DE102021111650A1 - Transistoren mit unterteilten Erweiterungsgebieten - Google Patents

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Henry Aldridge
John J. Ellis-Monaghan
Michel J. Abou-Khalil
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GlobalFoundries US Inc
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

Strukturen für einen Feldeffekttransistor und Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Feldeffekttransistor. Eine Gate-Struktur wird über einem Kanalbereich eines Substrats gebildet. Ein erster Source/Drain-Bereich ist in dem Substrat neben einer ersten Seitenwand der Gate-Struktur angeordnet, ein zweiter Source/Drain-Bereich ist in dem Substrat neben einer zweiten Seitenwand der Gate-Struktur angeordnet, und ein Erweiterungsbereich ist in dem Substrat angeordnet. Das Erweiterungsgebiet umfasst erste und zweite Abschnitte, die jeweils mit dem ersten Source/Drain-Bereich überlappen. Die ersten und zweiten Abschnitte des Erweiterungsgebiets sind entlang einer Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet. Ein Abschnitt des Kanalbereichs ist entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Erweiterungsgebiets angeordnet.

Description

  • Hintergrund
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Halbleitervorrichtungen und integrierten Schaltungen und insbesondere Strukturen für einen Feldeffekttransistor und Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Feldeffekttransistor.
  • Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) -Prozesse können verwendet werden, um eine Kombination aus Feldeffekttransistoren vom p-Typ und vom n-Typ zu bauen, die als Bauelemente verwendet werden, um z. B. Logikzellen zu konstruieren. Feldeffekttransistoren weisen im Allgemeinen ein Source, ein Drain, einen Körper, der einen Kanalbereich zwischen Source und Drain bereitstellt, und eine Gate-Elektrode auf, die mit dem Kanalbereich überlappt. Wenn eine Steuerspannung, die eine charakteristische Schwellenspannung übersteigt, an die Gate-Elektrode angelegt wird, tritt im Kanalbereich zwischen Source und Drain ein Ladungsträgerfluss auf, um einen Ausgangsstrom des Bauelements zu erzeugen.
  • Mit zunehmender Größe des Bauelements steigt die Kapazität, wenn das Bauelement „AUS“ ist (d.h. Coff), an und der Widerstand, wenn das Bauelement „EIN“ ist (d.h. Ron), sinkt, jedoch bleibt das Produkt aus Coff und Ron (d.h. die Gütezahl) konstant. Historische Ansätze zur Verbesserung der Gütezahl waren u.a. Strain-Engineering für eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit, Skalierung des Gate-Oxids und unterschiedliche Geometrien für Bauelemente (z.B. Feldeffekttransistoren vom Finnen-Typ).
  • Es sind verbesserte Strukturen für einen Feldeffekttransistor und Verfahren zur Herstellung einer Struktur für einen Feldeffekttransistor notwendig.
  • Zusammenfassung
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Struktur für einen Feldeffekttransistor bereitgestellt. Die Struktur umfasst eine Gate-Struktur über einem Kanalbereich eines Substrats. Die Gate-Struktur weist eine Längsachse, eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand gegenüber der ersten Seitenwand auf. Die Struktur umfasst ferner einen ersten Source/Drain-Bereich im Substrat neben der ersten Seitenwand der Gate-Struktur, einen zweiten Source/Drain-Bereich im Substrat neben der zweiten Seitenwand der Gate-Struktur und ein Erweiterungsgebiet im Substrat. Das Erweiterungsgebiet umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, die jeweils mit dem ersten Source/Drain-Bereich überlappen. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Erweiterungsgebiets sind entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet. Ein Teil des Kanalbereichs ist entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Erweiterungsgebiets angeordnet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Feldeffekttransistor bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bilden einer Gate-Struktur, die über einem Kanalbereich eines Substrats angeordnet ist, ein Bilden eines ersten Source/Drain-Bereichs in dem Substrat neben einer ersten Seitenwand der Gate-Struktur, ein Bilden eines zweiten Source/Drain-Bereichs in dem Substrat neben einer zweiten Seitenwand der Gate-Struktur und ein Bilden eines Erweiterungsbereichs in dem Substrat. Das Erweiterungsgebiet umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, die sich jeweils mit dem ersten Source/Drain-Bereich überlappen. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Erweiterungsgebiets sind entlang einer Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet. Ein Abschnitt des Kanalbereichs ist entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Erweiterungsgebiets angeordnet.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten sind und einen Teil davon bilden, zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit einer allgemeinen Beschreibung der Erfindung oben und der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen unten zur Erläuterung der Ausführungsformen der Erfindung. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten.
    • 1 ist eine Aufsicht auf eine Struktur für einen Feldeffekttransistor gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, die allgemein entlang der Linie 2-2 in 1 verläuft.
    • 3 ist eine Aufsicht auf die Struktur in einer auf 1 folgenden Fertigungsphase.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die allgemein entlang der Linie 4-4 in 3 verläuft.
    • 4A ist eine Querschnittsansicht, die allgemein entlang der Linie 4A-4A in 3 verläuft.
    • 5 ist eine Aufsicht auf eine Struktur für einen Feldeffekttransistor gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht, die allgemein entlang der Linie 6-6 in 5 verläuft.
    • 6A ist eine Querschnittsansicht, die allgemein entlang der Linie 6A-6A in 5 verläuft.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Mit Bezug auf 1, 2 und gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst eine Struktur 10 für einen Feldeffekttransistor eine Gate-Struktur 12, die über einem Substrat 14 angeordnet ist. Das Substrat 14 kann aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, wie z. B. einkristallinem Silizium, gebildet sein, das leicht dotiert ist (z. B. leicht p-dotiert). Flachgrabenisolationsbereiche 16 können einen aktiven Bereich des Substrats 14 umgeben. Die Flachgrabenisolationsbereiche 16 können durch ein Festlegen von Gräben im Substrat 14 mittels Lithographie- und Ätzprozessen, Abscheiden einer Schicht aus einem dielektrischen Material (z. B. Siliziumdioxid) mittels chemischer Gasphasenabscheidung und Planarisieren mittels chemisch-mechanischem Polieren gebildet werden.
  • Die Gate-Struktur 12 erstreckt sich seitlich entlang einer Längsachse 18 über und quer zu dem aktiven Bereich des Substrats 14. Die Gate-Struktur 12 kann eine Gate-Elektrode 20 umfassen, die aus einem Leiter, wie z.B. dotiertem polykristallinen Silizium (d.h. Polysilizium) oder einem Austrittsarbeitsmetall, und einem Gate-Dielektrikum 22 gebildet sein, das aus einem elektrischen Isolator gebildet ist, wie z.B. Siliziumdioxid oder einem dielektrischen highk-Material wie Hafniumoxid. Angrenzend an die Seitenflächen oder Seitenwände 19, 21 der Gate-Struktur 12 sind Seitenwandabstandshalter 24 angeordnet. Die SeitenwandAbstandshalter 24 können durch Abscheiden einer konformen Schicht aus einem dielektrischen Material (z.B. Siliziumnitrid) über den Gate-Strukturen 12 und Ätzen der abgeschiedenen konformen Schicht mit einem anisotropen Ätzverfahren, wie z.B. reaktivem lonenätzen, gebildet werden.
  • Die Struktur 10 umfasst einen Source/Drain-Bereich 26 und einen Source/Drain-Bereich 28, die in der Nähe der gegenüberliegenden mit Abstandshaltern versehenen Seitenwände 19 der Gate-Struktur 12 angeordnet sind. Gemäß der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff „Source/Drain-Bereich“ einen dotierten Bereich aus einem Halbleitermaterial, der entweder als Source oder als Drain eines Feldeffekttransistors fungieren kann. In einer Ausführungsform kann der Source/Drain-Bereich 26 ein Source in der Struktur 10 darstellen und der Source/Drain-Bereich 28 kann ein Drain in der Struktur 10 darstellen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Source/Drain-Bereich 26 ein Drain in der Struktur 10 bereitstellen und der Source/Drain-Bereich 28 kann ein Source in der Struktur 10 bereitstellen.
  • Die Source/Drain-Bereiche 26, 28 sind so dotiert, dass sie einen Leitfähigkeitstyp gleicher Polarität aufweisen. Dazu können die Source/Drain-Bereiche 26, 28 gleichzeitig durch einen Ionenimplantationsprozess in entsprechenden Abschnitten des Substrats 14 gebildet werden. Die Source/Drain-Bereiche 26, 28 weisen eine Konzentration eines Dotierstoffs vom n-Typ oder vom p-Typ auf und können stark dotiert sein. In einer Ausführungsform können die Source/Drain-Bereiche 26, 28 im Substrat 14 durch Implantation von Ionen eines Dotierstoffs vom p-Typ (z. B. Bor) gebildet werden, der eine elektrische Leitfähigkeit vom p-Typ bereitstellt. In einer alternativen Ausführungsform können die Source/Drain-Bereiche 26, 28 in dem Substrat 14 durch Implantieren von Ionen eines Dotierstoffs vom n-Typ (z. B. Phosphor und/oder Arsen) gebildet werden, der eine Leitfähigkeit vom n-Typ bereitstellt. Die Dotierstoffkonzentrationen des Source/Drain-Bereichs 26 und des Source/Drain-Bereichs 28 können gleich oder im Wesentlichen gleich sein.
  • Die Ionenimplantation führt energiereiche Ionen ein, wie mittels Pfeile grafisch dargestellt wird, mit lonentrajektorien, die über einem Tiefenbereich im Substrat 14 anhalten. Die Ionen können aus einem geeigneten Quellengas erzeugt und mit Hilfe eines lonenimplantationswerkzeugs unter vorgegebenen Implantationsbedingungen in das Substrat 14 implantiert werden. Die Implantationsbedingungen (z. B. lonenspezies, Dosis, kinetische Energie, Neigungswinkel) können so gewählt werden, dass die Eigenschaften (z. B. das Tiefenprofil) des Source/Drain-Bereichs 28 eingestellt werden. Die Gate-Struktur 12 kann dazu dienen, den Ionenimplantationsprozess, der die Source/Drain-Bereiche 26, 28 bildet, auszurichten.
  • Die Source/Drain-Bereiche 26, 28 können eine oberseitige Oberfläche aufweisen, die mit einer oberseitigen Oberfläche 11 des Substrats 14 zusammenfällt, und die Source/Drain-Bereiche 26, 28 können vollständig an und unter der oberseitigen Oberfläche 11 des Substrats 14 angeordnet sein. Ein Kanalbereich 17, der durch einen Teil des Substrats 14 bereitgestellt wird, ist seitlich zwischen dem Source/Drain-Bereich 26 und dem Source/Drain-Bereich 28 angeordnet. Der Source/Drain-Bereich 26 weist eine Begrenzung 30 auf, die eine Grenzfläche festlegt, an der der Leitfähigkeitstyp von dem des Source/Drain-Bereichs 26 zu dem des Kanalbereichs 17 wechselt. Der Source/Drain-Bereich 28 weist ebenfalls eine Begrenzung 30 auf, die eine Grenzfläche festlegt, an der der Leitfähigkeitstyp von dem Leitfähigkeitstyp des Source/Drain-Bereichs 28 zu dem des Kanalbereichs 17 wechselt. Die Begrenzungen 30 erstrecken sich bis zu einer Tiefe d1 relativ zur oberseitigen Oberfläche 11 des Substrats 14.
  • Mit Bezug auf die 3, 4, 4A, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den 1, 2 beziehen, und in einem nachfolgenden Herstellungsschritt können ein Erweiterungsgebiet 32 neben dem Source/Drain-Bereich 26 und ein Erweiterungsgebiet 34 neben dem Source/Drain-Bereich 28 bereitgestellt sein. Die Erweiterungsgebiete 32, 34 können in strukturierten Abschnitten 38 durch einen maskierten Ionenimplantationsprozess gebildet werden. Zu diesem Zweck kann eine Implantationsmaske 36 durch einen Lithografieprozess mit Öffnungen gebildet werden, die über unmaskierten Abschnitten des Substrats 14 angeordnet sind, in denen die Abschnitte der Erweiterungsgebiete 32, 34 gebildet werden. Die Implantationsmaske 36 kann eine Schicht aus z. B. einem organischen Fotolack umfassen, die durch einen Spin-Coating-Prozess aufgebracht, vorgebacken, mit durch eine Fotomaske projiziertem Licht belichtet, nach der Belichtung gebacken und mit einem chemischen Entwickler entwickelt wird. Nach dem Bilden der Implantationsmaske 36 können die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 32 und die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 34 in den unmaskierten Abschnitten des Substrats 14 durch Ionenimplantation ausgebildet werden.
  • Die Abschnitte 38 der Erweiterungsgebiete 32, 34 umfassen eine Konzentration eines Dotierstoffs desselben elektrischen Leitfähigkeitstyps (d.h. Polaritätstyps) wie der in den Source/Drain-Bereichen 26, 28 enthaltene Dotierstoff und können stark dotiert sein. In einer Ausführungsform, in der die Source/Drain-Bereiche 26, 28 eine elektrische Leitfähigkeit vom p-Typ aufweisen, können die Abschnitte 38 der Erweiterungsgebiete 32, 34 in dem Substrat 14 durch Implantieren von Ionen eines Dotierstoffs vom p-Typ (z. B. Bor), der eine elektrische Leitfähigkeit vom p-Typ bietet, gebildet werden. In einer alternativen Ausführungsform, in der die Source/Drain-Bereiche 26, 28 eine elektrische Leitfähigkeit vom n-Typ aufweisen, können die Abschnitte 38 der Erweiterungsgebiete 32, 34 im Substrat 14 durch Implantieren von Ionen eines Dotierstoffs n-Typ (z. B. Phosphor und/oder Arsen) gebildet werden, der eine elektrische Leitfähigkeit vom n-Typ bereitstellt. Die Dotierstoffkonzentrationen der Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 32 und der Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 34 können gleich oder im Wesentlichen gleich sein.
  • Ein Ionenimplantationsprozess bringt energiereiche Ionen ein, wie durch Pfeile grafisch angedeutet ist, mit lonentrajektorien, die über einen tiefen Bereich im Substrat 14 anhalten. Die Ionen können aus einem geeigneten Quellengas erzeugt und mit Hilfe eines lonenimplantationswerkzeugs unter vorgegebenen Implantationsbedingungen in das Substrat 14 implantiert werden. Die Implantationsbedingungen (z. B. lonenspezies, Dosis, kinetische Energie, Neigungswinkel) können so gewählt werden, dass die Eigenschaften (z. B. Tiefenprofil) der Abschnitte 38 der Erweiterungsgebiete 32, 34 eingestellt werden. Die Implantationsmaske 36 weist eine ausreichende Dicke auf, um die energiereichen Ionen zu stoppen, bevor sie die maskierten Bereiche des Substrats 14 erreichen. Nach der Bildung der Abschnitte 38 der Erweiterungsgebiete 32, 34 kann die Implantationsmaske 36 z. B. durch Veraschung entfernt werden.
  • Die Abschnitte 38 der Erweiterungsgebiete 32, 34 sind an voneinander beabstandeten Stellen unterhalb der Gate-Struktur 12 und ihrer Seitenwandabstandshalter 24 angeordnet, die die Positionen der Öffnungen in der Implantationsmaske 36 widerspiegeln. Jeder Abschnitt 38 des Erweiterungsgebiets 32 und jeder Abschnitt 38 des Erweiterungsgebiets 34 weist eine Begrenzung 33 auf, die eine Grenzfläche festlegt, an der der Leitfähigkeitstyp von dem der Erweiterungsgebiete 32, 34 zu dem des Substrats 14 wechselt. Die Begrenzung 33 erstreckt sich bis zu einer Tiefe d1 relativ zur oberseitigen Oberfläche 11 des Substrats 14. Die Abschnitte 38 der Erweiterungsgebiete 32, 34 verkürzen effektiv die Gate-Länge sowie die Breitenabmessung des Kanalbereichs 17 an der Stelle der Abschnitte 38.
  • Die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 32 überlappen mit dem Source/Drain-Bereich 26 und erstrecken sich seitlich vom Source/Drain-Bereich 26 aus, um an einer Seitenkante der Begrenzung 33 zu enden. Die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 32 sind seitlich mit einer beabstandeten Anordnung entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 angeordnet. Die Abschnitte 38 des Verlängerungsbereichs 32 sind in einer Richtung quer zur Längsachse 18 unterhalb des Seitenwandabstandshalters 24 an der Seitenwand 19 der Gate-Struktur 12 und unterhalb eines Abschnitts der Gate-Struktur 12 angeordnet.
  • Die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 34 überlappen mit dem Source/Drain-Bereich 28 und erstrecken sich seitlich vom Source/Drain-Bereich 28 aus, um an einer Seitenkante der Begrenzung 33 zu enden. Die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 34 sind auch entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 (d.h. in einer Richtung parallel zur Längsachse 18) beabstandet. Die Abschnitte 38 des Verlängerungsbereichs 34 sind auch in einer Richtung quer zur Längsachse 18 unterhalb des Seitenwandabstandshalters 24 an der Seitenwand 21 der Gate-Struktur 12 und unterhalb eines Abschnitts der Gate-Struktur 12 angeordnet.
  • In einer Ausführungsform können die Abschnitte 38 der Erstreckungsgebiete 32, 34 einen konstanten Abstand entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 aufweisen. In einer Ausführungsform können die Abschnitte 38 der Erweiterungsabschnitte 32, 34 einen variablen Abstand entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur aufweisen.
  • Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 sind seitlich entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 zwischen den Abschnitten 38 des Erweiterungsgebiets 32 angeordnet. Die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 können benachbarte Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 32 vollständig voneinander trennen und können sich über einen Abschnitt ihrer Begrenzung 30 mit dem Source/Drain-Bereich 26 decken (d.h. eine gemeinsame Grenze mit ihm teilen). Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 sind ebenfalls seitlich entlang der Längsachse 18 zwischen den Abschnitten 38 des Erstreckungsbereichs 34 positioniert und können sich mit dem Source/Drain-Bereich 28 über einen Abschnitt seiner Begrenzung 30 gemeinsam erstrecken (d. h. mit ihm eine gemeinsame Grenze teilen). Die Abschnitte 40 können benachbarte Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 34 vollständig voneinander trennen. Die Abschnitte 40 erstrecken sich in einer Richtung quer zur Längsachse 18 von einem Ende an der Begrenzung 30 des Source/Drain-Bereichs 26 zu einem gegenüberliegenden Ende an der Begrenzung 30 des Source/Drain-Bereichs 28.
  • Abschnitte 41 des Kanalbereichs 17 sind seitlich zwischen den Abschnitten 38 des Erweiterungsgebiets 32 und zwischen den Abschnitten 38 des Erweiterungsgebiets 34 in einer Richtung quer zur Längsachse 18 angeordnet. Die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 können breiter sein als die Abschnitte 41 in der Querrichtung und die Abschnitte 40 können sich von der mit dem Source/Drain-Bereich 26 geteilten Begrenzung 30 zu der mit dem Source/Drain-Bereich 28 geteilten Begrenzung 30 erstrecken.
  • In Kombination liefern die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 32 und die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 ein moduliertes Dotierungsprofil in einer Richtung parallel zur Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 und angrenzend an die Seitenwand 19 der Gate-Struktur 12. In ähnlicher Weise liefern die Abschnitte 38 des Erweiterungsgebiets 34 und die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 in Kombination ein moduliertes Dotierungsprofil in einer Richtung parallel zur Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 und angrenzend an die Seitenwand 21 der Gate-Struktur 12. Aufgrund der Maskierung während ihrer Bildung stimmen die unterschiedlichen modulierten Dotierungsprofile in einer Richtung entlang der Längsachse 18 überein.
  • Die unterteilten Erweiterungsgebiete 32, 34 können im Vergleich zu nicht unterteilten Erweiterungsgebieten eine signifikante Verbesserung der Gütezahl durch Reduzierung der Kapazität (Coff) bewirken. Die Verbesserung kann ohne Strain-Engineering oder Skalierung des Gate-Oxids und ohne Rückgriff auf eine für Bauelemente andere Geometrie (z. B. einen Feldeffekttransistor vom Finnen-Typ) erreicht werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform können das Erweiterungsgebiet 32 und das Erweiterungsgebiet 34 asymmetrisch ausgebildet sein. In dieser Hinsicht kann das Erweiterungsgebiet 32 mit den Abschnitten 38 ausgebildet sein und das Erweiterungsgebiet 34 kann in seiner Gesamtheit ohne Maskierung ausgebildet sein, so dass dem Erweiterungsgebiet 34 die Abschnitte 38 fehlen. Der Verlängerungsbereich 34 kann daher durchgehend sein und die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 nicht aufweisen.
  • Es folgen die Middle-of-Line (MOL) -Bearbeitung und die Back-End-of-Line (BEOL) - Bearbeitung, die die Bildung von Metallmerkmalen, wie z. B. Kontakten, Durchkontaktierungen und Verdrahtungen, für eine mit dem Feldeffekttransistor gekoppelte Verbindungsstruktur umfassen. Die Verbindungsstruktur kann durch Abscheiden von dielektrischen Zwischenschichten aus dielektrischem Material und Bilden der Metallmerkmale in den verschiedenen dielektrischen Zwischenschichten gebildet werden, um Metallisierungsebenen zu festzulegen.
  • Mit Bezug auf die 5, 6, 6A, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den 4, 4A beziehen, und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann die Struktur 10 einen Halo-Bereich 42 und einen Halo-Bereich 44 umfassen, die jeweils in Abschnitten 48 durch Ionenimplantation unter angeordneter Implantationsmaske 36 gebildet werden. Die Abschnitte 48 des Halo-Bereichs 42 können mit den Abschnitten 38 des Erweiterungsgebiets 32 lagemäßig übereinstimmen und überlappen. Die Abschnitte 48 des Halo-Bereichs 44 können mit den Abschnitten 38 des Erweiterungsgebiets 34 übereinstimmen und sich mit ihnen überlappen. Die Halo-Bereiche 42, 44 erstrecken sich über eine größere Tiefe im Substrat 14 als die Erweiterungsgebiete 32, 34.
  • Die Abschnitte 48 der Halo-Bereiche 42, 44 können seitlich entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 positioniert und durch die nicht implantierten Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 beabstandet sein. Die Abschnitte 48 der Halo-Bereiche 42, 44 befinden sich im Allgemeinen unterhalb der Begrenzung 33 der Erweiterungsgebiete 32, 34 und unterhalb von mindestens einem Abschnitt der Begrenzung der Source/Drain-Regionen 26, 28. Die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 sind seitlich entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 zwischen den Abschnitten 48 des Halo-Bereichs 42 angeordnet. Die Abschnitte 40 trennen benachbarte Abschnitte 48 des Halo-Bereichs 42 vollständig voneinander. Die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 sind ebenfalls seitlich entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 zwischen den Abschnitten 48 des Halo-Bereichs 44 angeordnet. Die Abschnitte 40 trennen benachbarte Abschnitte 48 des Halo-Bereichs 44 vollständig voneinander. Abschnitte 43 des Kanalbereichs 17 sind ebenfalls seitlich in einer Richtung quer zur Längsachse 18 der Gate-Struktur 12 zwischen den Abschnitten 48 des Halo-Bereichs 42 und den Abschnitten 48 des Halo-Bereichs 44 angeordnet. Die Abschnitte 40 sind breiter als die Abschnitte 43 in der Querrichtung und die Abschnitte 41 (4A) sind ebenfalls breiter als die Abschnitte 43 in der Querrichtung.
  • Die Halo-Bereiche 42, 44 weisen eine Konzentration eines Dotierstoffs, der den entgegengesetzten Typ der elektrischen Leitfähigkeit (d.h. den Polaritätstyp) zu dem Dotierstoff aufweist, der in den Source/Drain-Regionen 26, 28 und den Erweiterungsgebieten 32, 34 bereitgestellt ist. Die Halo-Bereiche 42, 44 weisen denselben Leitfähigkeitstyp wie der Kanalbereich 17 auf und erhöhen lokal die Dotierungskonzentration des Kanalbereichs 17. In letzterer Hinsicht, dass die Halo-Bereiche 42, 44 eine höhere Dotierstoffkonzentration als der nichtimplantierte Kanalbereich 17 aufweisen. In einer Ausführungsform, in der die Source/Drain-Bereiche 26, 28 und die Erweiterungsgebiete 32, 34 eine elektrische Leitfähigkeit vom p-Typ aufweisen, können die Halo-Bereiche 42, 44 durch Implantieren von Ionen eines Dotierstoffs vom n-Typ (z. B. Phosphor und/oder Arsen) gebildet werden, der eine elektrische Leitfähigkeit vom n-Typ bereitstellt. In einer alternativen Ausführungsform, in der die Source/Drain-Bereiche 26, 28 und die Erweiterungsgebiete 32, 34 eine elektrische Leitfähigkeit vom n-Typ aufweisen, können die Halo-Bereiche 42, 44 durch Implantieren von Ionen eines Dotierstoffs vom p-Typ (z. B. Bor) gebildet werden, der eine elektrische Leitfähigkeit vom p-Typ bereitstellt. Der Halo-Bereich 42 und der Halo-Bereich 44 können gleiche oder im Wesentlichen gleiche Dotierstoffkonzentrationen aufweisen.
  • Ein Ionenimplantationsprozess führt energiereiche Ionen ein, wie durch die Pfeile grafisch angedeutet ist, mit lonentrajektorien, die über einen tiefen Bereich im Substrat 14 anhalten. Die Ionen können aus einem geeigneten Quellengas erzeugt und mit Hilfe eines lonenimplantationswerkzeugs unter vorgegebenen Implantationsbedingungen in das Substrat 14 implantiert werden. Die Implantationsbedingungen (z. B. lonenspezies, Dosis, kinetische Energie, Neigungswinkel) können so gewählt werden, dass die Eigenschaften (z. B. Tiefenprofil) der Halo-Bereiche 42, 44 eingestellt werden. Die Implantationsmaske 36 weist eine ausreichende Dicke auf, um die energiereichen Ionen zu stoppen, bevor sie die maskierten Bereiche des Substrats 14 erreichen. Nach der Bildung der Erweiterungsgebiete 32, 34 und der Halo-Bereiche 42, 44 kann die Implantationsmaske 36 z. B. durch Veraschung entfernt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform können die Erweiterungsgebiete 32, 34 und die Halo-Bereiche 42, 44 in einer asymmetrischen Weise gebildet werden. Dabei kann das Erweiterungsgebiet 32 mit den Abschnitten 38 und der Halo-Bereich 42 mit den Abschnitten 48 gebildet werden und das Erweiterungsgebiet 34 und der Halo-Bereich 44 können in ihrer Gesamtheit ohne Maskierung gebildet werden, so dass dem Erweiterungsgebiet 34 die Abschnitte 38 und dem Halo-Bereich 44 die Abschnitte 48 fehlen. Das Erweiterungsgebiet 34 und der Halo-Bereich 44 sind entlang der Längsachse 18 der Gate-Struktur durchgehend und weisen nicht die Abschnitte 40 des Kanalbereichs 17 auf.
  • Die oben beschriebenen Verfahren werden bei der Herstellung von integrierten Schaltungschips verwendet. Die resultierenden integrierten Schaltungschips können vom Hersteller in der Form von rohen Wafern (z.B. als ein einziger Wafer mit mehreren ungepackten Chips), als nackter Chip oder in einer verpackten Form vertrieben werden. Im letzteren Fall wird der Chip in einem Einzelchip-Gehäuse (z.B. einem Kunststoffträger mit Anschlussdrähten, die auf einer Hauptplatine oder einem anderen übergeordneten Träger befestigt sind) oder in einem Multichip-Gehäuse (z.B. einem Keramikträger mit Oberflächenverbindungen und/oder vergrabene Verbindungen) montiert. Das Endprodukt kein ein jedes Produkt sein, das integrierte Schaltungschips umfasst, wie zum Beispiel Computerprodukte mit einem Zentralprozessor oder Smartphones.
  • Eine Bezugnahme hierin auf Begriffe, die durch eine ungenaue Sprache modifiziert sind, wie „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“, sind nicht auf den genau angegebenen Wert zu beschränken. Die ungenaue Sprache kann der Genauigkeit eines Instruments entsprechen, das zur Messung des Wertes verwendet wird, und kann, sofern nicht anderweitig von der Genauigkeit des Instruments abhängig, +/- 10% des angegebenen Wertes/der angegebenen Werte angeben.
  • Eine Bezugnahme auf Begriffe wie „vertikal“, „horizontal“ usw. dienen hier als Beispiel und nicht als Beschränkung, um einen Bezugsrahmen zu schaffen. Der Begriff „horizontal“, wie er hier verwendet wird, ist definiert als eine Ebene parallel zu einer konventionellen Ebene eines Halbleitersubstrats, unabhängig von seiner tatsächlichen dreidimensionalen räumlichen Orientierung. Die Begriffe „vertikal“ und „normal“ beziehen sich auf eine Richtung senkrecht zur gerade definierten Horizontalen. Der Begriff „lateral“ bzw. „seitlich“ bezieht sich auf eine Richtung innerhalb der horizontalen Ebene.
  • Ein Merkmal, das mit einem anderen Merkmal „verbunden“ oder „gekoppelt“ ist, kann mit dem anderen Merkmal direkt verbunden oder gekoppelt sein oder es können stattdessen ein oder mehrere dazwischenliegende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann mit einem anderen Merkmal „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ sein, wenn dazwischenliegende Merkmale fehlen. Ein Merkmal kann mit oder an ein anderes Merkmal „indirekt verbunden“ oder „indirekt gekoppelt“ sein, wenn mindestens ein dazwischenliegendes Merkmal vorhanden ist. Ein Merkmal, das sich „auf” einem anderen Merkmal befindet oder dieses „kontaktiert“, kann sich auf dem anderen Merkmal oder damit in Kontakt befinden oder stattdessen können ein oder mehrere dazwischenliegende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann sich „direkt auf“ oder in „direktem Kontakt zu“ einem anderen Merkmal befinden, wenn keine dazwischenliegenden Merkmale vorhanden sind. Ein Merkmal kann „indirekt auf“ oder in „indirektem Kontakt“ mit einem anderen Merkmal sein, wenn mindestens ein dazwischenliegendes Merkmal vorhanden ist.
  • Die Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zu Illustrationszwecken vorgelegt, soll aber weder vollständig noch auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind dem Fachmann ersichtlich, ohne vom Umfang und Wesen der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hier verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber den auf dem Markt befindlichen Technologien am besten zu erklären oder um es anderen als dem Fachmann zu ermöglichen, die hier beschriebenen Ausführungsformen zu verstehen.

Claims (20)

  1. Struktur für einen Feldeffekttransistor, wobei die Struktur umfasst: ein Substrat mit einem Kanalbereich eine Gate-Struktur über dem Kanalbereich, wobei die Gate-Struktur eine Längsachse, eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand gegenüber der ersten Seitenwand aufweist; einen ersten Source/Drain-Bereich in dem Substrat neben der ersten Seitenwand der Gate-Struktur; einen zweiten Source/Drain-Bereich in dem Substrat neben der zweiten Seitenwand der Gate-Struktur; und ein erstes Erweiterungsgebiet in dem Substrat, wobei das erste Erweiterungsgebiet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem ersten Source/Drain-Bereich überlappen, und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind, wobei der Kanalbereich einen Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets angeordnet ist.
  2. Struktur nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt des Kanalbereichs die gleiche Ausdehnung wie der erste Source/Drain-Bereich aufweist.
  3. Struktur nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt des Kanalbereichs den ersten Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets und den zweiten Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets vollständig trennt.
  4. Struktur nach Anspruch 1, wobei das erste Erweiterungsgebiet einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und der Kanalbereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist.
  5. Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein zweites Erweiterungsgebiet in dem Substrat, wobei das zweite Erweiterungsgebiet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die sich jeweils mit dem zweiten Source/Drain-Bereich überlappen, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind.
  6. Struktur nach Anspruch 5, wobei der Kanalbereich einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets angeordnet ist.
  7. Struktur nach Anspruch 5, wobei der Kanalbereich einen zweiten Abschnitt umfasst, der quer zur Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets und dem ersten Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets positioniert ist, und der Kanalbereich einen dritten Abschnitt umfasst, der quer zur Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem zweiten Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets und dem zweiten Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets positioniert ist.
  8. Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Halo-Bereich in dem Substrat, wobei der erste Halo-Bereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem ersten Erweiterungsgebiet überlappen, und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des ersten Halo-Bereichs entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind.
  9. Struktur nach Anspruch 8, wobei der Kanalbereich einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des ersten Halo-Bereichs angeordnet ist.
  10. Struktur nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein zweites Erweiterungsgebiet in dem Substrat, wobei das zweite Erweiterungsgebiet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die sich jeweils mit dem zweiten Source/Drain-Bereich überlappen, und der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind.
  11. Struktur nach Anspruch 10, ferner umfassend: einen zweiten Halo-Bereich in dem Substrat, wobei der zweite Halo-Bereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem zweiten Erweiterungsgebiet überlappen, und der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des zweiten Halo-Bereichs entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind.
  12. Struktur nach Anspruch 11, wobei der Kanalbereich einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des zweiten Halo-Bereichs angeordnet ist.
  13. Struktur nach Anspruch 8, wobei das erste Erweiterungsgebiet einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, der Kanalbereich und der erste Halo-Bereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, und der erste Halo-Bereich eine höhere Dotierstoffkonzentration als der Kanalbereich umfasst.
  14. Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Feldeffekttransistor, wobei das Verfahren umfasst: ein Bilden einer Gate-Struktur, die über einem Kanalbereich eines Substrats angeordnet ist; ein Bilden eines ersten Source/Drain-Bereichs in dem Substrat neben einer ersten Seitenwand der Gate-Struktur; ein Bilden eines zweiten Source/Drain-Bereichs in dem Substrat neben einer zweiten Seitenwand der Gate-Struktur; und ein Bilden eines ersten Erweiterungsgebiets in dem Substrat, wobei das erste Erweiterungsgebiet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem ersten Source/Drain-Bereich überlappen, der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets entlang einer Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind und der Kanalbereich einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets angeordnet ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bilden des ersten Erweiterungsgebiets in dem Substrat umfasst ein Bilden einer strukturierten Maske über dem Substrat; und ein Einbringen eines Dotierstoffs in das Substrat mit der strukturierten Maske über dem Substrat, um den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt des ersten Erweiterungsgebiets zu bilden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Dotierstoff durch ein lonenimplantationsverfahren eingebracht wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: ein Bilden eines zweiten Erweiterungsgebiets in dem Substrat, wobei das zweite Erweiterungsgebiet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem zweiten Source/Drain-Bereich überlappen, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind und der Kanalbereich einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets angeordnet ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: ein Bilden eines ersten Halo-Bereichs in dem Substrat, wobei der erste Halo-Bereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem ersten Erweiterungsgebiet überlappen, der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des ersten Halo-Bereichs entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind und der Kanalbereich einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des ersten Halo-Bereichs angeordnet ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: ein Bilden eines zweiten Erweiterungsgebiets in dem Substrat, wobei das zweite Erweiterungsgebiet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem zweiten Source/Drain-Bereich überlappen, der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind und der Kanalbereich einen dritten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des zweiten Erweiterungsgebiets angeordnet ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: ein Bilden eines zweiten Halo-Bereichs in dem Substrat, wobei der zweite Halo-Bereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils mit dem zweiten Erweiterungsgebiet überlappen, der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des zweiten Halo-Bereichs entlang der Längsachse der Gate-Struktur voneinander beabstandet sind und der Kanalbereich einen vierten Abschnitt umfasst, der entlang der Längsachse der Gate-Struktur zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des zweiten Halo-Bereichs angeordnet ist.
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