DE10212371A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines HalbleiterbauelementesInfo
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Abstract
Description
- Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes offenbart. Insbesondere wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Hochgeschwindigkeitshalbleiterbauelementes offenbart, wobei das Bauelement ein Salicid aufweist. In dem offenbarten Verfahren werden eine flache und eine tiefe Source/Drain-Region gleichzeitig durch Bilden eines isolierenden Schicht-Spacers auf Seitenwänden einer Gate-Elektrode, durch Bilden einer SEG (selektive epitaktische Wachstums-)Schicht in der LDD (leicht dotierte Drain-)Region benachbart zu dem isolierenden Schicht- Spacer und anschließendes Ausführen eines Ionenimplantationsprozesses gebildet.
- Im Allgemeinen ist die wichtigste Funktion eines Transistors einer Halbleiterschaltung eine Stromtreiberfunktion. Eine Kanalbreite eines Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistors (MOSFET) wird unter Berücksichtigung der Stromtreiberfunktion angepasst. In dem am meisten verbreiteten MOSFET wird eine störstellendotierte Polysilizium-Schicht als Gate-Elektrode verwendet, und es wird eine Diffusionsregion, gebildet durch Dotieren einer Störstelle, auf einem Halbleitersubstrat als eine Source/Drain-Region verwendet.
- In einem positiven Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (PMOSFET) wird ein vergrabener Kanal gebildet, welcher eine N+ dotierte Polysilizium-Gate- Elektrode in einem komplementären Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (CMOSFET) verwendet. Da ein negativer Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (NMOSFET), einen Kanal auf seiner Oberfläche aufweisend, und der PMOSFET verschiedene Threshold-Spannungen aufweisen, bestehen hier verschiedene Einschränkungen in dem Design und der Herstellung des Bauelementes.
- Das bedeutet, dass in dem CMOSFET, welcher eine duale Gate-Elektrode verwendet, die dualen Gate-Elektroden gebildet werden durch zweifaches Ionenimplantieren von N-Typ und P-Typ Störstellen. Daher sollte ein photolithografischer Prozess zweimal ausgeführt werden, wobei dies den Herstellungsprozess kompliziert. Dementsprechend kann das Bauelement leicht aufgrund eines nassen Prozesses kontaminiert werden, und somit werden die Prozessausbeute und die Zuverlässigkeit desselben reduziert.
- Zusätzlich, in dem Maße, in dem die Ausmaße von Halbleiterbauelementen kleiner werden, werden die Verbindungstiefen schmaler. In Hochgeschwindigkeitsbauelementen treten jedoch hohe Leckströme auf, aufgrund des Salicid-Prozesses, in welchem Silizid-Schichten auf der Source/Drain- Region und der Gate-Elektrode gebildet werden.
- Fig. 1A bis 1C sind Querschnitte, die sequenzielle Schritte eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für ein Halbleiterbauelement illustrieren.
- Als erstes, bezugnehmend auf die Fig. 1A, wird ein Feld-Oxid 11 auf einem Halbleitersubstrat 10 gebildet, welches eine aktive Region definiert. Ein Gate-Oxid 12 und eine Polysilizium-Schicht (nicht dargestellt) werden auf dem Halbleitersubstrat 10 gebildet. Anschließend wird die Polysilizium- Schicht unter Verwendung einer Gate-Elektroden-Maske als eine Ätzmaske geätzt, um eine Gate-Elektrode 13 zu bilden. Eine LDD-Region 14 wird durch Ionenimplantation einer niedrigen Konzentration von Störstellen in das Halbleitersubstrat 10 auf beiden Seiten oder um die Gate-Elektrode 13 herum gebildet. Ein isolierender Film-Spacer 15 wird auf den Seitenwänden der Gate-Elektrode 13 gebildet.
- Wie in der Fig. 1B dargestellt, wird eine erste Source/Drain-Region 16 durch Ionenimplantation einer hohen Konzentration von Störstellen in das Halbleitersubstrat 10 auf beiden Seiten oder um den isolierenden Film- Spacer 15 herum gebildet. Hier wird As für eine NMOS ionenimplantiert und B11 für einen PMOS.
- Anschließend, weiterhin auf die Fig. 1B bezugnehmend, wird eine zweite Source/Drain-Region 17 durch Implantieren eines Dotierstoffes mit einem hohen Diffusionsverhältnis bei einer niedrigen Dosis gebildet. Hier wird Ph anstelle von As für einen NMOS ionenimplantiert, und es wird B11 anstelle von BF2 für einen PMOS verwendet.
- Wie in der Fig. 1C dargestellt, wird eine Silizid-Schicht 18 auf den Oberflächen der Gate-Elektrode 13, der ersten Source/Drain-Region 16 und der zweiten Source/Drain-Region 17 gebildet.
- Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelementes hat jedoch eine Begrenzung aufgrund der schmalen Verbindungsregion, resultierend von der Miniaturisierung des Bauelementes. Daher beeinflusst ein Anstieg in der Tiefe der Verbindungsregion aufgrund des Ionenimplantationsprozesses zur Bildung der Silicid-Schicht 18 die LDD-Region 14. Insbesondere dann, wenn die Silicid-Schicht 18 tief entlang des Randes der Feld-Oxidschicht 11 gebildet wird, steigt der Leckstrom in der Verbindungsregion des Feld-Oxides 11 erheblich an und die Höhe des Feld- Oxides 11 wird während der anschließenden Prozesse verringert. Da der Kontakt entlang des Randes des Feld-Oxides 11 gebildet wird, steigt zusätzlich im Falle eines übergangslosen Kontaktes der Leckstrom in der Verbindungsregion der peripheren Schaltungsregion drastisch an.
- Dementsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes offenbart, welches den Anstieg in einem Verbindungsleckstrom verhindern und eine Prozessausbeute und -sicherheit verbessern kann, durch Bilden einer Schutzschicht entlang des Randes des Feld-Oxides, Bilden einer SEG-Schicht auf der Source/Drain-Region, Entfernen der Schutzschicht und Ionenimplantieren, um eine tiefe Verbindung in der Source/Drain-Region zu bilden. Als ein Ergebnis ist die Region, in der die Schutzschicht eine tiefere Verbindung aufweist, als die Region, in der sich die SEG-Schicht befindet, derart, dass der Ionenimplantationsprozess keinen negativen Effekt auf die Kanalregion des CMOS-Bauelementes aufweist.
- Ein offenbartes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes weist auf: Bilden eines Feld-Oxides, welches eine aktive Region in einem Halbleitersubstrat definiert; Bilden eines Gate-Oxides und einer Gate- Elektrode auf der aktiven Region des Halbleitersubstrates; Bilden einer LDD-Region durch Ionenimplantation gering konzentrierter Störstellen in dem Halbleitersubstrat auf beiden Seiten oder um die Gate-Elektrode herum; Bilden eines isolierenden Film-Spacers auf jeder Seitenwand der Gate- Elektrode; Bildes eines die Gate-Elektrode, den isolierenden Film-Spacer und einen Abschnitt der aktiven Region des Halbleitersubstrates benachbart zu dem isolierenden Film-Spacer exponierenden Schutzschichtmusters; Bilden einer SEG-Schicht auf dem exponierten Abschnitt der aktiven Region des Halbleitersubstrates; Entfernen des Schutzschichtmusters; Bilden einer Source/Drain-Region, die eine schmale hochdotierte Source/Drain-Region (schmale SID-Region) und eine tiefe hochdotierte Source/Drain-Region (tiefe SID-Region) durch Ionenimplantation von hochkonzentrierten Störstellen umfasst, wobei die schmale SID-Region unterhalb der SEG-Schicht gebildet wird, und die tiefe SID-Region auf der exponierten aktiven Region, benachbart zu dem Feld-Oxid, wo die SEG-Schicht nicht gebildet ist, gebildet wird. Bilden einer Silizid-Schicht auf der Gate- Elektrode, der SEG-Schicht und der aktiven Region des Halbleitersubstrates.
- Das Schutzschichtmuster kann aus einem oder mehreren Schichten gebildet werden, die aus einer Gruppe aus einer Silizium-Oxid-Schicht, einer Silizium-Nitrid-Schicht, einer Silizium-Nitrid-Schicht, einer Silizium- Oxynitrid-Schicht und Kombinationen derselben gebildet wird.
- Das Schutzschichtmuster lässt einen Abschnitt der LDD-Region exponiert, der sich etwa 0.01 bis 1 µm von dem isolierenden Film-Spacer entfernt.
- Die SEG-Schicht kann eine Dicke von etwa 0.01 bis etwa 0.5 µm aufweisen.
- Die SEG-Schicht kann eine einkristalline Schicht, eine amorphe Silizium- Schicht oder eine Phosphorsilizium-Schicht sein.
- Eine neues Halbleiterbauelement, hergestellt in Übereinstimmung mit den offenbarten Verfahren, wird ebenfalls offenbart.
- Die offenbarten Verfahren können besser verstanden werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, die nur illustrativ sind und daher für die Offenbarung nicht begrenzend aufgefasst werden sollen.
- Die Fig. 1A bis 1C sind Querschnitte, die sequenzielle Schritte eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes darstellen;
- Fig. 2A bis 2D sind Querschnitte, die sequenzielle Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform darstellen.
- Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes in Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen wird nun im Detail mit Bezug auf begleitenden Zeichnungen beschrieben.
- Fig. 2A bis 2D sind Querschnitte, die sequenzielle Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform darstellen. Eine NMOS-Region oder eine PMOS-Region eines CMOS ist dargestellt.
- Als erstes wird gemäß Fig. 2A ein Feld-Oxid 21, welches eine aktive Region definiert, auf einem Halbleitersubstrat 20 gebildet. Ein Gate-Oxid 22 wird auf dem Halbleitersubstrat 20 gebildet. Eine Polysilizium-Schicht (nicht dargestellt) wird auf dem Gate-Oxid 22 gebildet. Hier werden das Gate- Oxid 22 und die Polysilizium-Schicht in den NMOS- und PMOS-Regionen gebildet.
- Anschließend wird die Polysilizium-Schicht unter Verwendung einer Gate- Elektrodenmaske als eine Ätzmaske geätzt, um eine Gate-Elektrode 23 in den NMOS- und PMOS-Regionen zu bilden. Eine erste LDD-Region 24 wird durch Ionenimplantation von niedrig konzentrierten Störstellen-Ionen in das Halbleitersubstrat 20 auf beiden Seiten oder um die Gate-Elektrode 23 herum gebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ionenimplantationsprozess bei einer Dosis von etwa 1 × 1013 bis etwa 1 × 1015 Ionen/cm2 ausgeführt, mit einer Ionenimplantationsenergie, die von etwa 10 bis etwa 50 keV reicht. Die verwendeten Dotierstoffe in dem Ionenimplantationsprozess sind BF2 oder B für PMOS und As oder P für NMOS.
- Anschließend wird ein (nicht dargestellter) Isolationsfilm mit einer vorbestimmten Dicke auf der gesamten Oberfläche gebildet. Ein Isolations-Film- Spacer 25 wird auf den Seitenwänden der Gate-Elektrode 23 durch Ätzen des Isolationsfilmes gebildet.
- Dann wird gemäß Fig. 2B ein Schutzschichtmuster 26 aus dem Schutzfilm durch einen Ätzprozess unter Verwendung einer Maske gebildet, welche die Gate-Elektrode 23, den isolierenden Film-Spacer 25 und die LDD- Region 24 exponiert, so dass das Schutzschichtmuster 26 in einem vorbestimmten Abstand von dem Isolations-Film-Spacer 25 endet. Zu diesem Zeitpunkt exponiert ein Teil des Schutzschicht-Musters 26 einen Teil der LDD-Region 24, definiert durch einen Abstand zwischen etwa 0.01 bis etwa 1 µm Entfernung von dem Isolationsschicht-Spacer 25.
- Anschließend wird weiter gemäß Fig. 2B eine SEG-Schicht 27 auf dem Halbleitersubstrat 20 und der LDD-Region 24 gebildet, exponiert durch das Schutzschichtmuster 26. Die SED-Schicht wird unter Verwendung einer einkristallinen Silizium-Schicht, einer amorphen Silizium-Schicht oder einer Phosphor-Siliziumschicht mit einer Dicke zwischen 0.01 und etwa 0.5 µm gebildet.
- Zusätzlich können anstelle einer SEG-Schicht 27, eine einkristalline SiliziumSchicht, eine amorphe Silizium-Schicht oder eine Phosphor-Silizium- Schicht gebildet durch LPCVD (chemische Dampfabscheidung bei niedrigem Druck) und durch Mustern unter Verwendung einer Maske verwendet werden.
- Als nächstes wird gemäß Fig. 2C das Schutzschichtmuster 26 entfernt. Dann wird eine Source/Drain-Region durch Ionenimplantation hochkonzentrierter Störstellen gebildet. Zu diesem Zeitpunkt umfasst die Source/Drain-Region eine schmale SID-Region 28, die dort gebildet ist, wo die SEG-Schicht 27 gebildet wurde, eine tiefe SID-Region 29, gebildet an dem inneren Rand des Feld-Oxides 21, wo die SEG-Schicht 27 nicht gebildet wurde. Der Ionenimplantationsprozess wird bei einer Dosis zwischen etwa 1 × 1013 bis etwa 1 × 1016 Ionen/cm2 mit einer Energie von etwa 5 bis etwa 60 KeV ausgeführt.
- Anschließend wird gemäß Fig. 2D eine Silicid-Schicht 30 auf dem oberen Abschnitt der Gate-Elektrode 23, der Oberfläche der SEG-Schicht 27 und der aktiven Region des Halbleitersubstrates gebildet. Sogar dann, wenn die Silicid-Schicht 30 tief an dem Rand des Feld-Oxides 21 gebildet wird, wird der Verbindungsleckstrom kaum erhöht.
- Wie zuvor beschrieben kann in der aus einem selbst ausrichtenden Salicid bestehenden Hochgeschwindigkeitsbauelementstruktur sogar dann, wenn die Silicid-Schicht tief in der SID-Region 29 des Substrates 10 gebildet wurde, ein Anstieg des Verbindungsleckstromes verhindert werden, durch Bilden einer tiefen SID-Region 29 an dem Rand des Feld-Oxides 21, und es kann während des Ionenimplantationsprozesses zum Bilden der SID- Regionen 28, 29 das Problem, dass Dotierstoffe die Kanalregion beeinflussen, überwunden werden, was in einer Verminderung des kurzen Kanaleffektes mündet. Zusätzlich wird die Fläche der aktiven Region durch die SEG-Schicht 27 erhöht, um den Widerstand der Silicid-Schicht 30 zu vermindern, wodurch eine Reduzierung in der Größe des Bauelementes und eine Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit des Bauelementes erreicht wird.
- Obwohl die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, ohne den Kern oder die wesentlichen Eigenschaften der Erfindung zu verlassen, sollte klar sein, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht durch irgendwelche Details der oben stehenden Beschreibung beschränkt werden, ohne dass dies woanders spezifiziert worden wäre; vielmehr sollte die Beschreibung als breit innerhalb des durch die anliegenden Ansprüche definierten Schutzbereiches verstanden werden, so dass alle Veränderungen und Modifikationen innerhalb der Ansprüche oder Äquivalente der Ansprüche als innerhalb der Ansprüche liegend aufgefasst werden sollen.
Claims (20)
Bilden eines Feld-Oxides, welches eine aktive Region auf einem Halbleitersubstrat definiert;
Bilden eines Gate-Oxides und einer Gate-Elektrode auf der aktiven Region;
Bilden einer LDD-Region durch Ionenimplantation von niederkonzentrierten Störstellen in der aktiven Region um die Gate-Elektrode herum;
Bilden eines Isolationsschicht-Spacers auf jeder Seitenwand der Gate- Elektrode;
Bilden eines Schutzfilmmusters, welches die Gate-Elektrode, den isolierenden Film-Spacer und einen Abschnitt der aktiven Region benachbart zu dem isolierenden Film-Spacer exponiert;
Bilden einer SEG-Schicht auf einem Teil des exponierten Abschnittes der aktiven Region;
Entfernen des Schutzschichtmusters;
Bilden einer Source/Drain-Region einschließlich einer schmalen SID- Region und einer tiefen SID-Region durch Ionenimplantation einer hohen Konzentration von Störstellen, wobei die schmale SID-Region im wesentlichen unterhalb der SEG-Schicht gebildet wird, und die tiefe SID-Region in dem exponierten Abschnitt des Substrates zwischen dem Feld-Oxid und der SEG-Schicht gebildet wird;
Bilden einer Silicid-Schicht auf der Gate-Elektrode, der SEG-Schicht und zwischen der SEG-Schicht und dem Feldoxid.
Bilden einer Feld-Oxidschicht, die eine aktive Region auf einem Halbleitersubstrat definiert;
Bilden eines Gate-Oxides und einer Gate-Elektrode auf der aktiven Region;
Bilden einer LDD-Region durch Ionenimplantation von niederkonzentrierten Störstellen in der aktiven Region um die Gate-Elektrode herum;
Bilden eines Isolationsschicht-Spacers auf einer Seitenwand der Gate- Elektrode;
Bilden eines Schutzschichtmusters um die Gate-Elektrode herum und lateral beabstandet von dieser und von dem Isolationsschicht-Spacer, so dass das Schutzschichtmuster einen ersten Abschnitt der aktiven Region zwischen dem Isolationsschicht-Spacer und der Feld-Oxid- Schicht exponiert;
Bilden einer SEG-Schicht auf dem ersten Abschnitt der aktiven Region; Entfernen des Schutzschichtmusters so, dass ein zusätzlicher Abschnitt der aktiven Region zwischen dem ersten Abschnitt und der Feld-Oxid- Schicht exponiert wird;
Bilden einer Source/Drain-Region, die eine schmale SID-Region und eine tiefe SID-Region aufweist, durch Ionenimplantation einer hohen Konzentration von Störstellen in die aktive Region; und
Bilden einer Silicid-Schicht auf der Gate-Elektrode, der SEG-Schicht und dem zusätzlichen Abschnitt der aktiven Region.
ein Substrat, beschichtet mit einem Feld-Oxid, welches eine aktive Region definiert,
ein Gate-Oxid auf einem zentralen Abschnitt der aktiven Region und eine Gate-Elektrode auf dem Gate-Oxid, welche einen äußeren Abschnitt der aktiven Region das Gate-Oxid umgebend freilässt, wobei die Gate- Elektrode Seitenwände aufweist,
einen Isolationsschicht-Spacer auf Seitenwänden der Gate-Elektrode, ein LDD, angeordnet zumindest teilweise unterhalb des Isolationsschichts-Spacers und mindestens teilweise unterhalb eines Abschnittes des Gate-Oxides,
eine SEG-Schicht, angeordnet um den Isolationsschicht-Spacer herum und einen ersten inneren Teil des äußeren Abschnittes der aktiven Region abdeckend, jedoch nicht einen zweiten äußeren Teil der exponierten aktiven Region abdeckend, welcher zwischen der SEG-Schicht und dem Feld-Oxid angeordnet ist,
eine schmale SID-Region, angeordnet unterhalb der SEG-Schicht, und eine tiefe SID-Region, angeordnet in dem zweiten äußeren Teil der aktiven Region,
eine Silicid-Schicht, angeordnet auf der Gate-Elektrode, der SEG- Schicht und dem zweiten äußeren Teil der aktiven Region.
ein Substrat, beschichtet mit einem Feld-Oxid, welches eine aktive Region definiert,
ein Gate-Oxid auf einem zentralen Abschnitt der aktiven Region, und eine Gate-Elektrode, angeordnet auf dem Gate-Oxid, wobei ein äußerer Abschnitt der aktiven Region das Gate-Oxid umgebend freibleibt, wobei die Gate-Elektrode Seitenwände aufweist,
einen Isolationsschicht-Spacer, angeordnet auf Seitenwänden der Gate-Elektrode,
ein LDD, angeordnet in der aktiven Region,
eine SEG-Schicht, angeordnet um den Isolationsschicht-Spacer herum und einen ersten inneren Teil des äußeren Abschnittes der aktiven Region abdeckend, jedoch nicht einen zweiten äußeren Teil der aktiven exponierten Region abdeckend, welcher zwischen der SEG-Schicht und dem Feld-Oxid angeordnet ist,
eine schmale SID-Region und eine tiefe SID-Region in der aktiven Region,
eine Silicid-Schicht, angeordnet auf der Gate-Elektrode, der SEG- Schicht und dem zweiten äußeren Teil der aktiven Region.
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