
das Verfahren 100 beendet.
-
Der
in 103 beschriebene Prozess kann mehrere Male wiederholt
werden, i. e., nachdem die zweite Verbundstruktur gebildet worden
ist, kann eine dritte Verbundstruktur auf den Seitenwänden der
verbleibenden Grabenstruktur gebildet werden. Die dritte Verbundstruktur
kann zum Beispiel eine zweite Kontaktschicht aufweisen, welche zumindest
die zweite Isolationsschicht (und optional den Teil der Seitenwände, welcher
durch einen oberen Teil einer weiteren Halbleiterschicht oder einer
weiteren vergrabenen Schicht, welche unterhalb der vergrabenen Schicht
angeordnet ist, gebildet wird) bedeckt, sowie eine dritte Isolationsschicht,
welche die zweite Kontaktschicht und den Teil der Seitenwände, welcher durch
einen Teil (zum Beispiel einen unteren Teil) der weiteren Halbleiterschicht
oder der weiteren vergrabenen Schicht gebildet wird, bedeckt. Falls
erforderlich können
weitere Verbundstrukturen auf der dritten Verbundstruktur gebildet
werden. Auf diese Weise kontaktiert jede einzelne Kontaktschicht
eine individuelle Halbleiterschicht oder vergrabene Schicht. Das
bedeutet, dass eine beliebige Anzahl von Schichten eines Schichtenstapels
kontaktiert werden können
mittels eines einzigen Grabens („Multi-Schalen-Ansatz" (multi shell approach)).
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die Grabenstruktur derart gebildet
werden, dass sie sich in 102 in die Substratschicht hinein
erstreckt, wobei die zweite Isolationsschicht so gebildet wird,
dass sie den Teil der Seitenwände,
welcher durch die Substratschicht gebildet wird, bedeckt.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die zweite Isolationsschicht so
gebildet, dass sie in 103 die Bodenoberfläche der Grabenstruktur
bedeckt.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird der verbleibende Raum innerhalb
der Grabenstruktur mit Füllmaterial
aufgefüllt nachdem
der Schritt 103 ausgeführt
worden ist.
-
Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird der verbleibende Raum der Grabenstruktur
mit leitfähigen
Material aufgefüllt,
derart, dass das leitfähige
Material die Substratschicht kontaktiert, nachdem 103 ausgeführt worden
ist.
-
2 zeigt
ein Verfahren 200, welches veranschaulicht, wie das Verfahren 100 im
Detail ausgeführt
werden könnte.
-
In 201 wird
eine erste Verbundstruktur gebildet, welche eine Substratschicht,
eine vergrabene Schicht, welche auf oder über der Substratschicht angeordnet
ist, und eine Halbleiterschicht, welche auf oder über der
vergrabenen Schicht angeordnet ist, aufweist.
-
In 202 wird
eine Grabenstruktur innerhalb der ersten Verbundstruktur gebildet,
wobei sich die Grabenstruktur in die vergrabene Schicht hinein erstreckt.
-
In 203 wird
eine erste Isolierschicht gebildet, welche die Seitenwände der
Grabenstruktur bedeckt.
-
In 204 wird
die Tiefe der Grabenstruktur vergrößert, derart, dass sich die
Bodenoberfläche
der Grabenstruktur immer noch innerhalb der vergrabenen Schicht
befindet.
-
In 205 wird
eine leitfähige
Schicht gebildet, derart, dass sie die Isolationsschicht und die
freiliegenden Seitenwände
der vergrößerten Teile
der Grabenstruktur bedeckt.
-
In 206 wird
die Tiefe der Grabenstruktur vergrößert, derart, dass sich die
Grabenstruktur in das Substrat hinein erstreckt.
-
In 207 wird
eine zweite Isolationsschicht gebildet, welche die leitfähige Schicht
und die freiliegenden Seitenwände
des vergrößerten Teils
der Grabenstruktur bedeckt.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine erste Isolationsschicht in 203 gebildet
unter Verwendung einer thermischen Oxidationsbehandlung, welche
bewirkt, dass die Seitenwände
der Grabenstruktur thermisch oxidiert werden. Die erste Isolationsschicht
kann auch unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses gebildet werden.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird, um in 202, 204 und 206 die Grabenstruktur
zu bilden oder zu vergrößern, ein Ätzprozess
verwendet.
-
3 zeigt
ein Verfahren 300 zum Herstellen einer SOI(Silizium-Auf-Isolator)-Vorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
In 301 wird
das Verfahren begonnen.
-
In 302 wird
eine Grabenstruktur innerhalb einer ersten Verbundstruktur gebildet,
wobei die erste Verbundstruktur eine Substratschicht, eine Substratisolationsschicht,
welche auf oder über
der Substratschicht angeordnet ist, eine vergrabene Schicht, welche
auf oder über
der Substratisolationsschicht angeordnet ist, und eine Halbleiterschicht,
welche auf oder über
der vergrabenen Schicht angeordnet ist, aufweist.
-
In 303 wird
eine zweite Verbundstruktur auf den Seitenwänden der Grabenstruktur gebildet,
wobei die zweite Verbundstruktur aufweist: eine erste Isolationsschicht,
welche den Teil der Seitenwände, welcher
durch die Halbleiterschicht gebildet wird und durch einen oberen
Teil der vergrabenen Schicht gebildet wird, bedeckt; sowie eine
Kontaktschicht, welche die erste Isolationsschicht und den Teil
der Seitenwände,
welcher durch einen unteren Teil der vergrabenen Schicht gebildet
wird, bedeckt.
-
In 304 wird
das Verfahren beendet.
-
Der
in 303 beschriebene Prozess kann mehrere Male wiederholt
werden, i. e., nachdem die zweite Verbundstruktur gebildet worden
ist, kann eine dritte Verbundstruktur auf den Seitenwänden der
verbliebenen Grabenstruktur gebildet werden. Die dritte Verbundstruktur
kann zum Beispiel eine zweite Isolationsschicht aufweisen, welche
die Kontaktschicht (und optional den Teil der Seitenwände, welche
durch einen oberen Teil einer weiteren Halbleiterschicht oder einer
weiteren vergrabenen Schicht, welche unterhalb der vergrabenen Schicht
angeordnet ist, gebildet wird) bedeckt, sowie eine weitere Kontaktschicht,
welche die zweite Isolationsschicht und den Teil der Seitenwände, welcher
durch einen Teil (zum Beispiel einen unteren Teil) der weiteren
Halbleiterschicht oder der weiteren vergrabenen Schicht gebildet
wird, bedeckt. Falls erforderlich können weitere Verbundstrukturen
auf der dritten Verbundstruktur gebildet werden. Auf diese Weise
kontaktiert jede einzelne Kontaktschicht eine individuelle Halbleiterschicht
oder vergrabene Schicht. Das bedeutet, dass eine beliebige Anzahl
von Schichten eines Schichtenstapels mittels eines einzigen Grabens
kontaktiert werden können.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Grabenstruktur in 302 derart
gebildet, dass sie sich bis zu der unteren Oberfläche der
vergrabenen Schicht erstreckt, i. e., die Bodenoberfläche der
Grabenstruktur stimmt mit der unteren Oberfläche der vergrabenen Schicht überein.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die zweite Isolationsschicht derart
gebildet, dass sie in 303 die leitfähige Schicht bedeckt.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird der verbleibende Raum innerhalb
der Grabenstruktur mit Füllmaterial
aufgefüllt,
nachdem 303 ausgeführt
worden ist.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird, nachdem 303 ausgeführt worden
ist, der verbliebene Raum innerhalb der Grabenstruktur mit leitfähigem Material
aufgefüllt,
welches sich durch die Substartisolationsschicht hindurch in die
Substratschicht hinein erstreckt.
-
4 zeigt
ein Verfahren 400 zum Veranschaulichen, wie das in 3 gezeigte
Verfahren 300 im Detail ausgeführt werden könnte.
-
In 401 wird
eine erste Verbundstruktur gebildet, welche eine Substratschicht,
eine Substratisolationsschicht, welche auf oder über der Substratschicht angeordnet
ist, eine vergrabene Schicht, welche auf oder über der Substratisolationsschicht
angeordnet ist, sowie eine Halbleiterschicht, welche auf oder über der
vergrabenen Schicht angeordnet ist, aufweist.
-
In 402 wird
eine Grabenstruktur innerhalb der ersten Verbundstruktur gebildet,
wobei sich die Grabenstruktur in die vergrabene Schicht hinein erstreckt.
-
In 403 wird
eine erste Isolationsschicht gebildet, welche die Seitenwände der
Grabenstruktur bedeckt.
-
In 404 wird
die Tiefe der Grabenstruktur vergrößert, derart, dass die Boden-Oberfläche (anders ausgedrückt die
untere Oberfläche)
der Grabenstruktur mit der oberen Oberfläche der Substratisolationsschicht übereinstimmt.
-
In 405 wird
eine leitfähige
Schicht gebildet, derart, dass sie die Isolationsschicht und die
freiliegenden Seitenwände
der vergrößerten Grabenstruktur
bedeckt.
-
In 406 wird
eine zweite Isolationsschicht gebildet, welche die Kontaktschicht
bedeckt.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird, nachdem 405 ausgeführt worden
ist, die Tiefe der Grabenstruktur vergrößert, derart, dass sich die
Grabenstruktur in das Substrat hinein erstreckt, wobei die Substratschicht
kontaktiert wird, indem der verbleibende Raum innerhalb der Grabenstruktur
mit leitfähigen
Material aufgefüllt wird.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die erste Isolationsschicht in 403 gebildet
unter Verwendung einer thermischen Oxidation der Seitenwände der
Grabenstruktur. Die erste Isolationsschicht kann auch unter Verwendung eines
Abscheidungsprozesses gebildet werden.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Erzeugung oder das Vergrößern der
Grabenstruktur durchgeführt
unter Verwendung eines Ätzprozesses.
-
In
der nachfolgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die 5 bis 11 ein
Verfahren zum Herstellen einer SOI-Vorrichtung erläutert.
-
5 zeigt
SOI-Basismaterial 510, welches als Ausgangspunkt für die nachfolgend
beschriebenen Prozessschritte verwendet wird. Das SOI-Basismaterial 510 weist
eine Halbleitersubstratschicht 501, eine Substratisolationsschicht 502,
welche auf der Halbleitersubstratschicht 501 angeordnet
ist, sowie eine vergrabene Schicht 503 aus Halbleitermaterial,
welche auf der Substratisolationsschicht 502 angeordnet
ist, auf. Eine vergrößerte Ansicht
eines Gebiets O ist in den folgenden 6 bis 11 gezeigt.
-
6 zeigt
ein Prozessstadium A, in welchem eine Verbundstruktur 500 gebildet
worden ist, wobei die Verbundstruktur 500 eine Halbleitersubstratschicht 501,
eine Substratisolationsschicht 502, welche auf der Halbleitersubstratschicht 501 angeordnet
ist, eine vergrabene Schicht 503 aus Halbleitermaterial,
welche auf der Substratisolationsschicht 502 angeordnet
ist, sowie eine EPI-Substratschicht 504,
welche auf der vergrabenen Schicht 503 aus Halbleitermaterial
angeordnet ist, aufweist. Ferner sind eine Maskierungsschicht 505 und
eine auf der Maskierungsschicht 505 angeordnete Resistschicht 506 bereitgestellt
worden. Die Resistschicht 506 ist strukturiert worden (zum
Beispiel unter Verwendung eines Belichtungsprozesses), i. e., die
Resistschicht 506 ist in dem durch das Bezugszeichen 507 bezeichneten
Gebiet entfernt worden.
-
7 zeigt
ein Prozessstadium B, in welchem eine Grabenstruktur 700 in
der Verbundstruktur 500 gebildet worden ist. Die Grabenstruktur 700 ist derart
gebildet worden, dass ihre Bodenoberfläche 701 unter die
obere Oberfläche
der vergrabenen Schicht 503 aus Halbleitermaterial fällt. Die
Grabenstruktur 700 ist gebildet worden unter Verwendung der
strukturierten Resistschicht 506 als Ätzmaske während eines Ätzprozesses.
Anstelle einer Resistschicht können
andere Schichten wie beispielsweise eine Hartmaskenschicht verwendet
werden, um die Grabenstruktur 700 zu bilden. Die strukturierte
Resistschicht 506 ist entfernt worden, nachdem der Ätzprozess
durchgeführt
worden ist.
-
In
einem in 8 gezeigten Prozessstadium C
ist eine erste Isolationsschicht 800 gebildet worden, welche
die Seitenwände 702 der
Grabenstruktur 700 und ebenso die Bodenoberfläche 701 der
Grabenstruktur 700 bedeckt. Die erste Isolationsschicht 800 kann
zum Beispiel gebildet werden, indem die Seitenwände 702 und die Boden-Oberfläche 701 der Grabenstruktur 700 oxidiert
werden, wodurch Halbleitermaterial in Isolationsmaterial umgewandelt
wird. Als Folge daraus befindet sich die Boden-Oberfläche der
ersten Isolationsschicht 800 innerhalb der vergrabenen
Schicht 503 aus Halbleitermaterial.
-
9 zeigt
ein Prozessstadium D, in welchem die Tiefe der Grabenstruktur 700 vergrößert worden
ist, derart, dass die Boden-Oberfläche 701 der vergrößerten Grabenstruktur 700 mit
der oberen Oberfläche
der Substratisolationsschicht 502 zusammentrifft. Die Vergrößerung der
Tiefe der Grabenstruktur 700 kann zum Beispiel unter Verwendung
eines Ätzprozesses
oder anderer Prozesse durchgeführt
werden.
-
10 zeigt
ein Prozessstadium E, in welchem die erste Isolationsschicht 800 durch
eine leitfähige
Schicht 1000 bedeckt worden ist, wobei die leitfähige Schicht 1000 auch
die freiliegenden Teile 900 der Seitenwände der in 9 gezeigten
vergrößerten Grabenstruktur
bedeckt. Die leitfähige
Schicht 1000 bedeckt nicht die obere Oberfläche der
Substratisolationsschicht 502, um einen Kurzschluss zwischen
verschiedenen Seitenwänden
der Grabenstruktur 700 zu verhindern. Die leitfähige Schicht 1000 wird
auch als „Senker" („sinker") oder als „vergrabener
Schichtkontakt" („barried
layer contact")bezeichnet
und kann aus Materialien wie zum Beispiel Metall, Polysilizium oder
Silizid bestehen.
-
11 zeigt
ein Prozessstadium S, in welchem eine zweite isolierende Schicht 1100 auf
der leitfähigen
Schicht 1000 und der oberen Oberfläche der Substratisolationsschicht 502 gebildet
worden ist. Weiterhin ist verbleibender Raum 1101 innerhalb
der Grabenstruktur 700 mit Füllmaterial 1102 gefüllt worden.
Die erste Isolationsschicht 800, die leitfähige Schicht 1000 und
die zweite Isolationsschicht 1100 bilden zusammen eine
zweite Verbundstruktur 1103.
-
Wie
aus 11 ersehen werden kann, bedeckt die erste Isolationsschicht 800 den
Teil 1104 der Seitenwände,
welcher durch die Halbleiterschicht 504 gebildet wird,
und durch einen oberen Teil der vergrabenen Halbleiterschicht 503 gebildet
wird. Dies stellt sicher, dass zwischen der Halbleiterschicht 504 und
der leitfähigen
Schicht 1000 kein Kurzschluss auftritt. Als eine Folge
daraus bedecken die lateralen Abmessungen der leitfähigen Schicht 1000 die
Isolationsschicht 800 und den Teil 1105 der Seitenwände, welcher
durch einen unteren Teil der vergrabenen Halbleiterschicht 503 gebildet
wird. Somit hat die in 11 gezeigte Grabenstruktur 700 eine erste
Grabenlücke 1106 (trench
gap) in dem oberen Teil der Grabenstruktur 700, und hat
eine zweite Grabenlücke 1107 in
dem unteren Teil der Grabenstruktur 700, wobei die erste
Grabenlücke 1106 größer ist als
die zweite Grabenlücke 1107.
-
Die
vergrabene Halbleiterschicht 503 kann von demselben oder
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
sein wie derjenige der EPI-Substratschicht 504.
-
12 zeigt
eine Halbleitervorrichtung 1200 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 1200 hat
dieselbe Architektur wie die in 11 gezeigt
SOI-Vorrichtung bis auf die nachfolgenden Unterschiede: Die Substratisolationsschicht 502 ist
weggelassen, i. e. die vergrabene Halbleiterschicht 503 ist
direkt auf der Halbleitersubstratschicht 501 angeordnet;
ferner fällt das
untere Ende der leitfähigen
Schicht 1000 nicht mit der unteren Oberfläche der
vergrabenen Halbleiterschicht 503 zusammen, sondern befindet
sich innerhalb der vergrabenen Halbleiterschicht 503, i.
e. es gibt einen Abstand zwischen der unteren Oberfläche der
leitfähigen
Schicht 1000 und der unteren Oberfläche der vergrabenen Halbleiterschicht 503; zuletzt
fällt die
untere Oberfläche
der zweiten Isolationsschicht 1100 nicht mit der unteren
Oberfläche
der vergrabenen Schicht 503 zusammen, sondern befindet
sich innerhalb der Halbleitersubstratschicht 501. Als Folge
daraus weist die Grabenstruktur 700 der Halbleitervorrichtung 1200 eine
erste Grabenlücke 1106,
eine zweite Grabenlücke 1107 sowie
eine dritte Grabenlücke 1201 auf,
wobei die erste Grabenlücke 1106,
welche sich in einem oberen Teil der Grabenstruktur 700 befindet,
größer ist
als die zweite Grabenlücke 1107,
welche sich in einem mittleren Teil der Grabenstruktur 700 befindet,
und wobei die zweite Grabenlücke 1107 größer ist
als die dritte Grabenlücke 1201,
welche sich in einem unteren Teil der Grabenstruktur 700 befindet.
Mit anderen Worten: die erste Isolationsschicht 800 bedeckt
den Teil 1104 der Seitenwände der Grabenstruktur 700,
welcher gebildet wird durch die Halbleiterschicht 504 und
gebildet wird durch einen oberen Teil der vergrabenen Halbleiterschicht 503.
Die leitfähige
Schicht 1000 bedeckt die erste Isolationsschicht 800 und
den Teil 1105 der Seitenwände, welcher gebildet wird
durch einen mittleren Teil der vergrabenen Halbleiterschicht 503.
Die zweite Isolationsschicht 1100 bedeckt die leitfähige Schicht 1000 sowie
den Teil 1202 der Seitenwände der Grabenstruktur 700,
welcher durch einen unteren Teil der vergrabenen Halbleiterschicht 503 und
einen oberen Teil der Halbleitersubstratschicht 501 gebildet wird.
-
Die
Halbleitervorrichtung 1200 kann in ähnlicher Weise hergestellte
werden wie die in 11 gezeigte SOI-Vorrichtung. Unterschiede
sind, dass die Bodenoberfläche
der Grabenstruktur 700 sich über der oberen Oberfläche der
Halbleitersubstratschicht 501 befindet, bevor die leitfähige Schicht 1000 gebildet
wird, und dass, nachdem die leitfähige Schicht 1000 gebildet
worden ist, die Grabenstruktur ein zweites Mal vergrößert wird,
derart, dass sie sich in die Halbleitersubstratschicht 501 hinein
erstreckt.
-
13 zeigt
eine SOI-Vorrichtung 1300, welche eine Mehrzahl von Grabenstrukturen 700 enthält, welche
identisch sind mit der in 11 gezeigten
Grabenstruktur. Die Grabenstrukturen 700 teilen die Halbleiterschicht 504 in
Halbleiterelementbereiche 1301 auf, wobei mindestens ein
Halbleiterelement innerhalb jedes Halbleiterelementbereiches 1301 gebildet
werden kann. Die Halbleiterelementbereiche 1301 werden
durch die Grabenstrukturen 700 elektrisch voneinander isoliert.
-
14 zeigt
eine andere SOI-Vorrichtung 1400 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Architektur der SOI-Vorrichtung 1400 ist ähnlich zu
der Architektur der SOI-Vorrichtung 1300. Unterschiede
sind, dass das Füllmaterial 1101 nicht
mittels der zweiten Isolationsschicht 1100 und der Substratisolationsschicht 502 gegen die
Halbleitersubstratschicht 501 isoliert ist, sondern sich
durch die zweite Isolationsschicht 1100 und die Substratisolationsschicht 502 hindurch
erstreckt, wodurch die Halbleitersubstratschicht 501 kontaktiert wird.
Das heißt,
ein elektrischer Kontakt kann bereitgestellt werden, unter der Annahme,
dass das Füllmaterial 1102 leitfähiges Material
ist), welcher die Halbleitersubstratschicht 501 von der
oberen Oberfläche der
SOI-Vorrichtung 1400 aus kontaktiert. Um die SOI-Vorrichtung 1400 herzustellen,
kann die Grabenstruktur 700 vergrößert werden, so dass sie sich durch
die zweite Isolationsschicht 1100 und die Substratisolationsschicht 502 hindurch
erstreckt, nachdem die zweite Isolationsschicht 1100 gebildet
worden ist (beispielsweise unter Verwendung eines Ätzprozesses).
-
Die
in 13 und 14 gezeigten
Architekturen können
auch auf den Fall angewendet werden, bei dem die Halbleitervorrichtung
nur ein Halbleiterelement enthält
(i. e. nur einen Halbleiterelementbereich enthält). In diesem Fall kann die
Grabenstruktur 700 dazu verwendet werden, das einzelne
Halbleiterelement vollständig
oder zumindest teilweise zu umgeben.
-
Das
Halbleiterelement kann zum Beispiel ein Transistor, eine Diode oder
ein elektrischer Widerstand, beispielsweise ein ohmscher Widerstand, sein.
-
Wie
aus 13 entnommen werden kann, bedeckt die erste Isolationsschicht 800 den
Teil 1104 der Seitenwände,
welcher durch die Halbleiterschicht 504 gebildet ist, und
durch einen oberen Teil der vergrabenen Halbleiterschicht 503 gebildet
ist. Dies stellt sicher, dass zwischen einem Halbleiterelement, welches
in dem Halbleiterelementbereich gebildet ist, und der leitfähigen Schicht 1000 kein
Kurzschluss über
Halbleiterschicht 504 existiert. Stattdessen wird der Strom „gezwungen", die vergrabene
Halbleiterschicht 503 zu benutzen, um die leitfähige Schicht 1000 zu
erreichen. Als Folge können
die lateralen Abmessungen zwischen benachbarten Grabenstrukturen 700 verringert
werden verglichen mit Lösungen,
welche nicht die erste Isolationsschicht 800 verwenden.
-
15 zeigt
eine Halbleitervorrichtung 1500, deren Architektur ähnlich ist
wie die Halbleitervorrichtung 1200, welche in 12 gezeigt
ist. Ein Unterschied besteht darin, dass das Füllmaterial 1102 die
Halbleitersubstratschicht 501 direkt kontaktiert, i. e.
nicht isoliert ist gegen die Halbleitersubstratschicht 501 mittels
der zweiten Isolationsschicht 1100. Um die Halbleitervorrichtung 1500 herzustellen kann
die Grabenstruktur vergrößert werden,
so dass sie sich durch die zweite Isolationsschicht 1100 in
die Halbleitersubstratschicht 501 hindurch erstreckt, nachdem
die zweite Isolationsschicht 1100 gebildet worden ist.
Auf diese Weise kann ein elektrischer Kontakt bereitgestellt werden
(unter der Annahme, dass das Füllmaterial 1102 leitfähiges Material
ist), welcher die Halbleitersubstratschicht 501 von der oberen
Oberfläche
der Halbleitervorrichtung 1500 kontaktiert.
-
16 zeigt
eine Vorrichtung 1600 gemäß "einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung 1600 weist auf: eine erste Verbundstruktur 1600,
welche eine erste vergrabene Schicht 1602 und eine zweite
vergrabene Schicht 1603, welche über der ersten vergrabenen
Schicht 1602 angeordnet ist, aufweist; eine Grabenstruktur 1604,
die innerhalb der ersten Verbundstruktur 1601 ausgebildet
ist; und eine zweite Verbundstruktur 1605, welche auf den
Seitenwänden
der Grabenstruktur 1604 bereitgestellt ist, wobei die zweite
Verbundstruktur 1605 eine erste Isolationsschicht 1606 enthält, welche
zumindest den Teil der Seitenwände bedeckt,
welcher durch Schichten 1602, die über der zweiten vergrabenen
Schicht 1603 angeordnet sind, bedeckt, eine erste Kontaktschicht 1608,
welche die erste Isolationsschicht 1606 und zumindest eine
Teil der Seitenwände,
welcher durch die zweite vergrabene Schicht 1603 gebildet
wird, bedeckt, eine zweite Isolationsschicht 1609, welche
die erste Kontaktschicht 1608 und zumindest einen Teil
der Schicht(en) 1610, welche zwischen der vergrabenen Schicht 1602 und
der zweiten vergrabenen Schicht 1603 angeordnet sind, bedeckt,
sowie eine zweite leitfähige
Schicht 1611, welche die zweite Isolationsschicht 1609 und
zumindest einen Teil der Seitenwände,
welcher durch die erste vergrabene Schicht 1602 gebildet
wird, bedeckt. Eine dritte Isolationsschicht 1612 ist auf
der zweiten leitfähigen
Schicht 1611 bereitgestellt.
-
Dem
in 16 gezeigten Prinzip folgend ist es möglich, eine
beliebige Anzahl von vergrabenen Schichten individuell zu kontaktieren
unter Verwendung einer Verbundstruktur von Isolationsschichten und
mittels Kontaktierens von Schichten, welche sich miteinander abwechseln.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung eine SOI-Vorrichtung
oder eine Halbleitervorrichtung.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die erste Isolationsschicht 1606 hinunter
bis zu der oberen Oberfläche
der zweiten vergrabenen Schicht 1603, erstreckt sich jedoch
nicht in die zweite vergrabene Schicht 1603 hinein (im
Gegensatz zu dem in 16 gezeigten Ausführungsbeispiel),
und wobei sich die zweite Isolationsschicht 1609 hinunter
bis zu der oberen Oberfläche
der ersten vergrabenen Schicht 1602 erstreckt, sich jedoch
nicht in die erste vergrabene Schicht 1602 hinein erstreckt
(im Gegensatz zu dem in 16 gezeigten
Ausführungsbeispiel).
Dies kann ebenfalls bei allen anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung angewendet werden. Das heißt, die Isolationsschichten
der Verbundstrukturen können
auf den oberen Oberflächen
der vergrabenen Schichten enden, sich jedoch nicht in die vergrabenen
Schichten hinein erstrecken.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt zum
Kontaktieren einer vergrabenen Schicht und zum Isolieren verschiedener
Vorrichtungen (devices) in einem Lithografieschritt und einem Grabenätzprozess.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein Graben mit einer Multischalenstruktur
verwendet, welche nur einen Maskenschritt und einen Grabenätzprozess
benötigt
zum Realisieren eines isolierten Senkers (sinker) und einer Isolationsstruktur,
welche ebenfalls einen Substratkontakt bereitstellen kann. Effekte
dieses Ausführungsbeispiels
sind, dass die Vorrichtungen (devices) vollständig geschützt (shielded) sind, dass die
Struktur Die-Fläche einspart,
und dass das thermische Budget niedrig ist. Das Erzeugen von Senker
und Isolation, welche unterschiedliche Maskenschritte verwenden,
welche von der Oberfläche
aus diffundiert werden, und welche eine Menge an Die-Fläche verbrauchen
oder getrennte Grabenätzprozesse
verwendeten, kann vermieden werden.
-
Obwohl
die Erfindung vor allem im Zusammenhang mit spezifischen Ausführungsbeispielen gezeigt
und beschrieben worden ist, sollte es von denjenigen mit dem Fachgebiet
vertrauten Personen verstanden werden, dass vielfältige Änderungen
der Ausgestaltung und der Details daran vorgenommen werden können, ohne
vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden
Ansprüche
definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher
durch die angefügten
Ansprüche bestimmt,
und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Veränderungen,
welche in Reichweite der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, von
den Ansprüchen
umfasst werden.