DE102013114266B4 - Passivierungsstruktur eines Finnen-Feldeffekt-Transistors und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Passivierungsstruktur eines Finnen-Feldeffekt-Transistors und Verfahren zur Herstellung derselben Download PDF

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Abstract

Finnen-Feldeffekt-Transistor (FinFET), der Folgendes umfasst:
ein Substrat, das eine Hauptfläche umfasst,
eine Finnenstruktur, die von der Hauptfläche vorsteht und Folgendes umfasst:
einen unteren Finnenabschnitt, der ein erstes Halbleitermaterial mit einer ersten Gitterkonstante umfasst,
einen oberen Finnenabschnitt, der ein zweites Halbleitermaterial mit einer zweiten Gitterkonstante, die größer als die erste Gitterkonstante ist, umfasst,
einen mittleren Finnenabschnitt zwischen dem unteren Finnenabschnitt und dem oberen Finnenabschnitt, wobei der mittlere Finnenabschnitt ein drittes Halbleitermaterial mit einer dritten Gitterkonstante zwischen der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante umfasst, und
eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt und Folgendes umfasst:
einen unteren Passivierungsabschnitt, der den unteren Finnenabschnitt umgibt und ein erstes Oxinitrid des ersten Halbleitermaterials umfasst,
einen oberen Passivierungsabschnitt, der den oberen Finnenabschnitt umgibt und ein zweites Oxinitrid des zweiten Halbleitermaterials umfasst, und
einen mittleren Passivierungsabschnitt zwischen dem unteren Passivierungsabschnitt und dem oberen Passivierungsabschnitt, wobei der mittlere Passivierungsabschnitt den mittleren Finnenabschnitt umgibt und ein drittes Oxinitrid des dritten Halbleitermaterials umfasst.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung einer integrierten Schaltung und im Besonderen auf einen Finnen-Feldeffekt-Transistor mit einer Passivierungsstruktur.
  • HINTERGRUND
  • Da die Halbleiterindustrie in Nanometer-Technologieprozessknoten vorgedrungen ist, um eine höhere Vorrichtungsdichte, eine bessere Performance und geringere Kosten zu erreichen, sind Herausforderungen sowohl aufgrund von Herstellungs- als auch aufgrund von Design-Problemen bei der Entwicklung von dreidimensionalen Designs, wie beispielsweise einem Finnen-Feldeffekt-Transistor (FinFET) hervorgetreten. Ein typischer FinFET wird mit einer dünnen vertikalen „Finne”, auch Finnenstruktur genannt, die sich von einem Substrat erstreckt und beispielsweise durch ein Wegätzen eines Teilbereichs einer Siliziumschicht des Substrats gebildet wird, hergestellt. Der Kanal des FinFET ist in dieser vertikalen Finne ausgebildet. Ein Gate wird über der Finne, d. h. die Finne umhüllend, bereitgestellt. Ein Gate auf beiden Seiten des Kanals vorzusehen, erlaubt eine Gatesteuerung des Kanals von beiden Seiten. Darüber hinaus können verspannte Materialien in Source-/Drain-(S/D)-Abschnitten des FinFET, die selektiv gewachsenes Siliziumgermanium (SiGe) verwenden, wie aus der Druckschrift US 2012/0168830 A1 bekannt ist, dazu genutzt werden, die Trägerbeweglichkeit zu verbessern.
  • Allerdings gibt es Herausforderungen beim Implementieren derartiger Merkmale und Prozesse bei der Herstellung von komplementären Metall-Oxid-Halbleitern, in Fachkreisen Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) genannt. Beispielsweise verursachen Grenzflächen-Fangstellen, in Fachkreisen Traps genannt, zwischen Finnen und einem Oxid einer Flachgrabenisolation, in Fachkreisen Shallow-Trench-Isolation (STI) genannt, einen hohen Leckstrom des FinFET, wodurch die Vorrichtungsperformance verschlechtert wird.
  • Um Leckströmen durch Traps zwischen den Finnen eines FinFET und dem Oxid der Shallow-Trench-Isolation zu vermeiden, sind eine Oxidschicht (58) und eine Nitridschicht (60a) in US 2005/0145932 A1 vorgesehen und eine Dreifachschicht aus Oxid, Nitrid und wiederum Oxid (212a, 214a, 216a) in US 2006/0118876 A1 angeordnet, während eine Doppelschicht aus Silizium und SiO2 auf einem Ge-Halbleiter in US 2011/0140229 A1 gebildet wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass der gängigen Praxis in der Branche folgend verschiedene Merkmale nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind und lediglich dem Zweck der Illustration dienen. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Darstellung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
  • 1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines FinFET gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt,
  • 2 zeigt eine Aufsicht auf einen FinFET gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung, der eine Passivierungsstruktur umfasst, und
  • 3–9 sind Querschnittsansichten eines FinFET in verschiedenen Herstellungsstadien gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es sollte verstanden werden, dass die folgende Offenbarung viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Offenbarung zur Verfügung stellt. Spezifische Beispiele für Komponenten und Anordnungen werden unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Dies sind natürlich lediglich Beispiele und es ist nicht beabsichtigt, dass sie einschränkend sind. Beispielsweise kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in welchen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, bei welchen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal gebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt sein mögen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zwecke der Einfachheit und Klarheit und gibt für sich genommen nicht eine Beziehung zwischen den verschiedenen Ausführungsformen und/oder beschriebenen Konfigurationen vor.
  • Bezug nehmend auf 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Herstellen eines Finnen-Feldeffekt-Transistors (FinFET) gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Verfahren 100 beginnt bei Schritt 102, bei dem ein Siliziumsubstrat bereitgestellt wird. Das Verfahren 100 schreitet mit Schritt 104 fort, bei dem eine Siliziumgermaniumschicht epitaktisch über dem Siliziumsubstrat gewachsen wird. Das Verfahren 100 schreitet mit Schritt 106 fort, bei dem eine Germaniumschicht epitaktisch über der Siliziumgermaniumschicht gewachsen wird. Das Verfahren 100 schreitet mit Schritt 108 fort, bei dem eine Mehrzahl von Gräben geformt wird, die sich durch die Germaniumschicht, die Siliziumgermaniumschicht und in das Siliziumsubstrat erstrecken, um eine Finnenstruktur zu bilden. Das Verfahren 100 schreitet mit Schritt 110 fort, bei dem eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt, gebildet wird, wobei die Passivierungsstruktur einen unteren Passivierungsabschnitt, der das Silizium umgibt und Siliziumoxinitrid umfasst, einen mittleren Passivierungsabschnitt, der die Siliziumgermaniumschicht umgibt und Siliziumgermaniumoxinitrid umfasst, und einen oberen Passivierungsabschnitt, der die Germaniumschicht umgibt und Germaniumoxinitrid umfasst, umfasst. Die folgende Beschreibung stellt Ausführungsformen von FinFETs dar, die gemäß dem Verfahren 100 der 1 hergestellt werden können.
  • 2 zeigt eine Aufsicht auf einen Finnen-Feldeffekt-Transistor (FinFET) 200 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung, der eine Passivierungsstruktur 230 umfasst. Die 3–9 sind Querschnittansichten eines FinFET 200 entlang der Linie a-a der 2 in verschiedenen Herstellungsstadien gemäß mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in der vorliegenden Offenbarung verwendet, bezieht sich der FinFET 200 auf einen beliebigen Finnen-basierenden Multi-Gate-Transistor. Andere Transistorstrukturen und analoge Strukturen befinden sich innerhalb des in Erwägung gezogenen Umfangs der Offenbarung. Der FinFET 200 kann in einen Mikroprozessor, eine Speicherzelle und/oder eine andere integrierte Schaltung, in Fachkreisen Integrated Circuit (IC) genannt, integriert sein.
  • Es wird angemerkt, dass das Verfahren der 1 nicht einen vollständigen FinFET 200 ergibt. Ein vollständiger FinFET 200 kann hergestellt werden, wobei eine Verarbeitung gemäß der komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Technologie verwendet wird. Demgemäß wird verstanden werden, dass zusätzliche Prozesse vor, während und/oder nach dem Verfahren 100 der 1 bereitgestellt sein können, und dass einige andere Prozesse hier nur kurz beschrieben sein mögen. Darüber hinaus sind die 1 bis 9 für ein besseres Verständnis der Konzepte der vorliegenden Offenbarung vereinfacht. Obwohl die Figuren den FinFET 200 darstellen, wird beispielsweise verstanden werden, dass der IC eine Anzahl anderer Vorrichtungen, einschließlich Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten, Sicherungen, etc. umfassen kann.
  • 2 stellt einen FinFET 200 dar, der hergestellt worden ist, wobei die Schritte in 1 verwendet worden sind. Zu Darstellungszwecken umfasst der FinFET 200 eine Finnenstruktur 220 (gestrichelte Linie), eine Passivierungsstruktur 230, welche die Finnenstruktur 220 umgibt, und eine Gatestruktur 240, welche über einen Kanalabschnitt der Finnenstruktur 220 kreuzt. Zu Illustrationszwecken umfasst der FinFET 200 zwei Finnen. In einigen Ausführungsformen kann der FinFET weniger oder mehr als zwei Finnen umfassen, beispielsweise eine Finne oder drei Finnen.
  • Bezug nehmend auf 3 und Schritt 102 in 1, wird ein Substrat 202 bereitgestellt, wobei das Substrat 202 ein erstes Halbleitermaterial mit einer ersten Gitterkonstante umfasst, und daher auch in dieser Beschreibung als erstes Halbleitermaterial 202 bezeichnet wird. In einer Ausführungsform umfasst das Substrat 202 ein kristallines Siliziumsubstrat, z. B. einen Wafer. In alternativen Ausführungsformen umfasst das Substrat 202 eine Silizium-auf-Isolator-Struktur, in Fachkreisen Silicon-on-Insulator-(SOI)-Struktur genannt. Das Substrat 202 kann, abhängig von Design-Anforderungen, verschiedene dotierte Gebiete umfassen, wie beispielsweise ein p-Typ-Substrat oder ein n-Typ-Substrat. In einigen Ausführungsformen können die dotierten Gebiete mit Dotierstoffen vom p-Typ oder vom n-Typ dotiert sein. Beispielsweise können die dotierten Gebiete mit Dotierstoffen vom p-Typ, wie beispielsweise Bor oder BF2, Dotierstoffen vom n-Typ, wie beispielsweise Phosphor oder Arsen und/oder Kombinationen davon dotiert sein. Die dotierten Gebiete können für einen n-Typ-FinFET konfiguriert sein, oder alternativ für einen p-Typ-FinFET konfiguriert sein.
  • Immer noch Bezug nehmend auf 3 wird die Struktur der 3 durch ein epitaktisches Aufwachsen eines zweiten Halbleitermaterials, wie beispielsweise einer Siliziumgermaniumschicht 204, über dem Siliziumsubstrat 202 produziert (Schritt 104 in 1), wobei das zweite Halbleitermaterial 204 eine zweite Gitterkonstante, die größer als die erste Gitterkonstante ist, aufweist. In der gezeigten Ausführungsform wird das zweite Halbleitermaterial 204, wie beispielsweise die Siliziumgermaniumschicht 204, selektiv durch einen Prozess der chemischen Dampfabscheidung bei niedrigem Druck, in Fachkreisen Low-Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) genannt, aufgewachsen. In einer Ausführungsform wird der LPCVD-Prozess bei einer Temperatur von ungefähr 350°C bis ungefähr 800°C und unter einem Druck von etwa 1 Torr bis etwa 200 Torr durchgeführt, wobei SiH4, Si2H6, GeH4, Ge2H6, HCl, B2H6 und/oder H2 als Reaktionsgase verwendet werden. In einigen Ausführungsformen weist das zweite Halbleitermaterial 204, wie beispielsweise die Siliziumgermaniumschicht 204, eine Dicke in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 50 nm auf.
  • Immer noch Bezug nehmend auf 3 wird die Struktur in 3 durch ein epitaktisches Aufwachsen eines dritten Halbleitermaterials 206, wie beispielsweise einer Germaniumschicht 206, über dem zweiten Halbleitermaterial 204 produziert (Schritt 106 in 1), wobei das dritte Halbleitermaterial 206 eine dritte Gitterkonstante, die größer als die zweite Gitterkonstante ist, aufweist. Daher ist die zweite Gitterkonstante zwischen der ersten Gitterkonstante und der dritten Gitterkonstante. In der gezeigten Ausführungsform wird das dritte Halbleitermaterial 206, wie beispielsweise die Germaniumschicht 206, selektiv durch einen LPCVD-Prozess gewachsen. In einer Ausführungsform wird der LPCVD-Prozess bei einer Temperatur von etwa 200°C bis etwa 700°C und unter einem Druck von etwa 1 Torr bis etwa 200 Torr durchgeführt, wobei GeH4 und/oder Ge2H6 als Reaktionsgase verwendet werden. In einigen Ausführungsformen weist das dritte Halbleitermaterial 206, wie beispielsweise die Germaniumschicht 206, eine Dicke in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 50 nm auf.
  • Wie in den 4–5 und in Schritt 108 in 1 dargestellt ist, wird die Struktur in 4 durch ein Bilden einer lichtempfindlichen Schicht 208 auf der Germaniumschicht 206 produziert, um eine Mehrzahl von Gräben, wie beispielsweise Gräben 210 in 5, zu bilden, die sich durch die Germaniumschicht 206, die Siliziumgermaniumschicht 204 und in das Siliziumsubstrat 202 erstrecken, um eine Finnenstruktur, wie beispielsweise die Finnenstruktur 220 in 5, zu bilden. Die lichtempfindliche Schicht 208 wird dann strukturiert, wodurch Öffnungen 208a in der lichtempfindlichen Schicht 208 gebildet werden.
  • Die freigelegte Germaniumschicht 206 wird dann geätzt, um eine Mehrzahl von Gräben 210 mit Hauptflächen 202s des Siliziumsubstrats 202 zu bilden. In einigen Ausführungsformen verläuft die Mehrzahl von Gräben 210 durch die Germaniumschicht 206, die Siliziumgermaniumschicht 204 und in das Siliziumsubstrat 202. In einigen Ausführungsformen können die Gräben 210 Streifen sein, wenn sie in der Aufsicht auf den FinFET 200 betrachtet werden, die parallel zueinander sind und eng beieinander liegen. In einigen Ausführungsformen können die Gräben 210 durchgängig sein und die verbleibende Germaniumschicht 206 und die verbleibende Siliziumgermaniumschicht 204 umgeben. In einigen Ausführungsformen kann der Ätzprozess durchgeführt werden, wobei CF4, O2, HBr, He, CH3F und/oder SF6 als Ätzgas verwendet werden.
  • In den gezeigten Ausführungsformen werden die verbleibende Germaniumschicht 206, die verbleibende Siliziumgermaniumschicht 204 und das verbleibende Siliziumsubstrat 202 zwischen den Gräben 210 kombiniert und hiernach als Finnenstruktur 220 bezeichnet (wie in 5 gezeigt ist). Ferner wird die verbleibende Germaniumschicht 206 hiernach als oberer Finnenabschnitt 220u bezeichnet. Die verbleibende Siliziumgermaniumschicht 204 wird hiernach als mittlerer Finnenabschnitt 220m bezeichnet. Das verbleibende Siliziumsubstrat 202 zwischen den Gräben 210 wird hiernach als unterer Finnenabschnitt 220l bezeichnet.
  • Die von der Hauptfläche 220s vorstehende Finnenstruktur 220 umfasst einen unteren Finnenabschnitt 220l, der ein erstes Halbleitermaterial 202 mit einer ersten Gitterkonstante umfasst, einen oberen Finnenabschnitt 220u, der ein zweites Halbleitermaterial 206 mit einer zweiten Gitterkonstante, die größer als die erste Gitterkonstante ist, umfasst, einen mittleren Finnenabschnitt 220m zwischen dem unteren Finnenabschnitt 220l und dem oberen Finnenabschnitt 220u, wobei der mittlere Finnenabschnitt 220m ein drittes Halbleitermaterial 204 mit einer dritten Gitterkonstante, die zwischen der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante liegt, umfasst.
  • In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Finnenstruktur 220, die von der Hauptfläche 202s des Substrats hervorsteht, zwei Finnen. Die lichtempfindliche Schicht 208 wird dann entfernt. Als nächstes kann ein Reinigungsprozess durchgeführt werden, um natives Oxid des Siliziumsubstrats 202 zu entfernen. Der Reinigungsprozess kann durchgeführt werden, wobei verdünnte Fluorwasserstoffsäure verwendet wird, in Fachkreisen Diluted Hydrofluoric Acid (DHF) genannt.
  • Die Prozessschritte bis zu diesem Punkt haben das Substrat 202 mit den Gräben 210, welche die Finnenstruktur 220 umgeben, bereitgestellt. Üblicherweise ist jede Finne der Finnenstruktur 220 durch das Einfügen eines dielektrischen Materials, wie beispielsweise eines Flachgrabenisolations-(STI)-Oxids, in die Gräben 210 von benachbarten Finnen isoliert. Allerdings kann der Schritt des Bildens des STI-Oxids Grenzflächen-Fangstellen zwischen der Finne und dem STI-Oxid erzeugen, wenn es keine geeignete Pufferschicht gibt. Die erzeugten Grenzflächen-Fangstellen können einen Ladungsträgertransportpfad zwischen der Finne und dem STI-Oxid bereitstellen und einen hohen Leckstrom des FinFET verursachen, wodurch die Vorrichtungsperformance verschlechtert wird.
  • Demgemäß kann das unten mit Bezug auf 6 beschriebene Bearbeiten eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur 220 umgibt, bilden, um eine Erzeugung der Grenzflächen-Fangstellen zwischen der Finne und dem STI-Oxid zu verhindern. Probleme, die mit einem hohen Leckstrom aufgrund von vielen Grenzflächen-Fangstellen verknüpft sind, können verringert und/oder verhindert werden. Daher kann das hier offenbarte Verfahren die gewünschten Vorrichtungs-Performancekenngrößen erreichen, wie beispielsweise einen geringen Leckstrom.
  • Wie in 6 und in Schritt 110 in 1 gezeigt ist, wird die Struktur in 6 durch Bilden einer Passivierungsstruktur 230, welche die Finnenstruktur 220 umgibt, gebildet, um eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur 220 umgibt, zum Verbessern der Vorrichtungs-Performance herzustellen, wobei die Passivierungsstruktur 230 einen unteren Passivierungsabschnitt 230l, der das erste Halbleitermaterial 202, wie beispielsweise das Silizium 202, umgibt und ein erstes Oxinitrid 232, wie beispielsweise Siliziumoxinitrid 232, umfasst, einen mittleren Passivierungsabschnitt 230m, der das zweite Halbleitermaterial 204, wie beispielsweise die Siliziumgermaniumschicht 204, umgibt und ein zweites Oxinitrid 234, wie beispielsweise Siliziumgermaniumoxinitrid 234, umfasst, und einen oberen Passivierungsabschnitt 230u, der das dritte Halbleitermaterial 206, wie beispielsweise die Germaniumschicht 206, umgibt und ein drittes Oxinitrid 236, wie beispielsweise Germaniumoxinitrid 236, umfasst, umfasst.
  • Die Passivierungsstruktur 230, welche die Finnenstruktur 220 umgibt, umfasst den unteren Passivierungsabschnitt 230l, der den unteren Finnenabschnitt 220l umgibt und das erste Oxinitrid 232 des ersten Halbleitermaterials 202 umfasst, den oberen Passivierungsabschnitt 230u, der den oberen Finnenabschnitt 220u umgibt und das dritte Oxinitrid 236 des dritten Halbleitermaterials 206 umfasst, und den mittleren Passivierungsabschnitt 230m zwischen dem unteren Passivierungsabschnitt 230l und dem oberen Passivierungsabschnitt 230u, wobei der mittlere Passivierungsabschnitt 230m den mittleren Finnenabschnitt 220m umgibt und ein zweites Oxinitrid 234 des zweiten Halbleitermaterials 204 umfasst.
  • Daher kann die Passivierungsstruktur 230 als Pufferschicht der Finne 220 und des STI-Oxids, wie beispielsweise des STI-Oxids 216 in 8, agieren, um eine Erzeugung der Grenzflächen-Fangstellen zu hemmen. Probleme, die mit hohem Leckstrom aufgrund von vielen Grenzflächen-Fangstellen verknüpft sind, können verringert und/oder verhindert werden. Das offenbarte Verfahren kann die gewünschten Vorrichtungsperformancekenngrößen erreichen, wie beispielsweise einen geringen Leckstrom.
  • In der gezeigten Ausführungsform wird der Schritt des Bildens der Passivierungsstruktur 230, welche die Finnenstruktur 220 umgibt, durch einen Oxidationsprozess, gefolgt von einem Nitridierungsprozess durchgeführt. In einigen Ausführungsformen umfasst der Oxidationsprozess einen Rapid Thermal Oxidation(RTO)-Prozess, einen chemischen Oxidationsprozess, einen Prozess der In-Situ-Stromerzeugung, in Fachkreisen In-Situ-Stream-Generation(ISSG)-Prozess genannt, oder einen verbesserten In-Situ-Stromerzeugungsprozess, in Fachkreisen Enhanced In-Situ Stream Generation(EISSG)-Prozess genannt. In einigen Ausführungsformen wird der RTO-Prozess bei einer Temperatur von etwa 400°C bis etwa 700°C durchgeführt, wobei O2 und/oder O3 als Reaktionsgase verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst der Nitridierungsprozess einen Rapid Thermal Nitridation(RTN)-Prozess oder einen entkoppelten Plasma-Nitridierungsprozess, in Fachkreisen Decoupled Plasma Nitridation(DPN)-Prozess genannt. In einigen Ausführungsformen wird der RTN-Prozess bei einer Temperatur von etwa 400°C bis etwa 800°C durchgeführt, wobei NH3 als Reaktionsgas verwendet wird. In einigen Ausführungsformen wird der DPN-Prozess bei einer Leistung von etwa 300 Watt bis etwa 2250 Watt durchgeführt, wobei N2 und/oder NH3 als Reaktionsgase verwendet werden. In einigen Ausführungsformen wird ein Nachnitridierungstemperprozess, in Fachkreisen Post Nitridation Anneal(PNA)-Prozess genannt, nach dem DPN-Prozess durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird der PNA-Prozess bei einer Temperatur von etwa 400°C bis etwa 700°C durchgeführt, wobei N2 als Tempergas verwendet wird.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Passivierungsstruktur 230 ferner einen Deckpassivierungsabschnitt 230t auf einem Scheitel 220t des oberen Finnenabschnitts 220u, wobei der Deckpassivierungsabschnitt 230t ein viertes Oxinitrid 238, wie beispielsweise Germaniumoxinitrid 238, des dritten Halbleitermaterials 206 umfasst. Jedes N/O-Verhältnis jedes Oxinitrids kann durch eine Einstellung von Prozessbedingungen gesteuert werden, wie beispielsweise der Plasmaleistung oder der Temperatur. In einigen Ausführungsformen ist ein Verhältnis eines ersten N/O-Verhältnisses des vierten Oxinitrids 238 gleich einem zweiten N/O-Verhältnis des dritten Oxinitrids 236 oder größer als ein zweites N/O-Verhältnis des dritten Oxinitrids 236. In einigen Ausführungsformen ist ein Verhältnis des ersten N/O-Verhältnisses zu dem zweiten N/O-Verhältnis zwischen etwa 1 und etwa 1,3.
  • In einigen Ausführungsformen können einige Elemente in dem zweiten Halbleitermaterial 204, wie beispielsweise Germanium in der Siliziumgermaniumschicht 204, in das erste Halbleitermaterial 202, wie beispielsweise das Silizium 202, während des Nitridierungsprozesses bei einer Temperatur von etwa 400°C bis etwa 800°C diffundieren. Daher erstreckt sich der mittlere Passivierungsabschnitt 230m ferner in einen Abschnitt, der den unteren Finnenabschnitt 220l umgibt. In einigen Ausführungsformen ist eine erste Höhe H1 des mittleren Passivierungsabschnitts 230m gleich einer zweiten Höhe H2 des mittleren Finnenabschnitts 220m oder größer als eine zweite Höhe H2 des mittleren Finnenabschnitts 220m. In einigen Ausführungsformen ist ein Verhältnis der ersten Höhe H1 zu der zweiten Höhe H2 zwischen etwa 1 und etwa 1,2.
  • 7 zeigt die resultierende Struktur nach dem Füllen der Gräben 210 mit einem dielektrischen Material 212. Das dielektrische Material 212 kann Siliziumoxid enthalten und wird daher in der vorliegenden Offenbarung auch als STI-Oxid 212 bezeichnet. In einigen Ausführungsformen können alternativ oder zusätzlich andere dielektrische Materialien, wie beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Fluor-dotiertes Silikatglas (FSG) oder ein Low-K dielektrisches Material verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das STI-Oxid 212 gebildet werden, wobei ein CVD-Prozess mit hochdichtem Plasma, in Fachkreisen High-Density-Plasma (HDP) CVD-Prozess genannt, verwendet wird, wobei Silan (SiH4) und/oder Sauerstoff (O2) als Reaktionsvorläufer verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann das STI-Oxid 212 gebildet werden, wobei ein subatmosphärischer CVD-Prozess, in Fachkreisen Sub-Atmospheric CVD(SACVD)-Prozess genannt, oder ein High-Aspect-Ratio-Prozess (HARP) verwendet wird, wobei Prozessgase Tetraethylorthosilikat (TEOS) und/oder Ozon (O3) umfassen können. In weiteren Ausführungsformen kann das STI-Oxid 212 gebildet werden, wobei ein Dielektrikums-Aufschleuder-Prozess, in Fachkreisen Spin-On-Dielectric-(SOD)-Prozess genannt, verwendet wird, wie beispielsweise Wasserstoffsilsesquioxan (HSQ) oder Methylsilsesquioxan (MSQ). Nach dem Bilden des STI-Oxids 212 wird eine Einebnung durchgeführt, wie beispielsweise ein CMP, so dass eine Oberseite 212s des STI-Oxids 212 im Wesentlichen auf gleicher Höhe mit einer Oberseite 238s des vierten Oxinitrids 238 ist.
  • Als nächstes werden in dem eingeebneten STI-Oxid 212 durch einen Ätzschritt Vertiefungen gebildet, um das vierte Oxinitrid 238 und einen Abschnitt des dritten Oxinitrids 236 freizulegen, wodurch Vertiefungen 214 und ein verbleibendes STI-Oxid 216 (in 8 gezeigt) resultieren. Das verbleibende STI-Oxid 216, das die Passivierungsstruktur 230 umgibt, wird hiernach als Isolationsstruktur 218 bezeichnet, wobei eine Oberseite 218s der Isolationsstruktur 218 höher als eine Grenzfläche 230f des oberen Passivierungsabschnitts 230u und des mittleren Passivierungsabschnitts 230m ist. In einigen Ausführungsformen ist die Oberseite 218s der Isolationsstruktur 218 niedriger als die Grenzfläche 230f des oberen Passivierungsabschnitts 230u und des mittleren Passivierungsabschnitts 230m (nicht gezeigt). In einigen Ausführungsformen beträgt ein Höhenunterschied H3 zwischen der Oberseite 218s und der Grenzfläche 230f zwischen etwa –5 nm und etwa 20 nm.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Ätzschritt durchgeführt werden, wobei ein Nassätzprozess durchgeführt wird, beispielsweise durch Eintauchen, in Fachkreisen Dipping genannt, des Substrats 202 in Fluorwasserstoffsäure (HF). In einigen Ausführungsformen kann der Ätzschritt durchgeführt werden, wobei ein Dampfätzprozess, in Fachkreisen Vapor Etching genannt, durchgeführt wird, wobei der Dampfätzprozess beispielsweise durchgeführt werden kann, wobei HF als Ätzgas verwendet wird.
  • In der gezeigten Ausführungsform umgibt der freigelegte Abschnitt, d. h. das vierte Oxinitrid 238 und der Abschnitt des dritten Oxinitrids 236, einen Abschnitt des oberen Finnenabschnitts 220u. Der Abschnitt des oberen Finnenabschnitts 220u umfasst Source-/Drain-(S/D)-Abschnitte und einen Kanalabschnitt zwischen den S/D-Abschnitten. In einigen Ausführungsformen kreuzt eine Gatestruktur 240, welche ein Gatedielektrikum 240a und eine Gateelektrode 240b umfasst, über den Kanalabschnitt der Finnenstruktur 220 (in 9 gezeigt).
  • Daher können Probleme, die mit höherem Leckstrom aufgrund vieler Grenzflächen-Fangstellen verknüpft sind, verringert und/oder verhindert werden, wobei die Passivierungsstruktur 230, welche die Finnenstruktur 220 umgibt, verwendet wird, um eine Erzeugung der Grenzflächen-Fangstellen zwischen der Finne 220 und dem STI-Oxid 216 zu hemmen. Das offenbarte Verfahren kann die gewünschten Vorrichtungsperformancekenngrößen erreichen, wie beispielsweise einen geringen Leckstrom.
  • Es sollte verstanden werden, dass der FinFET 200 weiteren CMOS-Prozessen unterzogen werden kann, um verschiedene Merkmale, wie beispielsweise Kontakte/Durchgangslöcher, Zwischenverbindungsmetallschichten, dielektrische Schichten, Passivierungsschichten, etc. zu bilden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst ein Finnen-Feldeffekt-Transistor (FinFET) ein Substrat, das eine Hauptfläche umfasst, eine Finnenstruktur, die von der Hauptfläche vorsteht und einen unteren Finnenabschnitt, der ein erstes Halbleitermaterial mit einer ersten Gitterkonstante umfasst, einen oberen Finnenabschnitt, der ein zweites Halbleitermaterial mit einer zweiten Gitterkonstante, die größer als die erste Gitterkonstante ist, umfasst, und einen mittleren Finnenabschnitt zwischen dem unteren Finnenabschnitt und dem oberen Finnenabschnitt, umfasst, wobei der mittlere Finnenabschnitt ein drittes Halbleitermaterial mit einer dritten Gitterkonstante zwischen der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante umfasst, und eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt und einen unteren Passivierungsabschnitt, der den unteren Finnenabschnitt umgibt und ein erstes Oxinitrid des ersten Halbleitermaterials umfasst, einen oberen Passivierungsabschnitt, der den oberen Finnenabschnitt umgibt und ein zweites Oxinitrid des zweiten Halbleitermaterials umfasst, und einen mittleren Passivierungsabschnitt zwischen dem unteren Passivierungsabschnitt und dem oberen Passivierungsabschnitt umfasst, wobei der mittlere Passivierungsabschnitt den mittleren Finnenabschnitt umgibt und ein drittes Oxinitrid des dritten Halbleitermaterials umfasst.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst ein Finnen-Feldeffekt-Transistor (FinFET) ein Substrat, das eine Hauptfläche umfasst, eine Finnenstruktur, die von der Hauptfläche vorsteht und einen unteren Finnenabschnitt, der ein erstes Halbleitermaterial mit einer ersten Gitterkonstante umfasst, einen oberen Finnenabschnitt, der ein zweites Halbleitermaterial mit einer zweiten Gitterkonstante, die größer als die erste Gitterkonstante ist, umfasst, und einen mittleren Finnenabschnitt zwischen dem unteren Finnenabschnitt und dem oberen Finnenabschnitt umfasst, wobei der mittlere Finnenabschnitt ein drittes Halbleitermaterial mit einer dritten Gitterkonstante zwischen der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante umfasst, eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt und einen unteren Passivierungsabschnitt, der den unteren Finnenabschnitt umgibt und eine erstes Oxinitrid des ersten Halbleitermaterials umfasst, einen oberen Passivierungsabschnitt, der den oberen Finnenabschnitt umgibt und ein zweites Oxinitrid des zweiten Halbleitermaterials umfasst, und einen mittleren Passivierungsabschnitt zwischen dem unteren Passivierungsabschnitt und dem oberen Passivierungsabschnitt umfasst, wobei der mittlere Passivierungsabschnitt den mittleren Finnenabschnitt umgibt und ein drittes Oxinitrid des dritten Halbleitermaterials umfasst, und eine Isolationsstruktur, welche die Passivierungsstruktur umgibt, wobei eine Oberseite der Isolationsstruktur höher als eine Grenzfläche des oberen Passivierungsabschnitts und des mittleren Passivierungsabschnitts ist.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Finnen-Feldeffekt-Transistors ein Bereitstellen eines Siliziumsubstrats, ein epitaktisches Wachsen einer Siliziumgermaniumschicht über dem Siliziumsubstrat, ein epitaktisches Wachsen einer Germaniumschicht über der Siliziumgermaniumschicht, ein Bilden einer Mehrzahl von Gräben, welche sich durch die Germaniumschicht, die Siliziumgermaniumschicht und in das Siliziumsubstrat erstrecken, um eine Finnenstruktur zu bilden, und ein Bilden einer Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt, wobei die Passivierungsstruktur einen unteren Passivierungsabschnitt, der das Silizium umgibt und Siliziumoxinitrid umfasst, einen mittleren Passvierungsabschnitt, der die Siliziumgermaniumschicht umgibt und Siliziumgermaniumoxinitrid umfasst, und einen oberen Passivierungsabschnitt, der die Germaniumschicht umgibt und Germaniumoxinitrid umfasst, umfasst.

Claims (20)

  1. Finnen-Feldeffekt-Transistor (FinFET), der Folgendes umfasst: ein Substrat, das eine Hauptfläche umfasst, eine Finnenstruktur, die von der Hauptfläche vorsteht und Folgendes umfasst: einen unteren Finnenabschnitt, der ein erstes Halbleitermaterial mit einer ersten Gitterkonstante umfasst, einen oberen Finnenabschnitt, der ein zweites Halbleitermaterial mit einer zweiten Gitterkonstante, die größer als die erste Gitterkonstante ist, umfasst, einen mittleren Finnenabschnitt zwischen dem unteren Finnenabschnitt und dem oberen Finnenabschnitt, wobei der mittlere Finnenabschnitt ein drittes Halbleitermaterial mit einer dritten Gitterkonstante zwischen der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante umfasst, und eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt und Folgendes umfasst: einen unteren Passivierungsabschnitt, der den unteren Finnenabschnitt umgibt und ein erstes Oxinitrid des ersten Halbleitermaterials umfasst, einen oberen Passivierungsabschnitt, der den oberen Finnenabschnitt umgibt und ein zweites Oxinitrid des zweiten Halbleitermaterials umfasst, und einen mittleren Passivierungsabschnitt zwischen dem unteren Passivierungsabschnitt und dem oberen Passivierungsabschnitt, wobei der mittlere Passivierungsabschnitt den mittleren Finnenabschnitt umgibt und ein drittes Oxinitrid des dritten Halbleitermaterials umfasst.
  2. FinFET nach Anspruch 1, wobei die Passivierungsstruktur ferner Folgendes umfasst: einen Deckpassivierungsabschnitt auf einem Scheitel des oberen Finnenabschnitts, wobei der Deckpassivierungsabschnitt ein viertes Oxinitrid des zweiten Halbleitermaterials umfasst.
  3. FinFET nach Anspruch 2, wobei ein Verhältnis eines ersten N/O-Verhältnisses des vierten Oxinitrids gleich einem zweiten N/O-Verhältnis des zweiten Oxinitrids oder größer als ein zweites N/O-Verhältnis des zweiten Oxinitrids ist.
  4. FinFET nach Anspruch 3, wobei ein Verhältnis des ersten N/O-Verhältnisses zu dem zweiten N/O-Verhältnis zwischen etwa 1 und etwa 1,3 ist.
  5. FinFET nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich der mittlere Passivierungsabschnitt ferner in einen Abschnitt, der den unteren Finnenabschnitt umgibt, erstreckt.
  6. FinFET nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine erste Höhe des mittleren Passivierungsabschnitts gleich einer zweiten Höhe des mittleren Finnenabschnitts oder größer als eine zweite Höhe des mittleren Finnenabschnitts ist.
  7. FinFET nach Anspruch 6, bei dem ein Verhältnis der ersten Höhe zu der zweiten Höhe zwischen etwa 1 und etwa 1,2 beträgt.
  8. Finnen-Feldeffekt-Transistor (FinFET), der Folgendes umfasst: ein Substrat, das eine Hauptfläche umfasst, eine Finnenstruktur, die von der Hauptfläche vorsteht und Folgendes umfasst: einen unteren Finnenabschnitt, der ein erstes Halbleitermaterial mit einer ersten Gitterkonstante umfasst, einen oberen Finnenabschnitt, der ein zweites Halbleitermaterial mit einer zweiten Gitterkonstante, die größer als die erste Gitterkonstante ist, umfasst, einen mittleren Finnenabschnitt zwischen dem unteren Finnenabschnitt und dem oberen Finnenabschnitt, wobei der mittlere Finnenabschnitt ein drittes Halbleitermaterial mit einer dritten Gitterkonstante zwischen der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante umfasst, eine Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt und Folgendes umfasst: einen unteren Passivierungsabschnitt, der den unteren Finnenabschnitt umgibt und ein erstes Oxinitrid des ersten Halbleitermaterials umfasst, einen oberen Passivierungsabschnitt, der den oberen Finnenabschnitt umgibt und ein zweites Oxinitrid des zweiten Halbleitermaterials umfasst, einen mittleren Passivierungsabschnitt zwischen dem unteren Passivierungsabschnitt und dem oberen Passivierungsabschnitt, wobei der mittlere Passivierungsabschnitt den mittleren Finnenabschnitt umgibt und ein drittes Oxinitrid des dritten Halbleitermaterials umfasst, und eine Isolationsstruktur, welche die Passivierungsstruktur umgibt, wobei eine Oberseite der Isolationsstruktur höher als eine Grenzfläche des oberen Passivierungsabschnitts und des mittleren Passivierungsabschnitts oder niedriger als eine Grenzfläche des oberen Passivierungsabschnitts und des mittleren Passivierungsabschnitts ist.
  9. FinFET nach Anspruch 8, wobei die Passivierungsstruktur ferner Folgendes umfasst: einen Deckpassivierungsabschnitt auf einem Scheitel des oberen Finnenabschnitts, wobei der Deckpassivierungsabschnitt ein viertes Oxinitrid des zweiten Halbleitermaterials umfasst.
  10. FinFET nach Anspruch 9, wobei ein Verhältnis eines ersten N/O-Verhältnisses des vierten Oxinitrids gleich einem zweiten N/O-Verhältnis des zweiten Oxinitrids oder größer als ein zweites N/O-Verhältnis des zweiten Oxinitrids ist.
  11. FinFET nach Anspruch 10, bei dem ein Verhältnis des ersten N/O-Verhältnisses zu dem zweiten N/O-Verhältnis zwischen etwa 1 und 1,3 beträgt.
  12. FinFET nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem sich der mittlere Passivierungsabschnitt ferner in einen Abschnitt, der den unteren Finnenabschnitt umgibt, erstreckt.
  13. FinFET nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem eine erste Höhe des mittleren Passivierungsabschnitts gleich einer zweiten Höhe des mittleren Finnenabschnitts oder größer als eine zweite Höhe des mittleren Finnenabschnitts ist.
  14. FinFET nach Anspruch 13, bei dem ein Verhältnis der ersten Höhe zu der zweiten Höhe zwischen etwa 1 und etwa 1,2 beträgt.
  15. FinFET nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem ein Höhenunterschied zwischen der Oberseite und der Grenzfläche zwischen etwa –5 nm und etwa 20 nm beträgt.
  16. Verfahren zum Herstellen eines Finnen-Feldeffekt-Transistors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats, epitaktisches Wachsen einer Siliziumgermaniumschicht über dem Siliziumsubstrat, epitaktisches Wachsen einer Germaniumschicht über der Siliziumgermaniumschicht, Bilden einer Mehrzahl von Gräben, die sich durch die Germaniumschicht, die Siliziumgermaniumschicht und in das Siliziumsubstrat erstrecken, um eine Finnenstruktur zu bilden, und Bilden einer Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt, wobei die Passivierungsstruktur einen unteren Passivierungsabschnitt, der das Silizium umgibt und Siliziumoxinitrid umfasst, einen mittleren Passivierungsabschnitt, der die Siliziumgermaniumschicht umgibt und Siliziumgermaniumoxinitrid umfasst, und einen oberen Passivierungsabschnitt, der die Germaniumschicht umgibt und Germaniumoxinitrid umfasst, umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Bildens einer Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt, durchgeführt wird, wobei ein Rapid-Thermal-Oxidation-Prozess gefolgt von einem Decoupled-Plasma-Nitridation-Prozess verwendet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Bildens einer Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt, ferner Folgendes umfasst: Verwenden eines Nachnitridierungstemperprozesses nach dem Decoupled-Plasma-Nitridation Prozess.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Schritt des Bildens einer Passivierungsstruktur, welche die Finnenstruktur umgibt, durchgeführt wird, wobei ein Rapid-Thermal-Oxidation-Prozess gefolgt von einem Rapid-Thermal-Nitridation-Prozess verwendet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Rapid-Thermal-Nitridation-Prozess bei einer Temperatur von etwa 400°C bis etwa 800°C durchgeführt wird.
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