DE102015106397B4 - Verfahren und Systeme zur Dotierstoffaktivierung mithilfe von Mikrowellenbestrahlung - Google Patents
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Abstract
Halbleiterstruktur, Folgendes umfassend:ein Substrat (1310) undeinen Source-Drain-Übergang (1370) in dem Substrat, der ein Halbleitermaterial (1350) umfasst, das Germanium mit einem prozentualen Anteil an Germanium zwischen 50 % und 95 % umfasst,wobei der Source-Drain-Übergang (1370) ferner eine Halbleiterschicht (1340) umfasst,die in einem Graben ausgebildet ist und Germanium umfasst,das Halbleitermaterial (1350) auf der Halbleiterschicht (1340) ausgebildet ist undder prozentuale Anteil des Germaniums im Halbleitermaterial (1350) größer als der prozentuale Anteil des Germaniums in der Halbleiterschicht (1340) ist.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die in diesem Patentdokument beschriebene Technologie betrifft im Allgemeinen Halbleitermaterialien und insbesondere das Verarbeiten von Halbleitermaterialien.
- BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
- Die Herstellung von Halbleiterbauelementen beinhaltet häufig viele Prozessschritte. Zum Beispiel umfasst der Prozess der Herstellung eines Feldeffekttransistors gewöhnlich das Dotieren eines Halbleitersubstrats (z. B. Einbringen gewünschter Fremdstoffe in das Substrat), um Source-Drain-Übergänge zu bilden. Es können viele verschiedene Verfahren ausgeführt werden, um das Substrat zu dotieren, wie beispielsweise Ionenimplantation, Diffusion und epitaxiales Wachstum. Des Weiteren müssen die in das Substrat eingebrachten Fremdstoffe häufig elektrisch aktiviert werden, bevor auf dem Substrat Halbleiterbauelemente hergestellt werden können. Die Aktivierung der Dotierstoffe beinhaltet häufig das Auflösen von Dotierstoffzusammenballungen und das Überführen der Dotierstoffatome/-moleküle von Zwischengitterpositionen in Gitterstellen der Gitterstruktur des Substrats. Zum Beispiel können die Dotierstoffe mit Hilfe schnellen thermischen Ausheilens (RTA; engl.: Rapid Thermal Annealing) oder des thermischen Ausheilens in Millisekunden (MSA; engl.: Millisecond Thermal Annealing) aktiviert werden.
- Unter bestimmten Umständen beinhaltet der Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen das Bestrahlen mit Mikrowellen, was typischerweise elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Bereich von 1 m bis 1 mm umfasst (entspricht Frequenzen zwischen 0,3 und 300 GHz). Wenn auf ein bestimmtes Material (z. B. ein dielektrisches Material), das elektrische Dipole umfasst, eine Mikrowellenbestrahlung angewendet wird, verändern die Dipole in Reaktion auf die Veränderung der elektrischen Felder der Mikrowellenstrahlung ihre Ausrichtungen und somit kann das Material die Mikrowellenstrahlung absorbieren, um Wärme zu erzeugen. Die Reaktion des Materials auf das elektrische Feld der Mikrowellenstrahlung kann mit Hilfe einer komplexen Permittivität, e(ω)*, gemessen werden, die von der Frequenz des elektrischen Feldes abhängt:
ε(ω)' eine reale Komponenten der komplexen Permittivität (d. h. einer dielektrischen Konstante) darstellt undε(ω)'' einen dielektrischen Verlustfaktor darstellt. Zusätzlich dazu stelltε0 die Permittivität eines Vakuums,εr(ω)' die relative Dielektrizitätskonstante undεr(ω)" den relativen dielektrischen Verlustfaktor dar. - Ob ein Material die Mikrowellenstrahlung absorbieren kann, kann mit Hilfe einer Verlusttangenten, tanδ, beschrieben werden:
- Materialien mit einer geringen Verlusttangente (z. B. tanδ<0,01) gestatten Mikrowellen den Durchtritt mit sehr geringer Absorption. Materialien mit einer extrem hohen Verlusttangente (z. B. tanδ>10) reflektieren Mikrowellen mit geringer Absorption. Materialien mit einer mittleren Verlusttangenten (z. B. 10≥tanδ≥0,01) können Mikrowellenstrahlung absorbieren.
- Die
DE 11 2004 002 409 T5 beschreibt eine Halbleiterstruktur mit einem Substrat und Source-Drain-Übergängen aus SiGe, wobei das Halbleitermaterial von reinem Silizium bis zu reinem Germanium reichen kann. Das Silizium-Germanium kann mit Bor dotiert sein. - In der
DE 11 2011 101 433 T5 sind Stressorelemente34 neben Source-Drain-Erweiterungsbereichen28 vorgesehen, wobei die Stressorelemente unterschiedlichen Dotierkonzentrationen von Bor aufweisen können. - Ein Siliziumsubstrat zur Herstellung eins Halbleiters ist aus der
DE 199 83 188 T1 bekannt. Ein thermisches Anneal-Verfahren ist in derDE 10 2013 013 514 A1 beschrieben. DieUS 2015 / 0 041 966 A1 - KURZDARSTELLUNG
- Gemäß den hier beschriebenen Lehren wird eine Halbleiterstruktur bei einer Ausführungsform mit einem Substrat und einem Source-Drain-Übergang (S/D-Übergang) bereitgestellt. Der S/D-Übergang ist dem Substrat zugeordnet und umfasst ein Halbleitermaterial, das Germanium umfasst und einen prozentualen Anteil an Germanium zwischen etwa 50 % und etwa 95 % aufweist.
- Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Halbleiterstruktur bereitgestellt, die ein Substrat und einen Source-Drain-Übergang (S/D-Übergang) umfasst. Der S/D-Übergang ist dem Substrat zugeordnet und umfasst ein Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial weist eine untere Schicht auf, die Germanium umfasst, und eine obere Schicht, die mit Bor dotiert ist und eine höhere Borkonzentration als die untere Schicht aufweist.
- Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Aufnehmen eines aus einer Halbleiterstruktur bestehenden Substrats und das Bilden eines Source-Drain-Übergangs (S/D-Übergang), der dem Substrat zugeordnet ist. Das Bilden des S/D-Übergangs umfasst das Bilden eines Halbleitermaterials, das Germanium enthält, und das Dotieren des Halbleitermaterials mit Bor derart, dass eine obere Schicht des Halbleitermaterials eine höhere Borkonzentration aufweist als eine untere Schicht des Halbleitersubstrats.
- Figurenliste
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1 stellt eine beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. -
2 stellt eine weitere beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. -
3 stellt eine beispielhafte Abbildung dar, die eine Vorrichtung zur Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellen zeigt. -
4 stellt eine beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. -
5 stellt eine weitere beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. -
6 stellt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. -
7 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. -
8 stellt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. -
9 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. -
10 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. -
11 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. -
12 stellt eine beispielhafte grafische Darstellung dar, welche die Konzentration im Verhältnis zur Tiefe zeigt. -
13 stellt eine beispielhafte Abbildung dar, die eine Halbleiterstruktur zeigt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die herkömmliche Technologie zur Dotierstoffaktivierung, wie beispielsweise RTA und MSA, beinhaltet häufig hohe Verarbeitungstemperaturen. RTA wird zum Beispiel bei einer Temperatur von mehr als 950 °C und MSA bei einer Temperatur von mehr als 1050 °C ausgeführt. Derartige hohe Verarbeitungstemperaturen sind für einige moderne Halbleiterbauelemente möglicherweise nicht geeignet. Zum Beispiel weisen bestimmte Materialien (z. B. Germanium, Zinn), die in modernen CMOS-Bauelementen (Complementary Metal-Oxide-Semicondutor) verwendet werden, niedrige Schmelzpunkte auf, welche die Verarbeitungstemperatur bei der Herstellung der Bauelemente begrenzen.
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1 stellt eine beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. Wie in1 gezeigt, ist das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 in einem Abstand (z. B. d) von einer Halbleiterstruktur104 angeordnet, die Dotierstoffe umfasst, wobei Mikrowellenstrahlung sowohl auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 als auch auf die Halbleiterstruktur104 angewendet werden kann, um die Dotierstoffe in der Halbleiterstruktur104 zu aktivieren. - Die Halbleiterstruktur
104 , die eine kleine Verlusttangente aufweist, kann Mikrowellenstrahlung möglicherweise nicht effizient absorbieren. Andererseits kann das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 , das eine größere Verlusttangente aufweist (z. B. im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 2), Mikrowellenstrahlung ausreichend absorbieren und die elektrische Flussdichte über der Halbleiterstruktur104 erhöhen. Bei erhöhter elektrische Flussdichte kann die Verlusttangente der Halbleiterstruktur104 zunehmen und die Halbleiterstruktur104 kann die Mikrowellenstrahlung effizienter absorbieren, so dass die Dotierstoffe in der Halbleiterstruktur104 aktiviert werden können, um Halbleiterbauelemente herzustellen. - Zum Beispiel kann die Halbleiterstruktur
104 eine Verbindung mit einer Anzahl von Dotierstoffen umfassen. Die Dotierstoff umfassende Verbindung kann bei einer erhöhten Temperatur (z. B. im Bereich von etwa 300°C bis etwa 600 °C) durch epitaxiales Wachstum, zum Beispiel durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD; engl.: Chemical Vapor Deposition), auf einem Substrat gebildet werden. In Reaktion auf die angelegte Mikrowellenstrahlung intensiviert das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 die elektrische Flussdichte in der Halbleiterstruktur104 . In der Halbleiterstruktur104 können mehr und mehr zu den Dotierstoffen gehörige Dipole gebildet werden und diese Dipole können in Reaktion auf die angelegte Mikrowellenstrahlung vibrieren und/oder rotieren. Die Halbleiterstruktur104 kann unter der erhöhten elektrischen Flussdichte Mikrowellenstrahlung stärker absorbieren. Sobald die elektrische Flussdichte in der Halbleiterstruktur104 einen Grenzwert übersteigt, können die Dipolbildung und die Dipolbewegungen (z. B. Vibration und/oder Rotation) schließlich die Bindungen zwischen den Dotierstoffen und den Zwischengitterstellen in der Halbleiterstruktur104 zerstören, so dass die Dotierstoffe aktiviert werden können. Der Abstand zwischen dem Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 und der Halbleiterstruktur104 kann justiert werden, um die Dotierstoffaktivierung zu verbessern. Die Dotierstoffe können zum Beispiel Phosphor, Moleküle auf Phosphorbasis, Germanium, Helium, Bor, Moleküle auf Borbasis oder eine Kombination daraus umfassen. - Bei einer Ausführungsform kann die auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial
102 angelegte Mikrowellenstrahlung eine Frequenz im Bereich von etwa 2 bis etwa 10 GHz aufweisen. Das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 kann zum Beispiel bordotiertes Siliciumgermanium, Siliciumphosphid, Titan, Nickel, Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Siliciumcarbid oder eine Kombination daraus umfassen. Das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 kann viel größer sein als die Halbleiterstruktur104 , so dass die elektrische Flussdichte in der Halbleiterstruktur104 in etwa gleichmäßig sein kann. Beispielsweise kann die Halbleiterstruktur104 ein Halbleitersubstrat, eine Halbleiter-auf-Isolator-Struktur oder eine Halbleiterdünnfilmstruktur umfassen. - Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Temperatur der Halbleiterstruktur
104 in einem Bereich von etwa 500 bis etwa 600 °C gehalten werden, um die Dotierstoffdiffusion zu steuern. Die Mikrowellenstrahlung kann auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 und die Halbleiterstruktur104 zum Beispiel für eine Zeitspanne von etwa 40 bis etwa 300 Sekunden angelegt werden. -
2 stellt eine weitere beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. Wie in2 gezeigt, ist eine Halbleiterstruktur202 , die Dotierstoffe umfasst, zwischen zwei Mikrowellen-Absorptionsmaterialien204 und206 angeordnet, wobei auf die Halbleiterstruktur202 und die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien204 und206 Mikrowellenstrahlung angewendet werden kann, um die Dotierstoffe in der Halbleiterstruktur202 zu aktivieren. Die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien204 und206 können zum Beispiel die gleiche Verlusttangente oder verschiedene Verlusttangenten aufweisen. Beispielsweise kann der Abstand (z. B.d1 ) zwischen dem Mikrowellen-Absorptionsmaterial204 und der Halbleiterstruktur202 gleich dem oder anders als der Abstand (z. B.d2 ) zwischen dem Mikrowellen-Absorptionsmaterial206 und der Halbleiterstruktur202 sein. Die Abstände d1 und d2 können eingestellt werden, um die Dotierstoffaktivierung zu verbessern. Bei einer Ausführungsform können das Mikrowellen-Absorptionsmaterial204 über einer Oberseite der Halbleiterstruktur202 und das Mikrowellen-Absorptionsmaterial206 unter einer Unterseite der Halbleiterstruktur02 angeordnet sein. Bei einer weiteren Ausführungsform können das Mikrowellen-Absorptionsmaterial204 über einer Seitenfläche der Halbleiterstruktur202 und das Mikrowellen-Absorptionsmaterial206 über einer anderen Seitenfläche der Halbleiterstruktur202 angeordnet sein. Bei noch einer weiteren Ausführungsform können mehrere Mikrowellen-Absorptionsmaterialien über der Oberseite, unter der Unterseite und über einer oder mehreren Seitenflächen der Halbleiterstruktur202 angeordnet sein. -
3 stellt eine beispielhafte Abbildung dar, die eine Vorrichtung zur Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellen zeigt. Wie in3 gezeigt, ist eine Halbleiterstruktur302 , die Dotierstoffe umfasst, zwischen zwei Mikrowellen-Absorptionsmaterialien304 und306 in einer Ummantelung308 angeordnet. Die Ummantelung308 umfasst eine oder mehrere Mikrowellenöffnungen310 , durch die Mikrowellenstrahlung eingeführt werden kann. Die Ummantelung308 kann zum Beispiel aus einem Metallmaterial bestehen. Die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien304 und306 können durch Wärmequellen312 bzw.314 auf festgelegte Temperaturen vorgewärmt werden (z. B. in einem Bereich von etwa 500 bis etwa 600 °C), so dass die Absorption von Mikrowellenstrahlung durch die Absorptionsmaterialien304 ,306 verstärkt wird. Die Wärmequellen312 und314 können beispielsweise eine Ar-Lampe, eine Xenon-Lampe oder eine Wolfram-Halogenlampe umfassen. Bei einem weiteren Beispiel können die Wärmequellen312 und314 eine oder mehrere Elektroenergiequellen umfassen (z. B. siliciumgesteuerte Gleichrichter). -
4 stellt eine beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. Wie in4 gezeigt, kann eine Mikrowellen-Absorptionsschicht402 auf einer Halbleiterstruktur404 gebildet sein, die Dotierstoff umfasst, wobei die Mikrowellenstrahlung auf die Mikrowellen-Absorptionsschicht402 und die Halbleiterstruktur404 angewendet werden kann. Die Mikrowellen-Absorptionsschicht402 kann zum Beispiel durch epitaxiales Wachstum (z. B. CVD) auf der Halbleiterstruktur404 gebildet sein. Die Dicke der Mikrowellen-Absorptionsschicht402 kann justiert werden, z. B. auf etwa 30 bis etwa 250 nm, um die Dotierstoffaktivierung zu verbessern. Die Mikrowellen-Absorptionsschicht402 kann zum Beispiel durch epitaxiales Wachstum (z.B. CVD) auf der Halbleiterstruktur404 gebildet sein. Nach der Dotierstoffaktivierung kann die Mikrowellen-Absorptionsschicht402 im Wesentlichen entfernt werden, zum Beispiel durch Ätzen (z. B. durch Nassätzen, Trockenätzen) oder durch chemisch-mechanisches Polieren. -
5 stellt eine weitere beispielhafte Abbildung für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. Wie in5 gezeigt, kann eine Mikrowellen-Absorptionsschicht502 auf einer Oberseite einer Halbleiterstruktur504 gebildet sein, die Dotierstoffe umfasst, und eine weitere Mikrowellen-Absorptionsschicht506 kann auf einer Unterseite der Halbleiterstruktur504 gebildet sein. Auf die Halbleiterstruktur504 und die Mikrowellen-Absorptionsschichten502 und506 kann zur Dotierstoffaktivierung Mikrowellenstrahlung angewendet werden. Bei einer Ausführungsform kann die Mikrowellen-Absorptionsschicht502 an einer Seitenfläche der Halbleiterstruktur504 und die Mikrowellen-Absorptionsschicht506 an einer anderen Seitenfläche der Halbleiterstruktur504 gebildet sein. Bei einer weiteren Ausführungsform können auf der Oberseite, der Unterseite und einer oder mehreren Seitenflächen der Halbleiterstruktur504 mehrere Mikrowellen-Absorptionsschichten gebildet sein. -
6 stellt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar. Wie in6 gezeigt, wird bei602 eine Halbleiterstruktur bereitgestellt, wobei die Halbleiterstruktur mehrere Fremdstoffe umfasst, wie beispielsweise Dotierstoffe. Bei604 wird/werden ein oder mehrere Mikrowellen-Absorptionsmaterialien bereitgestellt. Die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien sind in der Lage, eine mit der Halbleiterstruktur in Zusammenhang stehende elektrische Flussdichte zu erhöhen. Bei606 wird auf die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien und die Halbleiterstruktur Mikrowellenstrahlung angewendet, um die mehreren Dotierstoffe für das Herstellen von Halbleiterbauelementen zu aktivieren. Die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien sind dazu ausgelegt, in Reaktion auf die Mikrowellenstrahlung die elektrische Flussdichte zu erhöhen, so dass die Absorption der Mikrowellenstrahlung durch die Halbleiterstruktur für das Aktivieren der Dotierstoffe verstärkt wird. -
13 stellt eine beispielhafte Abbildung dar, die eine Halbleiterstruktur zeigt, z. B. einen Fin-Feldeffekttransistor (FinFET). Bei einer Ausführungsform ist mindestens eine der Halbleiterstrukturen104 ,202 ,404 ,504 ein FinFET, z. B. der FinFET von13 . Bei einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine der Halbleiterstrukturen104 ,202 ,404 ,504 ein planarer Feldeffekttransistor. -
7 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für die Dotierstoffaktivierung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung dar, d. h. Grenzflächenpolarisationserwärmung. Wie in7 gezeigt, wird bei710 ein Substrat, z. B. das Substrat1310 von13 , einer Halbleiterstruktur, z. B. der Halbleiterstruktur104 von1 , aufgenommen. Wie in13 gezeigt, umfasst das Substrat1310 eine Fläche1310a und eine Finne1310b , die sich von der Fläche1310a aufwärts erstreckt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Substrat Silicium, Germanium eine III-V-Verbindung oder eine Kombination daraus. Das Substrat1310 umfasst zum Beispiel etwa 95 % Silicium. - Bei
720 wird über das Substrat1310 hinweg eine Gate-Elektrode gebildet, z. B. die Gate-Elektrode1320 der Halbleiterstruktur von13 . Bei einer Ausführungsform ist die Gate-Elektrode1320 eine Dummy-Gate-Elektrode. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Gate-Elektrode1320 eine funktionsfähige Gate-Elektrode eines FinFET. Wie in13 gezeigt, umfasst die Gate-Elektrode1320 ein Gate1320a , das sich im Allgemeinen quer zur Finne1310B erstreckt, und einen Abstandshalter1320b , der an jeder Seite des Gates1320a bereitgestellt ist. Bei einer Ausführungsform besteht das Gate1320a aus Polysilicium oder einem beliebigen geeigneten Metallmaterial. Beispiele für Metallmaterialien sind insbesondere Zinn, TaN, ZrSi2, MoSi2, TaSi2, NiSi2, Wn und andere geeignete p-Typ-Arbeitsfunktions-Metallmaterialien. - Bei
730 wird ein Graben gebildet, der sich in die Finne1310b hinein erstreckt und der durch eine grabendefinierende Wandung definiert ist, z. B. die grabendefinierende Wandung1330 der Halbleiterstruktur von13 . Bei einer Ausführungsform weist der Graben eine Tiefe zwischen etwa 30 nm und etwa 70 nm von einer Oberfläche der Finne1310b aus auf. - Bei
740 wird auf der grabendefinierenden Wandung1330 eine Halbleiterschicht, z. B. die Halbleiterschicht1340 der Halbleiterstruktur von13 gebildet, um den Graben teilweise zu füllen. Die Halbleiterschicht1340 weist zum Beispiel eine Dicke zwischen etwa 5 nm und etwa 15 nm auf. Bei einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschicht1340 Germanium. Die Halbleiterschicht1340 kann ferner Silicium, Bor oder eine Kombination daraus umfassen. Die Halbleiterschicht1340 besteht zum Beispiel aus Siliciumgermanium oder aus mit Bor dotiertem Siliciumgermanium. Bei einigen Ausführungsformen beträgt ein prozentualer Anteil an Germanium weniger als etwa 50 %, z. B. etwa 35 %. Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Borkonzentration der Halbleiterschicht1340 zwischen etwa 1E21 Atome/cm3 und etwa 5E21 Atome/cm3, z. B. etwa 3,7E21 Atome/cm3. - Bei einer Ausführungsform umfasst der Vorgang
740 das Bilden von zwei oder mehr Teilschichten der Halbleiterschicht1340 derart, dass der prozentuale Anteil an Germanium von einer ganz außen liegenden Teilschicht der zwei oder mehr Teilschichten zu einer ganz innen liegenden Teilschicht der zwei oder mehr Teilschichten schrittweise ansteigt. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Vorgang740 das Bilden von zwei oder mehr Teilschichten der Halbleiterschicht1340 derart, dass die Borkonzentration von einer ganz außen liegenden Teilschicht der zwei oder mehr Teilschichten zu einer ganz innen liegenden Teilschicht der zwei oder mehr Teilschichten schrittweise abnimmt. - Bei
750 wird ein Halbeitermaterial, z. B. das Halbeitermaterial1350 der Halbleiterstruktur von13 , auf der Halbleiterschicht1340 gebildet, um den Graben im Wesentlichen zu füllen. Bei einer Ausführungsform umfasst das Halbeitermaterial1350 Germanium. Das Halbeitermaterial1350 kann ferner Silicium, Bor oder eine Kombination daraus umfassen. Zum Beispiel besteht das Halbeitermaterial1350 aus Siliciumgermanium oder aus mit Bor dotiertem Siliciumgermanium. Bei einigen Ausführungsformen ist ein prozentualer Anteil an Germanium im Halbeitermaterial1350 größer als ein prozentualer Anteil an Germanium in der Halbleiterschicht1340 . Der prozentuale Anteil an Germanium im Halbeitermaterial1350 beträgt zum Beispiel etwa 50 % bis etwa 95 %. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Borkonzentration im Halbeitermaterial1350 geringer als eine Borkonzentration in der Halbleiterschicht1340 . Die Borkonzentration im Halbeitermaterial1350 liegt zum Beispiel zwischen etwa 2E20 Atome/cm3 und etwa 1E21 Atome/cm3. - Bei
760 wird ein Halbeitermaterial1350 derart mit Bor dotiert, dass eine obere Schicht1360 des Halbeitermaterials1350 eine höhere Borkonzentration als eine untere Schicht des Halbeitermaterials1350 aufweist. Zum Beispiel liegt die Borkonzentration der oberen Schicht1360 zwischen etwa 1E21 Atome/cm3 und etwa 5E21 Atome/cm3. Bei einer Ausführungsform weist das Bor der oberen Schicht1360 von der Oberfläche der Finne1310b eine Tiefe zwischen etwa 5 nm und etwa 15 nm auf. - Es sei angemerkt, dass die grabendefinierende Wandung
1330 und/oder die Halbleiterschicht1340 und/oder das Halbeitermaterial1350 einen Source/Drain-Übergang (S/D-Übergang)1370 der Halbleiterstruktur104 bilden. Bei einer Ausführungsform definieren der S/D-Übergang1370 und das Gate1320a zwischen sich einen Abstand von etwa 1 nm bis etwa 9 nm. - Bei einigen Ausführungsformen wird der S/D-Übergang
1370 über ein Substrat hinweg gebildet, z. B. ein Bulksubstrat oder ein Silicium-auf-Isolator-Substrat (Silicon-on-Insulator - SOI) gebildet. Bei weiteren Ausführungsformen erstreckt sich der S/D-Übergang1370 von oben in das Substrat hinein. - Bei
770 werden die Dotierstoffe, d. h. das Germanium und das Bor des Halbeitermaterials1350 , in einer Weise aktiviert, die im Weiteren beschrieben wird. -
8 stellt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. Wie in8 gezeigt, wird bei 810 ein Mikrowellen-Absorptionsmaterial aufgenommen, z. B. das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 von1 . Bei820 wird das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 auf einen Abstand von der Halbleiterstruktur104 justiert, z. B. einen Abstand d, wie er in1 gezeigt ist, so dass die Dotierstoffaktivierung verbessert wird. Bei einer Ausführungsform beträgt der Abstand d etwa 2 nm bis etwa 10 mm. Bei830 wird auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 und die Halbleiterstruktur104 Mikrowellenstrahlung angewendet, um die Dotierstoffe zu aktivieren. - Während des Vorganges
830 erhöht sich die Absorption der Mikrowellenstrahlung des Mikrowellen-Absorptionsmaterials102 durch das Bor der oberen Schicht1360 derart, dass das Bor der oberen Schicht1360 Wärme mit einer Temperatur von z. B. mehr als 1100 °C erzeugt, wodurch das Bor der oberen Schicht1360 aktiviert wird. Im Ergebnis wird für die obere Schicht1360 des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 der vorliegenden Offenbarung eine relativ hohe Konzentration an aktiviertem Bor erzielt, d. h. im Wesentlichen die gleiche Konzentration wie die des Bors in der oberen Schicht1360 vor dem Vorgang770 .12 stellt eine beispielhafte grafische Darstellung dar, welche die Konzentration im Verhältnis zur Tiefe zeigt. Bei einer Ausführungsform, wie sie in12 gezeigt ist, liegt die Konzentration des aktivierten Bors der oberen Schicht1360 des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 zwischen etwa 1E21 Atome/cm3 und etwa 5E21 Atome/cm3. Bei einer weiteren Ausführungsform weist das aktivierte Bor der unteren Schicht des Halbeitermaterials1350 im Wesentlichen die gleiche Konzentration wie das Bor der unteren Schicht des Halbeitermaterials1350 vor dem Vorgang770 auf. Die Konzentration des aktivierten Bors der unteren Schicht des Halbeitermaterials1350 liegt zum Beispiel zwischen etwa 2E20 Atome/cm3 und etwa 1E21 Atome/cm3. Bei noch einer weiteren Ausführungsform weist das aktivierte Bor der unteren Schicht der Halbleiterschicht1340 im Wesentlichen die gleiche Konzentration wie das Bor der Halbleiterschicht1340 vor dem Schritt770 auf. Die Konzentration des aktivierten Bors der Halbleiterschicht1340 liegt zum Beispiel zwischen etwa 1E21 Atome/cm3 und etwa 5E21 Atome/cm3. - Des Weiteren werden während des Vorganges
830 , d. h. des Anwendens von Mikrowellenstrahlung auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 und die Halbleiterstruktur104 , Kristalldefekte verringert, die in früheren Vorgängen entstanden sind, und es wird für das aktivierte Germanium und das aktivierte Bor des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 der vorliegenden Offenbarung eine relativ geringe Kristalldefektdichte erreicht. Bei einer Ausführungsform ist die Kristalldefektdichte des aktivierten Germaniums des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 geringer als etwa 1E12 Atome/cm3. Zum Beispiel beträgt die Kristalldefektdichte des aktivierten Germaniums des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 etwa 1E7 Atome/cm3. Bei einer weiteren Ausführungsform liegt die Kristalldefektdichte des aktivierten Bors der oberen Schicht1360 des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 zwischen etwa 1E5 Atome/cm3 und etwa 1E7 Atome/cm3. - Bei einigen Ausführungsformen ist der prozentuale Anteil aktivierten Germaniums in der Halbleiterschicht
1340 im Wesentlichen gleich dem prozentualen Anteil des Germaniums der Halbleiterschicht1340 vor dem Vorgang770 , z.B. weniger als 50 %. Bei weiteren Ausführungsformen ist der prozentuale Anteil aktivierten Germaniums im Halbeitermaterial1350 im Wesentlichen gleich dem prozentualen Anteil des Germaniums des Halbeitermaterials1350 vor dem Vorgang770 , er liegt z. B. zwischen etwa 50% und 95 %. - Darüber hinaus wird das Substrat
1310 während des Vorganges830 , d. h. dem Anwenden von Mikrowellenstrahlung auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial102 und die Halbleiterstruktur104 , bei einer Temperatur zwischen etwa 500 und etwa 600 °C gehalten. Somit wird, anders als bei der herkömmlichen Technologie für die Dotierstoffaktivierung, z. B. RTA, bei der die gesamte Halbleiterstruktur auf eine Temperatur von mehr als z. B. 950 °C erwärmt wird, das Bor der oberen Schicht1360 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 wahlweise auf eine höhere Temperatur erwärmt, wohingegen das Substrat1310 der Halbleiterstruktur auf eine geringere Temperatur erwärmt wird. Das Substrat1310 dient somit als ein Wärmeableiter und erlaubt es, eine Temperatur der Halbleiterstruktur104 schneller zu senken. Im Ergebnis weist das aktivierte Bor in der oberen Schicht1360 des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 der vorliegenden Offenbarung eine relativ geringe Tiefe auf, d. h. im Wesentlichen die gleiche Tiefe wie das Bor in der oberen Schicht1360 vor dem Vorgang770 . Bei einer Ausführungsform, wie sie in12 gezeigt ist, weist das aktivierte Bor in der oberen Schicht1360 des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 von der Oberfläche des S/D-Übergangs1370 aus eine Tiefe zwischen etwa 5 nm und etwa 15 nm auf. - Bei einer Ausführungsform weist der S/D-Übergang
1370 nach Vorgang770 , d. h. der Dotierstoffaktivierung, eine Tiefe zwischen etwa 30 nm und etwa 70 nm auf. Des Weiteren ist die Dicke der Halbleiterschicht1340 nach dem Vorgang770 im Wesentlichen gleich geblieben, sie liegt z. B. zwischen etwa 5 nm und etwa 15 nm. Darüber hinaus definieren der S/D-Übergang1370 und das Gate1320a nach dem Vorgang770 , wie in13 gezeigt, zwischen sich einen Abstand von etwa 1 nm bis etwa 9 nm. - Wieder bezugnehmend auf
7 wird bei 780 auf dem S/D-Übergang1370 ein S/D-Kontakt gebildet, z. B. der S/D-Kontakt1380 der Halbleiterstruktur von13 . Beispiele für Materialien für den S/D-Kontakt1380 sind insbesondere Wolfram, Aluminium, Titan, Nickel, Cobalt und dergleichen. - Es sei angemerkt, dass der S/D-Kontakt
1380 und der S/D-Übergang1370 der Halbleiterstruktur104 der vorliegenden Offenbarung zwischen sich einen relativ geringen Kontaktwiderstand aufweisen, da das Halbeitermaterial1350 des S/D-Übergangs1370 einen hohen prozentualen Anteil an Germanium aufweist und das Bor der oberen Schicht1360 des Halbeitermaterials1350 des S/D-Übergangs1370 eine geringe Tiefe aufweist und in hoher Konzentration vorliegt. Bei einer Ausführungsform ist der Kontaktwiderstand zwischen dem S/D-Kontakt1380 und des S/D-Übergangs1370 der Halbleiterstruktur104 geringer als etwa 5E-9 Ohm·cm2. Zum Beispiel beträgt der Kontaktwiderstand zwischen dem S/D-Kontakt1380 und dem S/D-Übergang1370 der Halbleiterstruktur104 8E -10 Ohm·cm2. -
9 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. Wie in9 gezeigt, wird bei 910 ein Paar aus Mikrowellen-Absorptionsmaterialien aufgenommen, z. B. die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien204 ,206 von2 , zwischen denen die Halbleiterstruktur, z. B. die Halbleiterstruktur202 von2 angeordnet ist. Bei920 wird das Mikrowellen-Absorptionsmaterial204 auf einen Abstand zur Oberfläche der Halbleiterstruktur02 justiert, z. B. den Abstand d1, wie er in2 gezeigt ist, um die Dotierstoffaktivierung zu verbessern. Bei einer Ausführungsform beträgt der Abstand d1 etwa 2 nm bis etwa 10 mm. Bei930 wird das Mikrowellen-Absorptionsmaterial206 auf einen Abstand zur anderen Oberfläche der Halbleiterstruktur02 justiert, z. B. den Abstand d2, wie er in2 gezeigt ist, ebenfalls um die Dotierstoffaktivierung zu verbessern. Bei einer Ausführungsform beträgt der Abstand d2 etwa 2 nm bis etwa 10 mm. Bei940 wird auf die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien204 ,206 und die Halbleiterstruktur202 eine Mikrowellenstrahlung angewendet, um die Dotierstoffe zu aktivieren. -
10 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. Wie in10 gezeigt, wird bei1010 ein Mikrowellen-Absorptionsmaterial, z. B. das Mikrowellen-Absorptionsmaterial402 von4 , auf, z. B. in Übereinstimmung mit, einer Oberfläche der Halbleiterstruktur, z. B. der Halbleiterstruktur404 von4 , gebildet. Bei1020 wird die Dicke des Mikrowellen-Absorptionsmaterials402 justiert, z. B. auf etwa 30 nm bis etwa 250 nm, so dass die Dotierstoffaktivierung verbessert wird. Bei1030 wird auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial402 und die Halbleiterstruktur404 Mikrowellenstrahlung angewendet, so dass die Dotierstoffe aktiviert werden. Bei1040 wird das Mikrowellen-Absorptionsmaterial404 von der Halbleiterstruktur404 entfernt, z.B. durch Nassätzen, Trockenätzen, chemisch-mechanisches Polieren oder eine Kombination daraus. -
11 stellt ein weiteres beispielhaftes Ablaufdiagramm für den Vorgang770 von7 dar. Wie in11 gezeigt, wird bei1110 ein erstes Mikrowellen-Absorptionsmaterial, z. B. das Mikrowellen-Absorptionsmaterial502 von5 , auf, z. B. in Übereinstimmung mit, einer Oberfläche der Halbleiterstruktur, z. B. der Halbleiterstruktur504 von5 gebildet. Bei1120 wird die Dicke des Mikrowellen-Absorptionsmaterials502 eingestellt, z.B. auf etwa 30 nm bis etwa 250 nm, so dass die Dotierstoffaktivierung verbessert wird. Bei1130 wird ein zweites Mikrowellen-Absorptionsmaterial, z. B. das Mikrowellen-Absorptionsmaterial506 von5 , auf, z. B. in Übereinstimmung mit, einer anderen Oberfläche der Halbleiterstruktur504 gebildet. Bei1140 wird die Dicke des Mikrowellen-Absorptionsmaterials506 justiert, z. B. etwa 30 nm bis etwa 250 nm, ebenfalls um die Dotierstoffaktivierung zu verbessern. Bei1150 wird auf die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien502 ,506 und die Halbleiterstruktur504 Mikrowellenstrahlung angewendet, so dass die Dotierstoffe aktiviert werden. Bei1160 werden die Mikrowellen-Absorptionsmaterialien502 ,506 von der Halbleiterstruktur504 entfernt. - Bei einer Ausführungsform wird eine leicht dotierte, mit einem Substrat einer Halbleiterstruktur verbundene S/D (LDD; engl.: Lightly-Doped Drain) gebildet. Das Bilden eines LDD umfasst Folgendes: Dotieren eines Bereiches der Halbleiterstruktur mit mehreren Dotierstoffen, Aufnehmen eines Mikrowellen-Absorptionsmaterials oder Bilden des Mikrowellen-Absorptionsmaterials auf der Halbleiterstruktur, Justieren des Mikrowellen-Absorptionsmaterials auf einen Abstand zur Halbleiterstruktur oder Justieren der Dicke des Mikrowellen-Absorptionsmaterials und Anwenden von Mikrowellenstrahlung auf das Mikrowellen-Absorptionsmaterial und die Halbleiterstruktur.
Claims (18)
- Halbleiterstruktur, Folgendes umfassend: ein Substrat (1310) und einen Source-Drain-Übergang (1370) in dem Substrat, der ein Halbleitermaterial (1350) umfasst, das Germanium mit einem prozentualen Anteil an Germanium zwischen 50 % und 95 % umfasst, wobei der Source-Drain-Übergang (1370) ferner eine Halbleiterschicht (1340) umfasst, die in einem Graben ausgebildet ist und Germanium umfasst, das Halbleitermaterial (1350) auf der Halbleiterschicht (1340) ausgebildet ist und der prozentuale Anteil des Germaniums im Halbleitermaterial (1350) größer als der prozentuale Anteil des Germaniums in der Halbleiterschicht (1340) ist.
- Halbleiterstruktur nach
Anspruch 1 , wobei das Germanium des Halbleitermaterials (1350) eine Kristalldefektdichte von weniger als etwa 1012 Atome/cm3 aufweist. - Halbleiterstruktur nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das Germanium des Halbleitermaterials (1350) eine Kristalldefektdichte von weniger als etwa 107 Atome/cm3 aufweist. - Halbleiterstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halbleitermaterial (1350) Folgendes aufweist: eine untere Schicht, die Germanium umfasst, und eine obere Schicht (1360), die mit Bor dotiert ist und die eine höhere Borkonzentration aufweist als die untere Schicht.
- Halbleiterstruktur nach
Anspruch 4 , wobei die Borkonzentration der oberen Schicht (1360) mehr als etwa 1021 Atome/cm3 beträgt. - Halbleiterstruktur nach
Anspruch 4 oder5 , wobei die Borkonzentration der oberen Schicht (1360) mehr als etwa 5 ∙ 10↑21↑ Atome/cm3 beträgt. - Halbleiterstruktur nach einem der
Ansprüche 4 bis6 , ferner einen Source-Drain-Kontakt (1380) umfassend, der auf dem Source-Drain-Übergang (1370) gebildet ist, wobei der Source-Drain-Kontakt (1380) und der Source-Drain-Übergang (1370) einen Kontaktwiderstand von weniger als etwa 5 · 10-9 Ohm·cm2 aufweisen. - Halbleiterstruktur nach einem der
Ansprüche 4 bis6 , ferner einen Source-Drain-Kontakt (1380) umfassend, der auf dem Source-Drain-Übergang (1370) gebildet ist, wobei der Source-Drain-Kontakt (1380) und der Source-Drain-Übergang (1370) einen Kontaktwiderstand von weniger als etwa 8 · 10-10 Ohm·cm2 aufweisen. - Halbleiterstruktur nach einem der
Ansprüche 4 bis8 , wobei das Bor der oberen Schicht (1360) von Oberfläche des Source-Drain-Übergangs (1370) aus eine Tiefe von etwa 5 nm bis etwa 15 nm aufweist. - Halbleiterstruktur nach einem der
Ansprüche 4 bis9 , wobei das Bor der oberen Schicht (1360) eine Kristalldefektdichte zwischen etwa 105 Atome/cm3 und etwa 10↑7↑ Atome/cm3 aufweist. - Verfahren, Folgendes umfassend: Bereitstellen eines Substrats (1310) einer Halbleiterstruktur und Bilden eines Source-Drain-Übergangs (1370) in dem Substrat, wobei das Bilden des Source-Drain-Übergangs (1370) Folgendes umfasst: Bilden eines Grabens, der sich in das Substrat hinein erstreckt; Bilden einer Halbleiterschicht (1340) auf der Grabenwand (1330); Bilden eines Halbleitermaterials (1350) auf der Halbleiterschicht (1340), um den Graben im Wesentlichen zu füllen; wobei das Halbleitermaterial (1350) und die Halbleiterschicht (1340) Germanium umfassen, und die Halbleiterschicht (1340) einen prozentualen Anteil an Germanium aufweist, der geringer als ein prozentualer Anteil an Germanium im Halbleitermaterial (1350) ist; und Dotieren des Halbleitermaterials (1350) mit Bor derart, dass eine obere Schicht (1360) des Halbleitermaterials eine höhere Borkonzentration aufweist als eine untere Schicht des Halbleitermaterials (1350).
- Verfahren nach
Anspruch 11 , wobei die Borkonzentration der oberen Schicht (1360) mehr als etwa 1021 Atome/cm3 beträgt. - Verfahren nach
Anspruch 11 , wobei die Borkonzentration der oberen Schicht (1360) mehr als etwa 5 ∙ 10↑21↑ Atome/cm3 beträgt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 11 bis13 , wobei das Germanium im Halbleitermaterial (1350) zu einem prozentualen Anteil von mehr als etwa 50 % vorhanden ist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 11 bis14 , wobei das Germanium im Halbleitermaterial (1350) zu einem prozentualen Anteil von mehr als etwa 95 % vorhanden ist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 11 bis15 , umfassend ferner das Aktivieren des Germaniums und des Bors im Halbleitermaterial (1350) durch Anwenden von Mikrowellenstrahlung auf ein Mikrowellen-Absorptionsmaterial und auf die Halbleiterstruktur, wobei das Mikrowellen-Absorptionsmaterial dazu ausgelegt ist, die Absorption der Mikrowellenstrahlung durch das Germanium und das Bor des Halbleitermaterials (1350) zu erhöhen. - Verfahren nach
Anspruch 16 , wobei das Aktivieren des Germaniums und des Bors des Halbleitermaterials (1350) ferner Folgendes umfasst: Bilden des Mikrowellen-Absorptionsmaterials auf der Halbleiterstruktur und Justieren der Dicke des Mikrowellen-Absorptionsmaterials. - Verfahren nach
Anspruch 16 , wobei das Aktivieren des Germaniums und des Bors des Halbleitermaterials (1350) ferner Folgendes umfasst: Bereitstellen des Mikrowellen-Absorptionsmaterials und Justieren des Mikrowellen-Absorptionsmaterials in einem Abstand zur Halbleiterstruktur.
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