DE102020100773B4 - Feldeffekttransistor mit vertikalem gate - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung mit:einem Halbleitersubstrat (102) mit einer Vorderseite (102f) und einer Rückseite (102b);einem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und einem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) auf der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats; undeiner Gate-Elektrodenstruktur (108), die über der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist und Folgendes aufweist:einen horizontalen Teil (108a), der über der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) und zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) angeordnet ist,einen ersten vertikalen Teil (108b), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) zu der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) in einer ersten Richtung erstreckt und den horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) kontaktiert, undeinen zweiten vertikalen Teil (108c), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) zu der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) in der ersten Richtung erstreckt, den horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) kontaktiert und durch einen Kanalbereich (114) des Halbleitersubstrats (102) von dem ersten vertikalen Teil (108b) getrennt ist, undwobei der Kanalbereich (114) des Halbleitersubstrats (102) unter dem horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) und zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) angeordnet ist.

Description

  • Hintergrund
  • Die IC-Herstellungsindustrie (IC: integrierter Schaltkreis) hat in den letzten Jahrzehnten ein exponentielles Wachstum erfahren. Mit der Entwicklung von ICs hat die Funktionsdichte (d. h., die Anzahl von miteinander verbundenen Bauelementen je Chipfläche) zugenommen, während die Strukturgrößen abgenommen haben. Ein Fortschritt der Halbleiterindustrie beim Verkleinern von Halbleiter-Bauelementen ist die Entwicklung von Finnen-Feldeffekttransistoren (FinFETs). FinFETs haben zwar einige Vorzüge gegenüber herkömmlichen planaren Transistoren (z. B. einen geringeren Energieverbrauch, kleinere Strukturgrößen, reduziertes Rauschen und dergleichen), aber sie sind mit höheren Herstellungskosten verbunden. Daher werden alternative Optionen und/oder Verfahren für FinFETs erforscht, um die Herstellungskosten zu senken. Die Patentanmeldung US 2017/0110562 A1 offenbart einen planaren MOSFET, der auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats vom N-Typ zwischen den Gräben vorgesehen ist, wobei eine Emitter-Schicht vom P+-Typ als Source-Bereich, eine Diffusionsschicht vom N-Typ als Drain-Bereich und eine Basisschicht vom P-Typ als Kanalbereich vorgesehen sind.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • Die 1A bis 1C zeigen verschiedene Darstellungen einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips mit einer Gate-Elektrodenstruktur, die einen ersten vertikalen Teil und einen zweiten vertikalen Teil aufweist, die durch einen horizontalen Teil verbunden sind.
    • Die 2A bis 2C zeigen verschiedene Darstellungen einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips mit einer Gate-Elektrodenstruktur, die einen horizontalen Teil aufweist, der über einem vertikalen Teil angeordnet ist, wobei der vertikale Teil der Gate-Elektrodenstruktur eine durchgehend verbundene ringförmige Struktur ist.
    • 3 zeigt eine Schnittansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors mit einer Gate-Elektrodenstruktur, die einen ersten vertikalen Teil und einen zweiten vertikalen Teil aufweist, die durch einen horizontalen Teil verbunden sind.
    • 4 zeigt eine Schnittansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors mit einer Gate-Elektrodenstruktur, die einen horizontalen Teil aufweist, der über einem vertikalen Teil angeordnet ist, wobei der vertikale Teil der Gate-Elektrodenstruktur eine durchgehend verbundene ringförmige Struktur ist.
    • 5 zeigt ein Schaltbild einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der vier Transistoren aufweist.
    • Die 6A bis 16C zeigen verschiedene Darstellungen einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines integrierten Chips mit einer Gate-Elektrodenstruktur, wie sie in den 1A bis 1C gezeigt ist.
    • 17 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen, das dem Verfahren entspricht, das in den 6A bis 16C gezeigt ist.
    • Die 18A bis 22C zeigen verschiedene Darstellungen einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines integrierten Chips mit einer Gate-Elektrodenstruktur, wie sie in den 2A bis 2C gezeigt ist.
    • 23 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen, das dem Verfahren entspricht, das in den 18A bis 22C gezeigt ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element so hergestellt werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist ein planarer Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) eine planare Gate-Elektrode auf, die so über einem Kanalbereich eines Substrats angeordnet ist, dass sie eine Oberseite des Kanalbereichs des Substrats kontaktiert. Bei anderen Ausführungsformen wird in elektronischen Bauelementen statt eines planaren MOSFET ein Finnen-Feldeffekttransistor (FinFET) verwendet, um die Steuerung des Transistors zu verbessern und den Platzbedarf zu verringern. Ein FinFET weist eine Gate-Elektrode auf, die über einer Finne, die aus einem Substrat herausragt, angeordnet ist und die Finne kontaktiert. Die Gate-Elektrode des FinFET bedeckt drei Seiten des Kanalbereichs, was zu der verbesserten Steuerung und zu dem geringeren Rauschen beiträgt, die die FinFETs im Vergleich zu planaren MOSFETs bieten. Jedoch können die FinFETs zum Beispiel durch die Herstellung der Finne mit viel mehr Bearbeitungsschritten und somit mit höheren Herstellungskosten als planare MOSFETs verbunden sein. Daher werden die Gesamtkosten und die Leistungsanforderungen berücksichtigt, wenn festgelegt wird, welche Art von Transistor in einem elektronischen Bauelement verwendet werden soll. Zum Beispiel ist bei CMOS-Bildsensoren (CMOS: komplementärer Metalloxidhalbleiter) ein geringes Rauschen ein wichtiger Faktor bei der Bauelementzuverlässigkeit. Bei einer 4-Transistor-CMOS-Bildsensor-Schaltung sind jedoch die Kosten für die Verwendung von FinFETs in dem CMOS-Bildsensor hoch.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen wird ein Vertikales-Gate-Transistor mit einer Gate-Elektrodenstruktur bereitgestellt, die einen horizontalen Teil, der über einer Vorderseite des Substrats angeordnet ist, und einen ersten und einen zweiten vertikalen Teil aufweist, die sich von dem horizontalen Teil zu einer Rückseite des Substrats erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Kanalbereich des Substrats unter dem horizontalen Teil und zwischen dem ersten und dem zweiten vertikalen Teil der Gate-Elektrodenstruktur angeordnet. Somit sind mindestens drei Seiten des Kanalbereichs von der Gate-Elektrodenstruktur umschlossen, wodurch das Rauschen verringert wird und die Bauelementsteuerung verbessert wird. Vorteilhafterweise werden eine weitere Maskierungsstruktur und ein weiterer Entfernungsschritt zum Herstellen der Gate-Elektrodenstruktur im Vergleich zu dem Verfahren zum Herstellen eines planaren MOSFET benötigt. Daher kann ein Vertikales-Gate-Transistor mit einer Gate-Elektrodenstruktur, die einen horizontalen Teil und einen ersten und einen zweiten vertikalen Teil aufweist, die Zuverlässigkeit von elektronischen Bauelementen erhöhen, ohne dass die Herstellungskosten stark steigen.
  • 1A zeigt eine Schnittansicht 100A einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips mit einer Gate-Elektrodenstruktur mit einem horizontalen Teil und vertikalen Teilen.
  • Der integrierte Chip in der Schnittansicht 100A weist in einer dielektrischen Struktur 106 eine Gate-Elektrodenstruktur 108 auf, die über einer Vorderseite 102f eines Substrats 102 angeordnet ist. Die dielektrische Struktur 106 kann über und in Kontakt mit dem Substrat 102 angeordnet sein. Eine dielektrische Gateschicht 110 verhindert, dass die Gate-Elektrodenstruktur 108 das Substrat 102 kontaktiert. Bei einigen Ausführungsformen kann das Substrat 102 zum Beispiel ein Halbleitermaterial (z. B. Si, Ge, SiGe usw.) mit einer ersten Dotierungsart aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann das Substrat 102 unter der Gate-Elektrodenstruktur 108 einen dotierten Wannenbereich mit der ersten Dotierungsart aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Gate-Elektrodenstruktur 108 in der Schnittansicht 100A Folgendes aufweisen: einen horizontalen Teil 108a, der über der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist; einen ersten vertikalen Teil 108b direkt unter dem horizontalen Teil 108a, der sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 zu einer Rückseite 102b des Substrats 102 erstreckt; und einen zweiten vertikalen Teil 108c direkt unter dem horizontalen Teil 108a, der sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 zu der Rückseite 102b des Substrats 102 erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen kontaktieren der erste vertikale Teil 108b und der zweite vertikale Teil 108c direkt den horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108. Außerdem sind bei einigen Ausführungsformen der erste vertikale Teil 108b und der zweite vertikale Teil 108c vollständig und direkt unter dem horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet. Die dielektrische Gateschicht 110 kann in der Schnittansicht 100A eine zusammenhängende Schicht sein, die den horizontalen Teil 108a, den ersten vertikalen Teil 108b und den zweiten vertikalen Teil 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 von dem Substrat 102 trennt.
  • Bei einigen Ausführungsformen umschließt eine Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 äußerste Seitenwände der Gate-Elektrodenstruktur 108. Die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 kann ein dielektrisches Material aufweisen, wie zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumcarbid, Siliziumoxidnitrid oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 neben, und nicht direkt über, der dielektrischen Gateschicht 110 angeordnet, während sich bei anderen Ausführungsformen die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 direkt über der dielektrischen Gateschicht 110 befinden kann. Die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 kann die Gate-Elektrodenstruktur 108 bei einigen Ausführungsformen baulich und/oder elektrisch schützen.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist in dem Substrat 102 eine Grabenisolationsstruktur 104 angeordnet, die sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 zu dessen Rückseite 102b erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen weist die Grabenisolationsstruktur 104 eine zweite Dotierungsart auf, die von der ersten Dotierungsart verschieden ist. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist die Grabenisolationsstruktur 104 nicht dotiert. Bei einigen Ausführungsformen ist die Grabenisolationsstruktur 104 eine STI-Struktur (STI: flache Grabenisolation) und sie erstreckt sich daher nicht durch das Substrat 102 zu dessen Rückseite 102b. Bei einigen Ausführungsformen ist in der Schnittansicht 100A die Grabenisolationsstruktur 104 direkt unter der Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen kann die Grabenisolationsstruktur 104 zum Beispiel durch das Substrat 102 von der Gate-Elektrodenstruktur 108 und der dielektrischen Gateschicht 110 beabstandet sein. Außerdem ist bei einigen Ausführungsformen die Grabenisolationsstruktur 104 neben äußersten Seitenwänden des ersten und des zweiten vertikalen Teils 108b und 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet.
  • Wenn die Gate-Elektrodenstruktur 108 eingeschaltet wird, wird bei einigen Ausführungsformen eine Spannung oder ein Strom an die Gate-Elektrodenstruktur 108 angelegt, um die Majoritätsladungsträger abzudrängen, sodass die Minoritätsladungsträger in einem Kanalbereich 114 des Substrats 102 verbleiben. Wenn das Substrat 102 zum Beispiel p-leitend ist, migrieren beim Anlegen einer positiven Spannung an die Gate-Elektrodenstruktur 108 positive Ladungsträger (d. h., Löcher) von der Gate-Elektrodenstruktur 108 weg zu der Rückseite 102b des Substrats 102, sodass negative Ladungsträger (d. h., Elektronen) in dem Kanalbereich 114 verbleiben. Die Grabenisolationsstruktur 104 kann einen Verlust eines Stroms verhindern oder abschwächen, der durch den Kanalbereich 114 fließt. Auf Grund des ersten und des zweiten vertikalen Teils 108b und 108c ist der Kanalbereich 114 größer als in dem Fall, dass die Gate-Elektrodenstruktur 108 nur den horizontalen Teil 108a aufweist. Daher kann die Gate-Elektrodenstruktur 108, die den horizontalen Teil 108a, den ersten vertikalen Teil 108b und den zweiten vertikalen Teil 108c aufweist, den Energieverbrauch und das Rauschen reduzieren, wodurch die Steuerung und die Zuverlässigkeit des gesamten Bauelements verbessert werden. Es dürfte wohlverstanden sein, dass weitere Abwandlungen der Struktur und/oder der Materialien von 1A ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 1B zeigt eine Draufsicht 100B einiger Ausführungsformen des integrierten Chips von 1A, der eine Gate-Elektrodenstruktur mit einem horizontalen Teil und vertikalen Teilen aufweist. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Draufsicht 100B einer Draufsicht-Perspektive der Schnittansicht 100A von 1A ohne die dielektrische Struktur 106 von 1A. Bei einigen Ausführungsformen entspricht eine Schnittlinie A - A' von 1B der Schnittansicht 100A von 1A.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Grabenisolationsstruktur 104 eine durchgehend verbundene ringförmige Struktur, die die Gate-Elektrodenstruktur 108 vollständig umschließt. Bei einigen Ausführungsformen überdeckt sich die Gate-Elektrodenstruktur 108 teilweise mit der Grabenisolationsstruktur 104. Bei einigen Ausführungsformen sind in der Draufsicht 100B der erste und der zweite vertikale Teil 108b und 108c durch den horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 verdeckt. Daher sind in der Draufsicht 100B der erste und der zweite vertikale Teil 108b und 108c mit Strichlinien dargestellt, und es ist klar, dass sie sich hinter dem horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 befinden.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist ein erster Source-/Drain-Bereich 116 auf einer ersten Seite 108f der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet, und ein zweiter Source-/Drain-Bereich 118 ist auf einer zweiten Seite 108s der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet. Der erste Source-/Drain-Bereich 116, der zweite Source-/Drain-Bereich 118 und die Gate-Elektrodenstruktur 108 sind Teile eines Vertikales-Gate-Transistors 101. Bei einigen Ausführungsformen umschließt die Grabenisolationsstruktur 104 auch den ersten und den zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118. Der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 haben die zweite Dotierungsart, die der ersten Dotierungsart des Kanalbereichs (114 von 1A) entgegengesetzt ist. Zum Beispiel ist bei einigen Ausführungsformen der Kanalbereich (114 von 1A) p-leitend, und der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 sind n-leitend. Somit können bei einigen Ausführungsformen beim Einschalten des Vertikales-Gate-Transistors 101 negative bewegliche Ladungsträger (d. h., Elektronen) von dem ersten Source-/Drain-Bereich 116 über den Kanalbereich (114 von 1A) zu dem zweiten Source-/Drain-Bereich 118 wandern. Die Grabenisolationsstruktur 104 kann auch den ersten und den zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118 umschließen, um einen Verlust des Stroms zu verhindern, der zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118 fließt. Es dürfte wohlverstanden sein, dass weitere Isolationsstrukturen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 1C zeigt eine Schnittansicht 100C einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips mit dem Vertikales-Gate-Transistor 101, die einer Schnittlinie C - C' von 1B entspricht.
  • Bei einigen Ausführungsformen sind in der Schnittansicht 100C der erste und der zweite vertikale Teil (108b und 108c von 1A) der Gate-Elektrodenstruktur 108 nicht sichtbar. Wenn der Vertikales-Gate-Transistor 101 eingeschaltet wird, fließen bewegliche Ladungsträger zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118 über den Kanalbereich 114. Es dürfte wohlverstanden sein, dass in der Schnittansicht 100A von 1A die beweglichen Ladungsträger in dem Kanalbereich 114 in eine Richtung in das oder aus dem Blatt wandern würden. Somit ist in der Schnittansicht 100A von 1A auf Grund des ersten und des zweiten vertikalen Teils (108b und 108c) der Gate-Elektrodenstruktur 108 der Kanalbereich 114 größer, als er in der Schnittansicht 100C von 1C dargestellt ist. Obwohl es nicht dargestellt ist, ist bei einigen Ausführungsformen ein Durchkontakt jeweils mit dem ersten Source-/Drain-Bereich 116, der Gate-Elektrodenstruktur 108 und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 118 verbunden, damit der Vertikales-Gate-Transistor 101 arbeiten kann.
  • 2A zeigt eine Schnittansicht 200A einiger alternativer Ausführungsformen eines integrierten Chips mit einem Vertikales-Gate-Transistor, der eine Gate-Elektrodenstruktur mit horizontalen und vertikalen Teilen aufweist.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Gate-Elektrodenstruktur 108 von einem stark dotierten Bereich 204 des Substrats 102 umschlossen. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der stark dotierte Bereich 204 vollständig durch das Substrat 102 oder, mit anderen Worten, von der Vorderseite 102f des Substrats 102 bis zu dessen Rückseite 102b. Bei einigen Ausführungsformen hat der stark dotierte Bereich 204 die erste Dotierungsart und weist das gleiche Material wie das Substrat 102 auf. Außerdem hat bei einigen Ausführungsformen der stark dotierte Bereich 204 des Substrats 102 eine höhere Konzentration der ersten Dotierungsart als andere Teile des Substrats 102. Der stark dotierte Bereich 204 ist so konfiguriert, dass er einen Stromverlust von dem Vertikales-Gate-Transistor während des Betriebs verhindert. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Isolationsstrukturen als der stark dotierte Bereich 204, wie etwa flache Grabenisolationsstrukturen oder rückseitige tiefe Grabenisolationsstrukturen, die die Gate-Elektrodenstruktur 108 von 2A umschließen, ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • Der stark dotierte Bereich 204 kann beim Verhindern des Stromverlusts während des Betriebs bei einigen Ausführungsformen effektiver als die Grabenisolationsstruktur (104 von 1A) sein, aber bei einigen Ausführungsformen kann die Herstellung des stark dotierten Bereichs 204 mit höheren Kosten als bei der Grabenisolationsstruktur (104 von 1A) verbunden sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen können innere Seitenwände des ersten vertikalen Teils 108b und des zweiten vertikalen Teils 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 durch einen ersten Abstand d1 voneinander beabstandet sein. Der erste Abstand d1 kann bei einigen Ausführungsformen zum Beispiel etwa 1 nm bis etwa 1000 nm betragen. Bei einigen Ausführungsformen können der erste und der zweite vertikale Teil 108b und 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 jeweils eine Unterseite mit einem zweiten Abstand d2 von der Vorderseite 102f des Substrats 102 haben. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Abstand d2 zum Beispiel etwa 1 nm bis etwa 1 µm betragen. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen der erste und der zweite vertikale Teil 108b und 108c jeweils eine Breite haben, die gleich einem dritten Abstand d3 ist. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der dritte Abstand d3 zum Beispiel etwa 10 nm bis etwa 1 µm. Bei einigen Ausführungsformen kann der horizontale Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 eine Höhe haben, die gleich einem vierten Abstand d4 ist, der von der Vorderseite 102f des Substrats 102 bis zu einer Oberseite des horizontalen Teils 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 gemessen wird. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der vierte Abstand d4 zum Beispiel etwa 20 nm bis etwa 400 nm. Bei einigen Ausführungsformen können Messwerte des ersten bis vierten Abstands d1 bis d4 die dielektrische Gateschicht 110 umfassen. Bei einigen Ausführungsformen hat die dielektrische Gateschicht 110 eine Dicke von zum Beispiel etwa 1 nm bis etwa 50 nm. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Werte für den ersten bis vierten Abstand d1 bis d4 ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 2B zeigt eine Draufsicht 200B einiger Ausführungsformen des integrierten Chips von 1B, der eine Gate-Elektrodenstruktur mit einem horizontalen Teil und vertikalen Teilen aufweist. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Draufsicht 200B einer Draufsicht-Perspektive der Schnittansicht 200A von 2A ohne die dielektrische Struktur 106 von 2A. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittlinie A - A' von 2B der Schnittansicht 200A von 2A.
  • Wie in der Draufsicht 200B von 2B gezeigt ist, weist bei einigen Ausführungsformen die Gate-Elektrodenstruktur 108 weiterhin einen dritten vertikalen Teil 108d und einen vierten vertikalen Teil 108e auf. Der dritte vertikale Teil 108d kann Teile des ersten Source-/Drain-Bereichs 116 umschließen und kann eine erste Seite des ersten vertikalen Teils 108b der Gate-Elektrodenstruktur 108 mit einer ersten Seite des zweiten vertikalen Teils 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 verbinden. Der vierte vertikale Teil 108e kann Teile des zweiten Source-/Drain-Bereichs 118 umschließen und kann eine zweite Seite des ersten vertikalen Teils 108b der Gate-Elektrodenstruktur 108 mit einer zweiten Seite des zweiten vertikalen Teils 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 verbinden. Somit weist bei einigen Ausführungsformen die Gate-Elektrodenstruktur 108 einen durchgehend verbundenen vertikalen ringförmigen Teil auf, der den ersten bis vierten vertikalen Teil 108b bis 108e umfasst. Außerdem sind der dritte und der vierte vertikale Teil 108d und 108e von dem stark dotierten Bereich 204 umschlossen.
  • 2C zeigt eine Schnittansicht 200C einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips mit dem Vertikales-Gate-Transistor 101, die der Schnittlinie C - C' von 2B entspricht.
  • Bei einigen Ausführungsformen sind in der Schnittansicht 200C der erste und der zweite vertikale Teil (108b und 108c von 2A) der Gate-Elektrodenstruktur 108 nicht sichtbar. Obwohl der dritte und der vierte vertikale Teil 108d und 108e von dem horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 beabstandet sind, sind der dritte und der vierte vertikale Teil 108d und 108e der Gate-Elektrodenstruktur 108 mit dem horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 elektrisch verbunden. Außerdem trennt die dielektrische Gateschicht 110 den dritten und den vierten Teil 108d und 108e der Gate-Elektrodenstruktur 108 von dem Substrat 102. Obwohl es in der Schnittansicht 200C von 2C nicht sichtbar ist, ist bei einigen Ausführungsformen die dielektrische Gateschicht 110, die den dritten vertikalen Teil 108d der Gate-Elektrodenstruktur 108, den vierten vertikalen Teil 108e der Gate-Elektrodenstruktur 108 und den horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 kontaktiert, ein und dieselbe durchgehend verbundene Schicht.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der Kanalbereich 114 unter dem horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 hergestellt, und wenn der Vertikales-Gate-Transistor 101 eingeschaltet wird, können bewegliche Ladungsträger zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118 wandern. Darüber hinaus kann ein erster weiterer Kanalbereich 208 unter dem dritten vertikalen Teil 108d der Gate-Elektrodenstruktur 108 entstehen, und ein zweiter weiterer Kanalbereich 210 kann unter dem vierten vertikalen Teil 108e der Gate-Elektrodenschicht entstehen. Bei einigen Ausführungsformen verhindert der stark dotierte Bereich 204, dass während des Betriebs bewegliche Ladungsträger von dem Vertikales-Gate-Transistor 101 weg wandern. Wenn sich der stark dotierte Bereich 204 nicht unter dem dritten und dem vierten vertikalen Teil 108d und 108e der Gate-Elektrodenstruktur 108 erstreckt, kann es zu einem Leckverlust von beweglichen Ladungsträgern in dem ersten weiteren Kanalbereich 208 und dem zweiten weiteren Kanalbereich 210 kommen. Bei einigen Ausführungsformen hat der stark dotierte Bereich 204 eine erste Dotierungsart, die die Gleiche wie die erste Dotierungsart des Substrats 102 ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der stark dotierte Bereich 204 eine höhere Dotierungskonzentration als das Substrat 102 haben, sodass selbst beim Einschalten des Vertikales-Gate-Transistors 101 kein Kanalbereich in dem stark dotierten Bereich 204 entstehen kann.
  • Es dürfte wohlverstanden sein, dass die beweglichen Ladungsträger in der Schnittansicht 200A von 2A in dem Kanalbereich 114 in einer Richtung in das oder aus dem Blatt wandern. Daher ist in der Schnittansicht 200A von 2A auf Grund des ersten und des zweiten vertikalen Teils 108b und 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 der Kanalbereich 114 größer, als er in der Schnittansicht 200C von 2C dargestellt ist. Obwohl es nicht dargestellt ist, ist bei einigen Ausführungsformen ein Durchkontakt jeweils mit dem ersten Source-/Drain-Bereich 116, der Gate-Elektrodenstruktur 108 und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 118 verbunden, damit der Vertikales-Gate-Transistor 101 arbeiten kann.
  • 3 zeigt eine Schnittansicht 300 einiger alternativer Ausführungsformen des integrierten Chips von 1C, wobei der integrierte Chip der Schnittansicht 300 ein CMOS-Bildsensor (CMOS: komplementärer Metalloxidhalbleiter) ist. Somit kann die Schnittansicht 300 von 3 alternativen Ausführungsformen entsprechen, die der Schnittansicht entlang der Schnittlinie C - C' von 1B entsprechen.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist der Bildsensor in der Schnittansicht 300 den Vertikales-Gate-Transistor 101 mit der Gate-Elektrodenstruktur 108 auf. Die Gate-Elektrodenstruktur 108 kann den horizontalen Teil 108a über dem Substrat 102 und einen ersten und einen zweiten Teil (108b und 108c von 1A) aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Gate-Elektrodenstruktur 108 eine Transfergate-Elektrode sein oder aufweisen, wobei die Gate-Elektrodenstruktur 108 über einer Fotodiode 302 und einem Floating Diffusion Node (FD-Knoten) 304 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die Gate-Elektrodenstruktur 108 zum Beispiel dotiertes Polysilizium und/oder einige andere geeignete leitfähige Materialien sein oder aufweisen, wie etwa ein Metall, das Kupfer, Wolfram, Aluminium oder dergleichen ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Fotodiode 302 und der FD-Knoten 304 durch den Kanalbereich 114 voneinander beabstandet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Fotodiode 302 eine zweite Dotierungsart haben, die der ersten Dotierungsart des Substrats 102 entgegengesetzt ist. Die Fotodiode 302 und das Substrat 102 können miteinander in Kontakt sein, sodass ein Fotoübergang entsteht. Bei anderen Ausführungsformen kann die Fotodiode 302 einen ersten Bereich mit der ersten Dotierungsart und einen zweiten Bereich mit der zweiten Dotierungsart haben, wobei der erste und der zweite Bereich den Fotoübergang bilden. Der FD-Knoten 304 kann die gleiche zweite Dotierungsart wie die Fotodiode 302 und somit eine Dotierungsart haben, die der des Substrats 102 entgegengesetzt ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist eine optische Struktur 308 auf der Rückseite 102b des Substrat 102 angeordnet, und auf der optischen Struktur 308 ist eine Mikrolinse 306 angeordnet. Außerdem weist bei einigen Ausführungsformen der CMOS-Bildsensor statt einer Grabenisolationsstruktur (104 von 1C) eine partielle rückseitige Grabenisolationsstruktur 310 auf. Die partielle rückseitige Grabenisolationsstruktur 310 kann während rückseitiger Strukturierungsprozesse hergestellt werden und kann ein dotiertes Halbleitermaterial (z. B. dotiertes Polysilizium) oder ein dielektrisches Material (z. B. Siliziumdioxid) aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die optische Struktur 308 zum Beispiel Antireflexionsschichten und/oder Farbfilter aufweisen. Die Mikrolinse 306 ist so konfiguriert, dass sie Licht auf die darüber befindliche Fotodiode 302 fokussiert. Während des Betriebs trifft einfallendes Licht durch die Mikrolinse 306 und die optische Struktur 308 auf die Rückseite 102b des Substrats 102 auf, und das einfallende Licht bewegt sich zu der Fotodiode 302. Die Fotodiode 302 ist so konfiguriert, dass sie das einfallende Licht (z. B. Photonen) in ein elektrisches Signal umwandelt (d. h., um Elektron-Loch-Paare aus dem einfallenden Licht zu erzeugen). Wenn eine Spannung an die Gate-Elektrodenstruktur 108 angelegt wird, um den Vertikales-Gate-Transistor 101 einzuschalten, werden Ladungen, die sich in der Fotodiode 302 angesammelt haben, von der Fotodiode 302 zu dem FD-Knoten 304 transportiert, um ein elektrisches Signal (z. B. eine Spannung oder einen Strom) auszugeben, das mit dem einfallenden Licht assoziiert ist. Somit wandelt der Bildsensor von 3 einfallendes Licht in ein elektrisches Signal zur Verarbeitung um. Da die Gate-Elektrodenstruktur 108 außerdem den ersten und den zweiten vertikalen Teil (108b und 108c von 1A) aufweist, ist der Vertikales-Gate-Transistor 101, und somit der Bildsensor, zuverlässiger.
  • 4 zeigt eine Schnittansicht 400 einiger alternativer Ausführungsformen des integrierten Chips von 2C, wobei der integrierte Chip der Schnittansicht 400 ein CMOS-Bildsensor ist. Somit kann die Schnittansicht 400 von 4 alternativen Ausführungsformen entsprechen, die der Schnittansicht entlang der Schnittlinie C - C' von 2B entsprechen.
  • Wie in der Schnittansicht 400 gezeigt ist, kann bei einigen Ausführungsformen die Gate-Elektrodenstruktur 108 eine Transfergate-Elektrode in einem Bildsensor sein oder aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der dritte vertikale Teil 108d der Gate-Elektrodenstruktur 108 zwischen dem stark dotierten Bereich 204 und der Fotodiode 302 angeordnet werden. Weiterhin kann bei einigen Ausführungsformen der vierte vertikale Teil 108e der Gate-Elektrodenstruktur 108 zwischen dem stark dotierten Bereich 204 und dem FD-Knoten 304 angeordnet werden. Der stark dotierte Bereich 204 kann einen Leckverlust von gespeicherten Ladungen verhindern, die während des Betriebs des Vertikales-Gate-Transistors 101 des Bildsensors zwischen der Fotodiode 302 und dem FD-Knoten 304 durch den Kanalbereich 114, den ersten weiteren Kanalbereich 208 und den zweiten weiteren Kanalbereich 210 wandern.
  • 5 zeigt ein Schaltbild 500 einiger Ausführungsformen, das einen Bildsensor, wie etwa den Bildsensor von 3 oder 4, enthält.
  • Wie in 5 gezeigt ist, kann das Schaltbild 500 eine Fotodiode 302 enthalten, die mit einem Transfertransistor 501 verbunden ist. Bei einigen Ausführungsformen fungiert die Fotodiode 302 als ein Source-/Drain-Bereich des Transfertransistors 501. Bei anderen Ausführungsformen ist die Fotodiode 302 mit einem Source-/Drain-Bereich des Transfertransistors 501 verbunden. Somit kann der Transfertransistor 501 der Vertikales-Gate-Transistor 101 von 3 oder 4 sein oder diesen aufweisen. Die Fotodiode 302 speichert Ladung (z. B. Elektronen) von Licht 502, das auf die Fotodiode 302 auftrifft. Der Transfertransistor 501 überträgt die Ladung selektiv von der Fotodiode 302 zu dem Bildsensor. Ein Rücksetztransistor 504 ist elektrisch zwischen eine Stromquelle 508 und den FD-Knoten (304 von 3) geschaltet, um die Ladung selektiv an dem FD-Knoten (304 von 3) zu entfernen. Ein Sourcefolgertransistor 506 ist elektrisch zwischen die Stromquelle 508 und einen Ausgang 512 geschaltet und wird mit dem FD-Knoten (304 von 3) gegatet, damit die Ladung an dem FD-Knoten (304 von 3) beobachtet werden kann, ohne sie zu entfernen. Ein Zeilenauswahltransistor 510 ist elektrisch zwischen den Sourcefolgertransistor 506 und den Ausgang 512 geschaltet, um eine Spannung selektiv auszugeben, die proportional zu der Spannung an dem FD-Knoten (304 von 3) ist. Somit können der Rücksetztransistor 504, der Sourcefolgertransistor 506 und/oder der Zeilenauswahltransistor 510 die Vertikales-Gate-Transistoren 101 der 1A bis 1C oder 2A bis 2C aufweisen. Es dürfte wohlverstanden sein, dass auch andere Konfigurationen des Schaltbilds 500 von 5 innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • Die 6A bis 16C zeigen verschiedene Darstellungen 600A bis 1600C einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines Vertikales-Gate-Transistors mit einer Gate-Elektrodenstruktur, die einen ersten vertikalen Teil und einen zweiten vertikalen Teil aufweist. Die 6A bis 16C werden zwar für ein Verfahren beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf dieses Verfahren beschränkt sind, sondern als Strukturen eigenständig und unabhängig von dem Verfahren verwendet werden können.
  • Wie in der Schnittansicht 600A von 6A gezeigt ist, wird ein Substrat 102 bereitgestellt. Das Substrat 102 hat eine Vorderseite 102f und eine Rückseite 102b und kann zum Beispiel ein massives monokristallines Siliziumsubstrat, ein Halbleiter-auf-Isolator(SOI)-Substrat oder ein anderes geeignetes Halbleitersubstrat (z. B. SiGe, Ge usw.) sein. Bei einigen Ausführungsformen wird in dem Substrat 102 eine Grabenisolationsstruktur 104 hergestellt, die sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 zu dessen Rückseite 102b erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Grabenisolationsstruktur 104 eine STI-Struktur (STI: flache Grabenisolation) sein oder aufweisen, da sich die Grabenisolationsstruktur 104 nicht vollständig von der Vorderseite 102f des Substrats 102 bis zu dessen Rückseite 102b erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Grabenisolationsstruktur 104 zum Beispiel mit einer Tiefe von etwa 1500 Ä in die Vorderseite 102f des Substrats 102 hinein. Es dürfte wohlverstanden sein, dass auch andere Werte innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Grabenisolationsstruktur 104 mit einem selektiven Ionenimplantationsprozess hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat die Grabenisolationsstruktur 104 durch den Ionenimplantationsprozess zum Beispiel eine höhere Dotierungskonzentration als das Substrat 102. Bei anderen Ausführungsformen kann die Grabenisolationsstruktur 104 zum Beispiel mit fotolithografischen, Entfernungs- und/oder Abscheidungsprozessen hergestellt werden, sodass die Grabenisolationsstruktur 104 Siliziumdioxid oder ein anderes dielektrisches Material aufweist.
  • Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Verfahren und Strukturen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Zum Beispiel wird bei anderen Ausführungsformen die Herstellung der Grabenisolationsstruktur 104 in den 6A bis 6C weggelassen, und nach Beendigung der Strukturierung der Vorderseite 102f des Substrats 102 wird eine rückseitige Isolationsstruktur hergestellt.
  • 6B zeigt eine Draufsicht 600B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 600A von 6A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 600A der Schnittansicht entlang der Schnittlinie A - A' von 6B.
  • Wie in der Draufsicht 600B gezeigt ist, ist bei einigen Ausführungsformen die Grabenisolationsstruktur 104 eine zusammenhängende ringförmige Struktur. Bei einigen Ausführungsformen kann die Grabenisolationsstruktur 104 einen inneren Bereich 102i des Substrats 102 von einem äußeren Bereich 1020 des Substrats 102 trennen. Bei einigen Ausführungsformen haben der innere Bereich 102i des Substrats 102 und der Innenumfang der Grabenisolationsstruktur 104 eine insgesamt rechteckige Form. Bei anderen Ausführungsformen haben der innere Bereich 102i des Substrats 102 und der Innenumfang der Grabenisolationsstruktur 104 insgesamt eine kreisförmige, eine ovale oder eine andere Polygonartige Form.
  • 6C zeigt eine Schnittansicht 600C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 6B entspricht.
  • Wie in der Schnittansicht 700A von 7A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen ein dotierter Wannenbereich 702 in der Grabenisolationsstruktur 104 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen hat das Substrat 102 eine erste Dotierungsart (d. h., p oder n), und der dotierte Wannenbereich 702 wird hergestellt, um die Konzentration der ersten Dotierungsart zu erhöhen. Der dotierte Wannenbereich 702 kann mit fotolithografischen und Ionenimplantationsprozessen hergestellt werden. Bei anderen Ausführungsformen hat das Substrat 102 eine erste Dotierungsart, und die Dotierungskonzentration der ersten Dotierungsart in dem Substrat 102 ist ausreichend. Bei diesen anderen Ausführungsformen entfällt die Herstellung des dotierten Wannenbereichs 702. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Strukturen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 7B zeigt eine Draufsicht 700B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 700A von 7A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 700A der Schnittlinie A - A' von 7B.
  • Wie in der Draufsicht 700B von 7B gezeigt ist, ist bei einigen Ausführungsformen der dotierte Wannenbereich 702 auf den inneren Bereich (102i von 6B) des Substrats 102 begrenzt. Bei einigen Ausführungsformen umschließt die Grabenisolationsstruktur 104 durchgehend den dotierten Wannenbereich 702. Bei einigen Ausführungsformen wird die Grabenisolationsstruktur 104 mit der gleichen ersten Dotierungsart wie der dotierte Wannenbereich 702 dotiert. Bei diesen Ausführungsformen hat die Grabenisolationsstruktur 104 eine Dotierungskonzentration, die höher als eine Dotierungskonzentration des dotierten Wannenbereichs 702 ist. Bei anderen Ausführungsformen wird die Grabenisolationsstruktur 104 nicht dotiert, und daher kann der dotierte Wannenbereich 702 eine höhere Dotierungskonzentration als die Grabenisolationsstruktur 104 haben. Bei einigen Ausführungsformen kann der dotierte Wannenbereich 702 die Grabenisolationsstruktur 104 direkt kontaktieren, während er bei anderen Ausführungsformen durch das Substrat 102 von der Grabenisolationsstruktur 104 getrennt sein kann.
  • 7C zeigt eine Schnittansicht 700C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 7B entspricht.
  • Wie in der Schnittansicht 800A von 8A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen eine erste Maskierungsstruktur 802 über der Vorderseite 102f des Substrats 102 hergestellt. Die erste Maskierungsstruktur 802 kann eine erste Öffnung 804 und eine zweite Öffnung 806 aufweisen. Die erste und die zweite Öffnung 804 und 806 können in dem inneren Bereich (102i von 6B) des Substrats 102 angeordnet sein, der von der Grabenisolationsstruktur 104 definiert wird. Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Öffnung 804 der ersten Maskierungsstruktur 802 direkt über dem dotierten Wannenbereich 702 angeordnet und sie legt diesen frei, und die zweite Öffnung 806 der ersten Maskierungsstruktur 802 ist ebenfalls direkt über dem dotierten Wannenbereich 702 angeordnet und legt diesen frei. Bei anderen Ausführungsformen können sich die erste und die zweite Öffnung 804 und 806 direkt über Teilen der Grabenisolationsstruktur 104 und des dotierten Wannenbereichs 702 befinden.
  • Die erste und die zweite Öffnung 804 und 806 können jeweils eine Breite haben, die gleich dem dritten Abstand d3 ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der dritte Abstand d3 zum Beispiel etwa 10 nm bis etwa 1 µm betragen. Die erste Öffnung 804 kann mit dem Abstand d1 von der zweiten Öffnung 806 beabstandet sein. Der erste Abstand d1 kann bei einigen Ausführungsformen zum Beispiel etwa 1 nm bis etwa 1000 nm betragen. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Werte ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die erste Maskierungsstruktur 802 mit fotolithografischen und Entfernungsprozessen (z. B. Ätzprozessen) hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Maskierungsstruktur 802 ein Fotoresistmaterial auf, während sie bei anderen Ausführungsformen zum Beispiel ein Hartmaskenmaterial aufweist.
  • 8B zeigt eine Draufsicht 800B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 800A von 8A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 800A der Schnittlinie A - A' von 8B.
  • Wie in der Draufsicht 800B gezeigt ist, erstreckt sich bei einigen Ausführungsformen die erste Öffnung 804 in einer ersten Richtung, um Teile des dotierten Wannenbereichs 702 freizulegen. Außerdem erstreckt sich bei einigen Ausführungsformen die zweite Öffnung 806 ebenfalls in der ersten Richtung, um Teile des dotierten Wannenbereichs 702 freizulegen. Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Öffnung 804 nicht mit der zweiten Öffnung 806 verbunden. Bei diesen Ausführungsformen kann die erste Öffnung 804 durch Teile der ersten Maskierungsstruktur 802 mit dem ersten Abstand d1 von der zweiten Öffnung 806 beabstandet sein. Bei einigen Ausführungsformen können die erste und die zweite Öffnung 804 und 806 im Wesentlichen parallel zueinander sein.
  • 8C zeigt eine Schnittansicht 800C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 8B entspricht. Bei einigen Ausführungsformen sind die erste und/oder die zweite Öffnung (804 und/oder 806 von 8A) in der Schnittansicht 800C nicht sichtbar.
  • Wie in der Schnittansicht 900A von 9A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen ein erster Entfernungsprozess durchgeführt, um Teile des dotierten Wannenbereichs 702 zu entfernen. Nach dem Durchführen des ersten Entfernungsprozesses entstehen eine erste Grabenstruktur 902 und eine zweite Grabenstruktur 904 entsprechend der ersten Öffnung 804 bzw. der zweiten Öffnung 806 der ersten Maskierungsstruktur 802. Bei einigen Ausführungsformen wird für den ersten Entfernungsprozess ein Trockenätzmittel verwendet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Trockenätzmittel ein im Wesentlichen vertikales Ätzmittel zum Entfernen von Teilen des dotierten Wannenbereichs 702 in einer zweiten Richtung. Die zweite Richtung kann im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen werden die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 mit einer Tiefe hergestellt, die gleich dem zweiten Abstand d2 ist. Der zweite Abstand d2 wird von der Vorderseite 102f des Substrats 102 gemessen. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Abstand d2 zum Beispiel etwa 1 nm bis etwa 1 µm betragen. Bei einigen Ausführungsformen, die den dotierten Wannenbereich 702 aufweisen, können die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 von Innenseiten des dotierten Wannenbereichs 702 definiert werden. Bei einigen Ausführungsformen erstrecken sich Unterseiten der ersten und der zweiten Grabenstruktur 902 und 904 nicht unter dem dotierten Wannenbereich 702. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen auf Grund des im Wesentlichen vertikalen Ätzmittels die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 geneigte Seitenwände (d. h., Seitenwände, die nicht senkrecht zu der Rückseite 102b des Substrats 102 sind) haben. Es dürfte wohlverstanden sein, dass weitere Strukturen und Bearbeitungsschritte ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 9B zeigt eine Draufsicht 900B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 900A von 9A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 900A der Schnittlinie A - A' von 9B.
  • Bei einigen Ausführungsformen scheint die Draufsicht 900B die gleichen Strukturelemente wie die Draufsicht 800B von 8B aufzuweisen. Es dürfte jedoch wohlverstanden sein, dass sich die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 direkt unter der ersten bzw. der zweiten Öffnung 804 und 806 der Maskierungsstruktur 802 befinden.
  • 9C zeigt eine Schnittansicht 900C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 9B entspricht. Bei einigen Ausführungsformen sind die erste und/oder die zweite Öffnung (804 und 806 von 9A) und somit die erste und/oder die Grabenstruktur (902 und 904 von 9A) in der Schnittansicht 900C nicht sichtbar.
  • Wie in der Schnittansicht 1000A von 10A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen eine dielektrische Gateschicht 110 über der Vorderseite 102f des Substrats 102 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Gateschicht 110 mit einem Abscheidungsverfahren, wie etwa durch chemische Aufdampfung (CVD), physikalische Aufdampfung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD) und dergleichen, hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Gateschicht 110 zum Beispiel Siliziumdioxid oder ein dielektrisches Low-k-Material aufweisen. Bei diesen Ausführungsformen kann die dielektrische Gateschicht 110 mit einem thermischen Oxidationsprozess abgeschieden werden. Die dielektrische Gateschicht 110 kann Innenseiten der ersten und der zweiten Grabenstruktur 902 und 904 bedecken, aber sie füllt die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 nicht vollständig.
  • 10B zeigt eine Draufsicht 1000B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1000A von 10A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1000A der Schnittlinie A - A' von 10B. Wie in der Draufsicht 1000B gezeigt ist, bedeckt bei einigen Ausführungsformen die dielektrische Gateschicht 110 vollständig die Vorderseite (102f von 10A) des Substrats (102 von 10A).
  • 10C zeigt eine Schnittansicht 1000C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 10B entspricht.
  • Wie in der Schnittansicht 1100A von 11A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen ein Gatematerial 1102 über der Vorderseite 102f des Substrats 102 auf der dielektrischen Gateschicht 110 und in der ersten und der zweiten Grabenstruktur 902 und 904 abgeschieden. Bei einigen Ausführungsformen ist das Gatematerial 1102 ein leitfähiges Material, wie etwa Polysilizium. Bei diesen Ausführungsformen kann das Polysilizium dotiert werden. Bei diesen Ausführungsformen kann das Gatematerial 1102 auf der dielektrischen Gateschicht 110 in einem Ofen und/oder einer Epitaxiekammer aufgewachsen werden. Bei anderen Ausführungsformen kann das Gatematerial 1102 ein leitfähiges Metall sein, wie etwa Kupfer, Wolfram, Aluminium oder dergleichen. Bei diesen anderen Ausführungsformen kann das Gatematerial 1102 mit einem Abscheidungsverfahren (z. B. CVD, PVD, ALD, Sputtern oder dergleichen) abgeschieden werden. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Materialien ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann das Gatematerial 1102 eine Höhe haben, die gleich dem vierten Abstand d4 ist, der von der Vorderseite 102f des Substrats 102 bis zu einer Oberseite des Gatematerials 1102 gemessen wird. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der vierte Abstand d4 zum Beispiel etwa 20 nm bis etwa 400 nm.
  • 11B zeigt eine Draufsicht 1100B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1100A von 11A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1100A der Schnittlinie A - A' von 11B. Wie in der Draufsicht 1100B gezeigt ist, bedeckt bei einigen Ausführungsformen das Gatematerial 1102 vollständig die Vorderseite (102f von 10A) des Substrats (102 von 10A).
  • 11C zeigt eine Schnittansicht 1100C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 11B entspricht. Wie in der Schnittansicht 1100C gezeigt ist, erstreckt sich das Gatematerial 1102 nicht unter der Vorderseite 102f des Substrats 102.
  • Wie in der Schnittansicht 1200A von 12A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen eine zweite Maskierungsstruktur 1202 über dem Gatematerial (1102 von 11A) hergestellt, und ein zweiter Entfernungsprozess wird durchgeführt, um äußere Teile des Gatematerials (1102 von 11A) zu entfernen und eine Gate-Elektrodenstruktur 108 herzustellen. Die zweite Maskierungsstruktur 1202 kann zum Beispiel ein Fotoresistmaterial oder ein Hartmaskenmaterial aufweisen. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen der zweite Entfernungsprozess ein Ätzprozess sein, für den zum Beispiel ein Trockenätzmittel verwendet wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen bedeckt nach dem zweiten Entfernungsprozess die Gate-Elektrodenstruktur 108 die Grabenisolationsstruktur 104 nicht oder nicht vollständig. Bei einigen Ausführungsformen kann mit dem zweiten Entfernungsprozess auch die dielektrische Gateschicht 110 entfernt werden, die sich nicht direkt unter der zweiten Maskierungsstruktur 1202 befindet. Bei anderen Ausführungsformen wird bei dem zweiten Entfernungsprozess die dielektrische Gateschicht 110 entfernt, die sich nicht direkt unter der zweiten Maskierungsstruktur 1202 befindet. Bei einigen Ausführungsformen kann, wie in der Schnittansicht 1200A gezeigt ist, die Gate-Elektrodenstruktur 108 Folgendes aufweisen: einen horizontalen Teil 108a, der über der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist; einen ersten vertikalen Teil 108b, der aus dem horizontalen Teil 108a herausragt und sich zu der Rückseite 102b des Substrats 102 erstreckt; und einen zweiten vertikalen Teil 108c, der aus dem horizontalen Teil 108a herausragt und sich zu der Rückseite 102b des Substrats 102 erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich der erste und der zweite Teil 108b und 108c beide in dem dotierten Wannenbereich 702, und sie sind beide in dem inneren Bereich (102i von 6A) des Substrats 102 angeordnet. Somit umschließt die Grabenisolationsstruktur 104 den ersten und den zweiten vertikalen Teil 108b und 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108. Der erste und der zweite vertikale Teil 108b und 108c der Gate-Elektrodenstruktur 108 können die Steuerbarkeit eines Kanalbereichs des endgültigen Bauelements verbessern, das unter der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet ist.
  • 12B zeigt eine Draufsicht 1200B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1200A von 12A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1200A der Schnittlinie A - A' von 12B. Bei einigen Ausführungsformen bedeckt die zweite Maskierungsstruktur 1202 vollständig den ersten und den zweiten vertikalen Teil (108b und 108c von 12A) der Gate-Elektrodenstruktur 108.
  • 12C zeigt eine Schnittansicht 1200C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 12B entspricht. Wie in der Schnittansicht 1200C gezeigt ist, ist bei einigen Ausführungsformen der horizontale Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 sichtbar, während der erste und der zweite vertikale Teil (108b und 108c von 12A) nicht sichtbar sind.
  • Wie in der Schnittansicht 1300A von 13A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen eine Abstandshalterschicht 1302 über der Gate-Elektrodenstruktur 108 und über der Vorderseite 102f des Substrats 102 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen weist die Abstandshalterschicht 1302 ein dielektrisches Material auf, wie zum Beispiel ein Nitrid (z. B. Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid), ein Carbid (z. B. Siliziumcarbid), ein Oxid (z. B. Siliziumoxid), Borsilicatglas (BSG), Phosphorsilicatglas (PSG), Borphosphorsilicatglas (BPSG), ein Low-k-Oxid (z. B. ein Kohlenstoff-dotiertes Oxid, SiCOH) oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Gateschicht 110 die Abstandshalterschicht 1302 von dem Substrat 102 trennen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Abstandshalterschicht 1302 das Substrat 102 direkt kontaktieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Abstandshalterschicht 1302 mit einem Abscheidungsverfahren, wie etwa CVD, PVD ALD oder dergleichen, hergestellt werden.
  • 13B zeigt eine Draufsicht 1300B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1300A von 13A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1300A der Schnittlinie A - A' von 13B. Wie in der Draufsicht 1300B gezeigt ist, bedeckt bei einigen Ausführungsformen die Abstandshalterschicht 1302 vollständig das Substrat 102. Bei anderen Ausführungsformen kann die Abstandshalterschicht 1302 zum Beispiel mit fotolithografischen, Entfernungs- und/oder Abscheidungsprozessen selektiv über einem Bereich des Substrats 102 abgeschieden werden.
  • 13C zeigt eine Schnittansicht 1300C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 13B entspricht.
  • Wie in der Schnittansicht 1400A von 14A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen ein dritter Entfernungsprozess durchgeführt, um Teile der Abstandshalterschicht (1302 von 13A) zu entfernen, um eine Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 auf äußeren Seitenwänden des horizontalen Teils 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 herzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 die Gate-Elektrodenstruktur 108 gegen Beschädigung durch spätere Bearbeitungsschritte schützen. Bei einigen Ausführungsformen werden bei dem dritten Entfernungsprozess keine freiliegenden Teile der dielektrischen Gateschicht 110 entfernt, wie in der Schnittansicht 1400A gezeigt ist. Bei anderen Ausführungsformen werden freiliegende Teile der dielektrischen Gateschicht 110 mit dem dritten Entfernungsprozess entfernt. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 direkt über der dielektrischen Gateschicht 110. Bei anderen Ausführungsformen kann die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 die Vorderseite 102f des Substrats 102 oder die Grabenisolationsstruktur 104 direkt kontaktieren. Der dritte Entfernungsprozess kann bei einigen Ausführungsformen ein vertikaler Ätzprozess sein oder diesen aufweisen. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Verfahren zum Herstellen der Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 14B zeigt eine Draufsicht 1400B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1400A von 14A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1400A der Schnittlinie A - A' von 14B. Wie in der Draufsicht 1400B gezeigt ist, umschließt bei einigen Ausführungsformen die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 durchgehend einen Außenumfang des horizontalen Teils 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108. Bei einigen Ausführungsformen können die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 und/oder der horizontale Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 die Grabenisolationsstruktur partiell überdecken. Die Grabenisolationsstruktur 104 kann sich bei einigen Ausführungsformen unter der dielektrischen Gateschicht 110 befinden, und daher ist die Grabenisolationsstruktur 104 in der Draufsicht 1400B von 14B der Einfachheit halber mit Punktlinien dargestellt.
  • 14C zeigt eine Schnittansicht 1400C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 14B entspricht.
  • Die 15A bis 15C zeigen verschiedene Darstellungen 1500A bis 1500C eines Verfahrens zum Herstellen eines ersten und eines zweiten Source-/Drain-Bereichs auf der Vorderseite des Substrats.
  • Bei einigen Ausführungsformen zeigt 15A eine Schnittansicht 1500A nach der Herstellung des ersten und des zweiten Source-/Drain-Bereichs. In der Schnittansicht 1500A sind jedoch der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich nicht sichtbar.
  • Wie in der Draufsicht 1500B von 15B gezeigt ist, ist ein erster Source-/Drain-Bereich 116 auf einer ersten Seite 108f der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet, und ein zweiter Source-/Drain-Bereich 118 ist auf einer zweiten Seite 108s der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet. Der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 können in dem inneren Bereich (102i von 7B) des Substrats 102 hergestellt werden, der von der Grabenisolationsstruktur 104 definiert wird. Da der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 unter der dielektrischen Gateschicht 110 angeordnet sind, sind die Source-/Drain-Bereiche 116 und 118 in der Draufsicht 1500B von 15B mit Strich-Punkt-Linien dargestellt.
  • Wie in der Schnittansicht 1500C von 15C gezeigt ist, sind bei einigen Ausführungsformen der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 in dem Substrat 102 angeordnet, und sie erstrecken sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 zu dessen Rückseite 102b. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich Unterseiten des ersten und des zweiten Source-/Drain-Bereichs 116 und 118 über einer Unterseite der Grabenisolationsstruktur 104, sodass die Grabenisolationsstruktur 104 einen Stromverlust aus dem ersten und/oder dem zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118 wirksam verhindern kann. Bei einigen Ausführungsformen werden der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 mit einem Ionenimplantationsprozess so hergestellt, dass sie eine zweite Dotierungsart haben, die der ersten Dotierungsart des dotierten Wannenbereichs 702 entgegengesetzt ist. Um andere Strukturelemente (z. B. die Gate-Elektrodenstruktur 108, das Substrat 102, die Grabenisolationsstruktur 104 usw.) gegen eine Dotierung mit dem Ionenimplantationsprozess zu schützen, kann eine Maskierungsschicht verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Gateschicht 110 während des Ionenimplantationsprozesses zum Herstellen des ersten und des zweiten Source-/Drain-Bereichs 116 und 118 über dem Substrat 102 verbleiben. Bei anderen Ausführungsformen wird zumindest die dielektrische Gateschicht 110, die sich über dem ersten und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118 befindet, vor dem Ionenimplantationsprozess entfernt. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 teilweise unter der Gate-Elektrodenstruktur 108.
  • Es dürfte wohlverstanden sein, dass bei anderen Ausführungsformen der erste und/oder der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 in früheren Schritten in dem Substrat 102 hergestellt werden können. Zum Beispiel können bei einigen Ausführungsformen der Bildsensor, der in der Schnittansicht 300 von 3 gezeigt ist, die Fotodiode (302 von 3) und der Floating Diffusion Node (304 von 3) vor der Herstellung der Gate-Elektrodenstruktur 108 hergestellt werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen können die Fotodiode (302 von 3) und der Floating Diffusion Node (304 von 3) nach der Herstellung der Gate-Elektrodenstruktur 108 hergestellt werden.
  • Wie in der Schnittansicht 1600A von 16A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen eine dielektrische Struktur 106 über der Vorderseite 102f des Substrats 102 hergestellt, und in der dielektrischen Struktur 106 wird ein Durchkontakt 1602 so hergestellt, dass er die Gate-Elektrodenstruktur 108 kontaktiert. Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 110 zum Beispiel ein Nitrid (z. B. Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid), ein Carbid (z. B. Siliziumcarbid), ein Oxid (z. B. Siliziumoxid), Borsilicatglas (BSG), Phosphorsilicatglas (PSG), Borphosphorsilicatglas (BPSG), ein Low-k-Oxid (z. B. ein Kohlenstoff-dotiertes Oxid, SiCOH) oder dergleichen aufweisen. Außerdem kann der Durchkontakt 1602 zum Beispiel Wolfram, Kupfer, Aluminium oder ein anderes leitfähiges Material aufweisen. Die dielektrische Struktur 106 und der Durchkontakt 1602 können mit verschiedenen Abscheidungszyklen (z. B. CVD, PVD, ALD, Sputtern usw.), fotolithografischen und/oder Entfernungsprozessen, z. B. Ätzung, einer chemisch-mechanischen Polierung (CMP) oder dergleichen, hergestellt werden.
  • 16B zeigt eine Draufsicht 1600B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1600A von 16A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1600A der Schnittlinie A - A' von 16B.
  • Wie in der Draufsicht 1600B gezeigt ist, können Durchkontakte 1602 auch über dem ersten und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 116 und 118 hergestellt werden und in der dielektrischen Struktur 106 angeordnet werden. In der Draufsicht 1600B haben bei einigen Ausführungsformen die Durchkontakte 1602 eine insgesamt kreisförmige Form. Es dürfte wohlverstanden sein, dass bei anderen Ausführungsformen die Durchkontakte 1602 andere Formen haben können, wie zum Beispiel eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine ovale Form oder dergleichen.
  • 16C zeigt eine Schnittansicht 1600C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 16B entspricht.
  • Wie in der Schnittansicht 1600C gezeigt ist, kontaktieren die Durchkontakte 1602 den ersten Source-/Drain-Bereich 116 und den zweiten Source-/Drain-Bereich 118. Der Durchkontakt 1602, der den ersten Source-/Drain-Bereich 116 kontaktiert, kann mit einem Source-Anschluss verbunden werden; der Durchkontakt 1602, der die Gate-Elektrodenstruktur 108 kontaktiert, kann mit einem Gate-Anschluss verbunden werden; und der Durchkontakt 1602, der mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich 118 verbunden ist, kann mit einem Drain-Anschluss verbunden werden. Außerdem können der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 und die Gate-Elektrodenstruktur 108 Bestandteil eines Vertikales-Gate-Transistors 101 sein, der den ersten und den zweiten vertikalen Teil (108b und 108c von 16A) der Gate-Elektrodenstruktur 108 aufweist. Auf Grund des ersten und des zweiten vertikalen Teils (108b und 108c von 16A) hat der Vertikales-Gate-Transistor 101 ein geringeres Rauschen und eine bessere Steuerbarkeit als Transistoren, bei denen die Gate-Elektrodenstruktur 108 nur den horizontalen Teil 108a aufweist.
  • 17 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens 1700 zum Herstellen eines Vertikales-Gate-Transistors, das dem Verfahren entspricht, das in den 6A bis 16C gezeigt ist.
  • Das Verfahren 1700 wird hier zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als denen ausgeführt werden, die hier dargestellt und/oder beschrieben werden. Darüber hinaus sind möglicherweise nicht alle dargestellten Schritte erforderlich, um hier einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren. Außerdem können ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte in nur einem Schritt oder in mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In einem Schritt 1702 wird eine Grabenisolationsstruktur in einem durchgehend verbundenen Ring auf einer Vorderseite eines Substrats hergestellt. Die Grabenisolationsstruktur trennt einen inneren Bereich des Substrats von dessen äußeren Bereich. Die 6A und 6B zeigen eine Schnittansicht 600A bzw. eine Draufsicht 600B einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1702 entsprechen.
  • In einem Schritt 1704 wird über dem Substrat eine erste Maskierungsstruktur hergestellt, die eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist. Die erste und die zweite Öffnung sind über einem inneren Bereich des Substrats angeordnet. Die 8A und 8B zeigen eine Schnittansicht 800A bzw. eine Draufsicht 800B einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1704 entsprechen.
  • In einem Schritt 1706 wird ein erster Entfernungsprozess durchgeführt, um Teile des inneren Bereichs des Substrats zu entfernen, um eine erste Grabenstruktur und eine zweite Grabenstruktur direkt unter der ersten Öffnung bzw. der zweiten Öffnung herzustellen. Die 9A und 9B zeigen eine Schnittansicht 900A bzw. eine Draufsicht 900B einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1706 entsprechen.
  • In einem Schritt 1708 wird eine dielektrische Gateschicht über dem Substrat hergestellt. 10A zeigt eine Schnittansicht 1000A einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1708 entspricht.
  • In einem Schritt 1710 wird ein Gatematerial in der ersten und der zweiten Grabenstruktur und über dem Substrat abgeschieden. 11A zeigt eine Schnittansicht 1100A einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1710 entspricht.
  • In einem Schritt 1712 werden äußere Teile des Gatematerials entfernt, um eine Gate-Elektrodenstruktur auf dem inneren Bereich des Substrats und in der ersten und der zweiten Grabenstruktur herzustellen. 12A zeigt eine Schnittansicht 1200A einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1712 entspricht.
  • In einem Schritt 1714 werden ein erster und ein zweiter Source-/Drain-Bereich auf dem inneren Bereich des Substrats hergestellt. Die Gate-Elektrodenstruktur befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drain-Bereich. 15C zeigt eine Schnittansicht 1500C einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1714 entspricht.
  • In einem Schritt 1716 werden Durchkontakte über der Gate-Elektrodenstruktur, dem ersten Source-/Drain-Bereich und dem zweiten Source-/Drain-Bereich hergestellt. 17C zeigt eine Schnittansicht 1700C einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 1716 entspricht.
  • Die 18A bis 22C zeigen verschiedene Darstellungen 1800A bis 2200C einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines Vertikales-Gate-Transistors mit einer Gate-Elektrodenstruktur, die einen ersten bis vierten vertikalen Teil aufweist, die sich von einem horizontalen Teil erstrecken. Die 18A bis 22C werden zwar für ein Verfahren beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf dieses Verfahren beschränkt sind, sondern als Strukturen eigenständig und unabhängig von dem Verfahren verwendet werden können.
  • Wie in der Schnittansicht 1800A von 18A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen ein dotierter Wannenbereich 702 in der Vorderseite 102f des Substrats 102 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird der dotierte Wannenbereich 702 vor einer Art von Grabenisolationsstruktur (z. B. 104 von 6A) hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen hat das Substrat 102 eine erste Dotierungsart (z. B. p oder n), und der dotierte Wannenbereich 702 wird hergestellt, um die Konzentration der ersten Dotierungsart zu erhöhen. Der dotierte Wannenbereich 702 kann mit fotolithografischen und Ionenimplantationsprozessen hergestellt werden. Bei anderen Ausführungsformen hat das Substrat 102 die erste Dotierungsart, und die Dotierungskonzentration der ersten Dotierungsart in dem Substrat 102 ist ausreichend. Bei diesen anderen Ausführungsformen entfällt die Herstellung des dotierten Wannenbereichs 702.
  • 18B zeigt eine Draufsicht 1800B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1800A von Fig. 187A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1800A der Schnittlinie A - A' von 18B. Wie in der Draufsicht 1800B von 18B gezeigt ist, bedeckt bei einigen Ausführungsformen der dotierte Wannenbereich 702 das Substrat 102 nicht vollständig.
  • 18C zeigt eine Schnittansicht 1800C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 18B entspricht.
  • Wie in der Schnittansicht 1900A von 19A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen eine erste Maskierungsstruktur 802 über der Vorderseite 102f des Substrats 102 hergestellt. Die erste Maskierungsstruktur 802 kann eine erste Öffnung 804 und eine zweite Öffnung 806 aufweisen, wie in Fig. 1900A gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Öffnung 804 der ersten Maskierungsstruktur 802 direkt über dem dotierten Wannenbereich 702 angeordnet und sie legt diesen frei, und die zweite Öffnung 806 der ersten Maskierungsstruktur 802 ist ebenfalls direkt über dem dotierten Wannenbereich 702 angeordnet und legt diesen frei.
  • 19B zeigt eine Draufsicht 1900B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 1900A von 19A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 1900A der Schnittlinie A - A' von 19B.
  • Wie in der Draufsicht 1900B gezeigt ist, erstreckt sich bei einigen Ausführungsformen die erste Öffnung 804 in einer ersten Richtung, um Teile des dotierten Wannenbereichs 702 freizulegen. Außerdem erstreckt sich bei einigen Ausführungsformen die zweite Öffnung 806 ebenfalls in der ersten Richtung, um Teile des dotierten Wannenbereichs 702 freizulegen. Bei einigen Ausführungsformen können die erste und die zweite Öffnung 804 und 806 im Wesentlichen parallel zueinander sein. Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Maskierungsstruktur 802 weiterhin eine dritte Öffnung 1902 und eine vierte Öffnung 1904 auf. Bei einer Ausführungsform erstrecken sich die dritte Öffnung 1902 und die vierte Öffnung 1904 in einer zweiten Richtung, die von der ersten Richtung verschieden ist. Die dritte Öffnung 1902 und die vierte Öffnung 1904 sind bei einigen Ausführungsformen direkt über Teilen des dotierten Wannenbereichs 702 und/oder über Teilen des Substrats 102 angeordnet. Außerdem verbindet die dritte Öffnung 1902 eine erste Seite der ersten Öffnung 804 mit einer ersten Seite der zweiten Öffnung 806, und die vierte Öffnung 1902 verbindet eine zweite Seite der ersten Öffnung 804 mit einer zweiten Seite der zweiten Öffnung 806. Somit weist bei einigen Ausführungsformen die erste Maskierungsstruktur 802 eine durchgehend verbundene Öffnung auf, die die erste, die zweite, die dritte und die vierte Öffnung 804, 806, 1902 und 1904 umfasst. Die durchgehend verbundene Öffnung in der ersten Maskierungsstruktur 802 kann bei einigen Ausführungsformen einen inneren Bereich 802i der ersten Maskierungsstruktur 802 von einem äußeren Bereich 802o der ersten Maskierungsstruktur 802 trennen. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Strukturen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 19C zeigt eine Schnittansicht 1900C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 19B entspricht. Bei einigen Ausführungsformen sind die erste und/oder die zweite Öffnung (804 und/oder 806 von 8A) in der Schnittansicht 1900C nicht sichtbar. Jedoch sind bei einigen Ausführungsformen die dritte und die vierte Öffnung 1902 und 1904 der Maskierungsstruktur 802 in der Schnittansicht 1900C sichtbar.
  • Wie in der Schnittansicht 2000A von 20A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen ein erster Entfernungsprozess durchgeführt, um Teile des dotierten Wannenbereichs 702 und/oder des Substrats 102 entsprechend der ersten Maskierungsstruktur 802 zu entfernen. Nach dem Durchführen des ersten Entfernungsprozesses entstehen eine erste Grabenstruktur 902 und eine zweite Grabenstruktur 904 entsprechend der ersten Öffnung 804 bzw. der zweiten Öffnung 806 der ersten Maskierungsstruktur 802. Die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 von 20A können mit dem gleichen oder einem ähnlichen Verfahren wie die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 von 9A hergestellt werden und können ähnliche Eigenschaften (z. B. Messgrößen) wie diese haben. Es dürfte wohlverstanden sein, dass auch andere Verfahren innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 20B zeigt eine Draufsicht 2000B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 2000A von 20A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 2000A der Schnittlinie A - A' von 20B.
  • Bei einigen Ausführungsformen scheint die Draufsicht 2000B die gleichen Strukturelemente wie die Draufsicht 2000B von 20B aufzuweisen. Es dürfte jedoch wohlverstanden sein, dass sich die erste und die zweite Grabenstruktur 902 und 904 direkt unter der ersten bzw. der zweiten Öffnung 804 und 806 der Maskierungsstruktur 802 befinden. Außerdem können sich eine dritte Grabenstruktur 2002 und eine vierte Grabenstruktur 2004 direkt unter der dritten Öffnung 1902 bzw. der vierten Öffnung 1904 befinden. Somit können bei dem ersten Entfernungsprozess durchgehend verbundene Grabenstrukturen entstehen, die die erste, die zweite, die dritte und die vierte Grabenstruktur 902, 904, 2002 und 2004 aufweisen.
  • 20C zeigt eine Schnittansicht 2000C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 20B entspricht. Bei einigen Ausführungsformen sind die erste und/oder die zweite Öffnung (804 und 806 von 20A) und somit die erste und/oder die zweite Grabenstruktur (902 und 904 von 20A) in der Schnittansicht 2000C nicht sichtbar. Bei einigen Ausführungsformen sind die dritte und die vierte Öffnung 1902 und 1904 und somit die dritte und die vierte Grabenstruktur 2002 und 2004 in der Schnittansicht 2000C sichtbar. Bei einigen Ausführungsformen definieren Innenseiten des Substrats 102 und des dotierten Wannenbereichs 702 die dritte und die vierte Grabenstruktur 2002 und 2004. Bei anderen Ausführungsformen können Innenseiten des Substrats 102 oder des dotierten Wannenbereichs 702 die dritte und die vierte Grabenstruktur 2002 und 2004 definieren. Außerdem haben bei einigen Ausführungsformen die dritte und die vierte Grabenstruktur 2002 und 2004 eine Breite, die gleich dem dritten Abstand d3 ist, und die dritte und die vierte Grabenstruktur 2002 und 2004 können sich jeweils mit einer Tiefe, die gleich dem zweiten Abstand d2 ist, in die Vorderseite 102f des Substrats 102 hinein erstrecken. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Werte ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • Die 21A bis 21C zeigen verschiedene Darstellungen 2100A bis 2100C einiger Ausführungsformen eines Vertikales-Gate-Transistors 101 nach dem Herstellen einer dielektrischen Gateschicht 110, einer Gate-Elektrodenstruktur 108, einer Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112, einer dielektrischen Struktur 106 und von Durchkontakten 1602 über dem Substrat 102. Es dürfte wohlverstanden sein, dass für die Herstellung der dielektrischen Gateschicht 110 in den 21A bis 21C das gleiche oder ein ähnliches Verfahren wie das verwendet werden kann, das für die dielektrische Gateschicht 110 beschrieben worden ist, die in den 10A bis 10C hergestellt worden ist. Außerdem dürfte wohlverstanden sein, dass für die Herstellung der Gate-Elektrodenstruktur 108 in den 21A bis 21C das gleiche oder ein ähnliches Verfahren wie das verwendet werden kann, das für die Gate-Elektrodenstruktur 108 beschrieben worden ist, die in den 11A bis 11C hergestellt worden ist. Außerdem dürfte wohlverstanden sein, dass für die Herstellung der Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 in den 21A bis 21C das gleiche oder ein ähnliches Verfahren wie das verwendet werden kann, das für die Seitenwand-Abstandshalterstruktur 112 beschrieben worden ist, die in den 13A bis 14C hergestellt worden ist. Außerdem dürfte wohlverstanden sein, dass für die Herstellung der dielektrischen Struktur 106 und der Durchkontakte 1602 in den 21A bis 21C das gleiche oder ein ähnliches Verfahren wie das verwendet werden kann, das für die dielektrische Struktur 106 und die Durchkontakte 1602 beschrieben worden ist, die in den 16A bis 16C hergestellt worden sind.
  • Wie in der Schnittansicht 2100C von 21C zu sehen ist, weist auf Grund der dritten und der vierten Grabenstruktur (2002 und 2004 von 20C) die Gate-Elektrodenstruktur 108 von 21C ebenfalls den dritten und den vierten vertikalen Teil io8d und 108e auf. Der erste Source-/Drain-Bereich 116 kann zwischen dem horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 und dem dritten vertikalen Teil 108d der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet werden. Der zweite Source-/Drain-Bereich 118 kann zwischen dem horizontalen Teil 108a der Gate-Elektrodenstruktur 108 und dem vierten vertikalen Teil 108e der Gate-Elektrodenstruktur 108 angeordnet werden. Bei einigen Ausführungsformen können der erste und der zweite Source-/Drain-Bereich 116 und 118 durch einen Teil des dotierten Wannenbereichs 702 voneinander beabstandet werden. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Strukturen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • Wie in der Schnittansicht 2200A von 22A gezeigt ist, kann bei einigen Ausführungsformen nach dem Herstellen der Gate-Elektrodenstruktur 108 ein stark dotierter Bereich 204 hergestellt werden, der sich durch das Substrat 102 erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen wird der stark dotierte Bereich 204 von der Rückseite 102b des Substrats 102 bis zu der Vorderseite 102f des Substrats 102 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen hat der stark dotierte Bereich 204 eine höhere Dotierungskonzentration als das Substrat 102. Bei einigen Ausführungsformen hat der stark dotierte Bereich 204 die gleiche Dotierungsart wie das Substrat 102, aber eine höhere Dotierungskonzentration als dieses. Bei einigen Ausführungsformen wird der stark dotierte Bereich 204 mit einem Ionenimplantationsprozess hergestellt. Bei diesen Ausführungsformen kann der stark dotierte Bereich 204 Silizium aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen kann der stark dotierte Bereich 204 auch mit Entfernungsprozessen (z. B. Ätzprozessen) und Abscheidungsprozessen hergestellt werden. Zum Beispiel kann bei diesen anderen Ausführungsformen der stark dotierte Bereich 204 dotiertes Polysilizium aufweisen. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Bearbeitungsschritte, Materialien und/oder Strukturen des stark dotierten Bereichs 204 ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 22B zeigt eine Rückansicht 2200B einiger Ausführungsformen, die der Schnittansicht 2200A von 22A entspricht. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Schnittansicht 2200A der Schnittlinie A - A' von 22B. Bei einigen Ausführungsformen hat in der Rückansicht 200B der stark dotierte Bereich 204 die Form eines durchgehend verbundenen Rings. Es dürfte wohlverstanden sein, dass andere Strukturen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
  • 22C zeigt eine Schnittansicht 2200C einiger Ausführungsformen, die der Schnittlinie C - C' von 22B entspricht. Bei einigen Ausführungsformen umschließt der stark dotierte Bereich 204 äußere Seitenwände des dritten und des vierten vertikalen Teils 108d und 108e der Gate-Elektrodenstruktur 108. Somit kann beim Einschalten des Vertikales-Gate-Transistors 101 ein Stromverlust zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich 116, dem zweiten Source-/Drain-Bereich 118 und der Gate-Elektrodenstruktur 108 durch den stark dotierten Bereich 204 verhindert werden.
  • 23 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens 2300 zum Herstellen eines Vertikales-Gate-Transistors, das den 18A bis 22C entspricht.
  • Das Verfahren 2300 wird hier zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als denen ausgeführt werden, die hier dargestellt und/oder beschrieben werden. Darüber hinaus sind möglicherweise nicht alle dargestellten Schritte erforderlich, um hier einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren. Außerdem können ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte in nur einem Schritt oder in mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In einem Schritt 2302 wird über einem Substrat eine erste Maskierungsstruktur hergestellt. Eine Öffnung in der ersten Maskierungsstruktur trennt einen inneren Bereich vollständig von einem äußeren Bereich der ersten Maskierungsstruktur. Die 19A und 19B zeigen eine Schnittansicht 1900A bzw. eine Draufsicht 1900B einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2302 entsprechen.
  • In einem Schritt 2304 wird ein erster Entfernungsprozess durchgeführt, um Teile des Substrats zu entfernen, die sich direkt unter der Öffnung der ersten Maskierungsstruktur befinden, um eine Grabenstruktur in dem Substrat herzustellen. Die 20A und 20B zeigen eine Schnittansicht 2000A bzw. eine Draufsicht 2000B einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2304 entsprechen.
  • In einem Schritt 2306 wird eine dielektrische Gateschicht über dem Substrat hergestellt.
  • In einem Schritt 2308 wird eine Gate-Elektrodenstruktur in und über der Grabenstruktur hergestellt.
  • In einem Schritt 2310 werden ein erster und ein zweiter Source-/Drain-Bereich auf dem Substrat hergestellt.
  • In einem Schritt 2312 werden Durchkontakte über der Gate-Elektrodenstruktur, dem ersten Source-/Drain-Bereich und dem zweiten Source-/Drain-Bereich hergestellt. 21A zeigt eine Schnittansicht 2100A einiger Ausführungsformen, die den Schritten 2306, 2308, 2310 und 2312 entspricht.
  • In einem Schritt 2314 wird ein stark dotierter Bereich hergestellt, der die Gate-Elektrodenstruktur durchgehend umschließt und sich von einer Rückseite des Substrats bis zu dessen Vorderseite erstreckt. Die 22A, 22B und 22C zeigen eine Schnittansicht 2200A, eine Rückansicht 2200B bzw. eine Schnittansicht 2200C einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2314 entsprechen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Verfahren zum Herstellen einer Gate-Elektrodenstruktur, die zumindest einen horizontalen Teil, einen ersten vertikalen Teil und einen zweiten vertikalen Teil zum Reduzieren des Rauschens und somit zum Erhöhen der Zuverlässigkeit eines endgültigen Transistor-Bauelements aufweist.
  • Bei einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Halbleitersubstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite; einen ersten Source-/Drain-Bereich und einen zweiten Source-/Drain-Bereich auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats; und eine Gate-Elektrodenstruktur, die über der Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist und Folgendes aufweist: einen horizontalen Teil, der über der Vorderseite des Halbleitersubstrats und zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich und dem zweiten Source-/Drain-Bereich angeordnet ist, einen ersten vertikalen Teil, der sich von der Vorderseite des Halbleitersubstrats zu der Rückseite des Halbleitersubstrats in einer ersten Richtung erstreckt und den horizontalen Teil der Gate-Elektrodenstruktur kontaktiert, und einen zweiten vertikalen Teil, der sich von der Vorderseite des Halbleitersubstrats zu der Rückseite des Halbleitersubstrats in der ersten Richtung erstreckt, den horizontalen Teil der Gate-Elektrodenstruktur kontaktiert und durch einen Kanalbereich des Halbleitersubstrats von dem ersten vertikalen Teil getrennt ist.
  • Bei anderen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Halbleitersubstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite; einen ersten Source-/Drain-Bereich, der in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist; einen zweiten Source-/Drain-Bereich, der in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und von dem ersten Source-/Drain-Bereich beabstandet ist; eine Gate-Elektrodenstruktur, die über dem ersten Source-/Drain-Bereich und dem zweiten Source-/Drain-Bereich angeordnet ist und Folgendes aufweist: einen horizontalen Teil, der sich über der Vorderseite des Halbleitersubstrats erstreckt, einen ersten vertikalen Teil, der sich von der Vorderseite des Halbleitersubstrats bis in eine erste Tiefe unter der Vorderseite des Halbleitersubstrats erstreckt, und einen zweiten vertikalen Teil, der sich von der Vorderseite des Halbleitersubstrats bis in eine zweite Tiefe unter der Vorderseite des Halbleitersubstrats erstreckt; und eine Grabenisolationsstruktur in dem Halbleitersubstrat, die die Gate-Elektrodenstruktur umschließt.
  • Bei noch weiteren Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren mit den folgenden Schritten: Herstellen einer ersten Maskierungsstruktur über einem Substrat, wobei die erste Maskierungsstruktur eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, wobei die erste und die zweite Öffnung zueinander parallel verlaufen; Entfernen von Teilen des Substrats, die sich direkt unter der ersten und der zweiten Öffnung befinden; Entfernen der ersten Maskierungsstruktur; Herstellen einer dielektrischen Gateschicht über dem Substrat; Abscheiden eines Gate-Elektrodenmaterials über der dielektrischen Gateschicht; Entfernen von äußeren Teilen des Gate-Elektrodenmaterials, um eine Gate-Elektrodenstruktur herzustellen, die einen horizontalen Teil, einen ersten vertikalen Teil und einen zweiten vertikalen Teil aufweist; Herstellen eines ersten und eines zweiten Source-/Drain-Bereichs in dem Substrat; und Herstellen einer Isolationsstruktur in dem Substrat so, dass sie den ersten Source-/Drain-Bereich, den zweiten Source-/Drain-Bereich und die Gate-Elektrodenstruktur umschließt.

Claims (20)

  1. Vorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat (102) mit einer Vorderseite (102f) und einer Rückseite (102b); einem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und einem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) auf der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats; und einer Gate-Elektrodenstruktur (108), die über der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist und Folgendes aufweist: einen horizontalen Teil (108a), der über der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) und zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) angeordnet ist, einen ersten vertikalen Teil (108b), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) zu der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) in einer ersten Richtung erstreckt und den horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) kontaktiert, und einen zweiten vertikalen Teil (108c), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) zu der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) in der ersten Richtung erstreckt, den horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) kontaktiert und durch einen Kanalbereich (114) des Halbleitersubstrats (102) von dem ersten vertikalen Teil (108b) getrennt ist, und wobei der Kanalbereich (114) des Halbleitersubstrats (102) unter dem horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) und zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der erste vertikale Teil (108b) in einer zweiten Richtung von dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) bis zu dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) erstreckt und sich der zweite vertikale Teil (108c) in der zweiten Richtung von dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) bis zu dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) erstreckt, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gate-Elektrodenstruktur (108) weiterhin Folgendes aufweist: einen dritten vertikalen Teil (108d), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) zu der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt, wobei eine erste Seite des ersten vertikalen Teils (108b) durch den dritten vertikalen Teil (108d) mit einer ersten Seite des zweiten vertikalen Teils (108b) verbunden ist; und einen vierten vertikalen Teil (108e), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) zu der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt, wobei eine zweite Seite des ersten vertikalen Teils (108b) durch den vierten vertikalen Teil (108e) mit einer zweiten Seite des zweiten vertikalen Teils (108c) verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste und der zweite vertikale Teil (108b, 108c) der Gate-Elektrodenstruktur (108) direkt unter dem horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) angeordnet sind und der dritte und der vierte vertikale (108d, 108e) Teil der Gate-Elektrodenstruktur (108) nicht direkt unter dem horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Source-/Drain-Bereich (116) zwischen dem horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) und dem dritten vertikalen Teil (108d) der Gate-Elektrodenstruktur (108) angeordnet ist und der zweite Source-/Drain-Bereich (118) zwischen dem horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) und dem vierten vertikalen Teil (108e) der Gate-Elektrodenstruktur (108) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine Isolationsstruktur (104) aufweist, die die Gate-Elektrodenstruktur (108) und den ersten und den zweiten Source-/Drain-Bereich (116, 118) durchgehend umschließt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Isolationsstruktur (104) eine flache Grabenisolationsstruktur ist, die sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) bis in eine Tiefe zwischen der Vorderseite (102f) und der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Grabenisolationsstruktur ein stark dotierter Bereich ist, der sich von der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) bis zu der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt.
  9. Vorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat (102) mit einer Vorderseite (102f) und einer Rückseite (102b); einem ersten Source-/Drain-Bereich (116), der in dem Halbleitersubstrat (102) angeordnet ist; einem zweiten Source-/Drain-Bereich (118), der in dem Halbleitersubstrat (102) angeordnet ist und von dem ersten Source-/Drain-Bereich beabstandet ist; einer Gate-Elektrodenstruktur (108), die über dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) angeordnet ist und Folgendes aufweist: einen horizontalen Teil (108a), der sich über der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt, einen ersten vertikalen Teil (108b), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) bis in eine erste Tiefe (d2) unter der Vorderseite (10f) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt, und einen zweiten vertikalen Teil (108c), der sich von der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) bis in eine zweite Tiefe (d2) unter der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt; und einer Grabenisolationsstruktur (104) in dem Halbleitersubstrat (102), die die Gate-Elektrodenstruktur (108) umschließt, und wobei ein Kanalbereich (114) des Halbleitersubstrats (102) unter dem horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) und zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich (116) und dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Tiefe (d2) ungefähr gleich der zweiten Tiefe (d2) ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste vertikale Teil (108b) der Gate-Elektrodenstruktur (108) und der zweite vertikale Teil (108c) der Gate-Elektrodenstruktur (108) eine Unterseite des horizontalen Teils (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) direkt kontaktieren und sich von der Unterseite des horizontalen Teils (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) erstrecken.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die weiterhin Folgendes aufweist: eine dielektrische Gateschicht (110), die den ersten vertikalen Teil (108b), den zweiten vertikalen Teil (108c) und den horizontalen Teil (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) trennt, sodass sie das Halbleitersubstrat (102) nicht direkt kontaktieren.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, die weiterhin Folgendes aufweist: eine Seitenwand-Abstandshalterstruktur (112), die äußerste Seitenwände des horizontalen Teils (108a) der Gate-Elektrodenstruktur (108) umschließt, wobei eine Gate-Seitenwand-Abstandshalterstruktur (112) über der Vorderseite (102f) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Kanalbereich (114) des Halbleitersubstrats (102) eine erste Konzentration einer ersten Dotierungsart aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Isolationsstruktur (104) eine zweite Konzentration der ersten Dotierungsart aufweist, wobei die zweite Konzentration höher als die erste Konzentration ist.
  16. Verfahren mit den folgenden Schritten: Herstellen einer ersten Maskierungsstruktur (802) über einem Substrat (102), wobei die erste Maskierungsstruktur (802) eine erste Öffnung (804) und eine zweite Öffnung (806) aufweist, wobei die erste und die zweite Öffnung (804, 806) zueinander parallel verlaufen; Entfernen von Teilen des Substrats (102), die sich direkt unter der ersten und der zweiten Öffnung (804, 806) befinden; Entfernen der ersten Maskierungsstruktur (802); Herstellen einer dielektrischen Gateschicht (110) über dem Substrat (102); Abscheiden eines Gate-Elektrodenmaterials über der dielektrischen Gateschicht (110); Entfernen von äußeren Teilen des Gate-Elektrodenmaterials, um eine Gate-Elektrodenstruktur (108) herzustellen, die einen horizontalen Teil (108a), einen ersten vertikalen Teil (108b) und einen zweiten vertikalen Teil (108c) aufweist; Herstellen eines ersten und eines zweiten Source-/Drain-Bereichs (116, 118) in dem Substrat (102), wobei der erste Source-/Drain-Bereich (116) von dem zweiten Source-/Drain-Bereich (118) durch einen Kanalbereich (114) des Substrats (102) beabstandet ist; und Herstellen einer Isolationsstruktur (104) in dem Substrat (102) so, dass sie den ersten Source-/Drain-Bereich (116), den zweiten Source-/Drain-Bereich (118) und die Gate-Elektrodenstruktur (108) umschließt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Maskierungsstruktur (802) weiterhin Folgendes aufweist: eine dritte Öffnung (1902), die eine erste Seite der ersten Öffnung (804) mit einer ersten Seite der zweiten Öffnung (806) verbindet; und eine vierte Öffnung (1904), die eine zweite Seite der ersten Öffnung (804) mit einer zweiten Seite der zweiten Öffnung (806) verbindet.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Herstellen der Isolationsstruktur (104) vor dem Herstellen der ersten Maskierungsstruktur (802) erfolgt.
  19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Herstellen der Isolationsstruktur (104) nach dem Herstellen der Gate-Elektrodenstruktur (108) erfolgt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Gate-Elektrodenstruktur (108) äußerste Seitenwände des ersten und des zweiten Source-/Drain-Bereichs (116, 118) umschließt.
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