DE10213545B4 - Method for producing an SOI field effect transistor and SOI field effect transistor - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors mit vorgegebenen Transistoreigenschaften, bei dem
• eine lateral begrenzte Schichtenfolge mit einer Gateisolierenden Schicht und einem Gate-Bereich auf einem annähernd undotierten Body einer Dicke von kleiner als 20 nm ausgebildet wird;
• auf zumindest einem Teil der Seitenwände der lateral begrenzten Schichtenfolge eine Abstandshalter-Schicht mit vorgegebener Dicke ausgebildet wird;
• mittels Einbringens von Dotierstoff in zwei Oberflächen-Bereiche neben dem annähernd undotierten Body, an welche die Abstandshalter-Schicht angrenzt, zwei Source-/Drain-Bereiche mit einem vorgegebenen Dotierstoffkonzentrations-Profil ausgebildet werden, wobei die Schichtenfolge und die Abstandshalter-Schicht derart eingerichtet sind, dass sie eine Abschattungsstruktur zum Vermeiden des Einbringens von Dotierstoff in den annähernd undotierten Body zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen bilden;
• wobei mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schicht und mittels Einstellens des Dotierstoffkonzentrations-Profils vorgegebene Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors eingestellt werden.
A method of fabricating a fully depleted thin film SOI field effect transistor having predetermined transistor characteristics, wherein
A laterally limited layer sequence with a gate insulating layer and a gate region is formed on an approximately undoped body of a thickness of less than 20 nm;
A spacer layer with a predetermined thickness is formed on at least a part of the side walls of the laterally limited layer sequence;
• by introducing dopant into two surface areas next to the approximately undoped body, to which the spacer layer adjacent, two source / drain regions are formed with a given dopant concentration profile, wherein the layer sequence and the spacer layer so arranged are that they form a shading structure for avoiding the introduction of dopant into the approximately undoped body between the two source / drain regions;
Wherein preset transistor properties of the fully depleted thin film SOI field effect transistor are adjusted by adjusting the thickness of the spacer layer and adjusting the dopant concentration profile.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines SOI-Feldeffekttransistors und einen SOI-Feldeffekttransistor.The The invention relates to a method for producing an SOI field effect transistor and an SOI field effect transistor.

Für viele Anwendungen der Silizium-Mikroelektronik werden Feldeffekttransistoren benötigt.For many Applications of silicon microelectronics become field effect transistors needed.

In der Schaltungstechnik ist es häufig wünschenswert, in modernen CMOS-Prozessen mehrere unterschiedliche n-MOS-Transistoren und mehrere unterschiedliche p-MOS-Transistoren mit unterschiedlichen Schwellenspannungen zu haben (sogenannte Multi-VT-Technik, wobei VT für die Schwellenspannung des Transistors steht). Für bestimmte Anmeldungen kann es erforderlich sein, Transistoren mit einer besonders hohen Schaltgeschwindigkeit zu haben, wohingegen bei anderen Anwendungen ein minimaler Leckstrom des Transistors angestrebt wird. Kombiniert man die Multi-VT-Technik mit dem Verwenden unterschiedlicher Versorgungsspannungen VDD eines integrierten Schaltkreises (Multi-VDD-/VT-Technik), so kann je nach Schaltaktivität eines bestimmten Transistors eines integrierten Schaltkreises der optimale Spannungshub ausgewählt werden, um eine möglichst große Überhöhung der Gate-Spannung VDD-VT zu erzielen. Beispiele für Transistoren mit derartigen Anforderungen sind Transistoren in Taktschaltungen mit hoher Schaltaktivität, niedrigem Spannungshub und einer niedrigen Schwellenspannung. Bei einem Transistor in einer Taktschaltung ist aufgrund der hohen Aktivität der Leckstrom von geringerer Relevanz, wohingegen die Minimierung der dynamischen Verlustleistung (die von dem Quadrat der Versorgungsspannung VDD abhängt) von primärem Interesse ist. Dagegen ist in Logikschaltungen mit geringerer Aktivität (beispielsweise geringer als 30%) die statische Verlustleistung aufgrund elektrischer Leckströme im ausgeschalteten Zustand von größerer Relevanz, so dass hier Transistoren mit höherer Schwellenspannung vorteilhaft sind. Um die Schaltgeschwindigkeit im aktiven Zustand nicht zu verschlechtern (die Schaltzeit tD ist proportional zu 1/[VDD-VT]) und um eine unerwünschte Reduzierung der Überhöhung der Gate-Spannung zu vermeiden, wird die Versorgungsspannung VDD des Logikblocks entsprechend erhöht.In circuit technology, it is often desirable to have several different n-MOS transistors and several different p-MOS transistors with different threshold voltages in modern CMOS processes (so-called multi-V T technique, where V T for the threshold voltage of the transistor stands). For certain applications, it may be necessary to have transistors with a particularly high switching speed, whereas in other applications a minimum leakage current of the transistor is desired. If the multi-V T technique is combined with the use of different supply voltages V DD of an integrated circuit (multi-V DD / V T technique), then depending on the switching activity of a particular transistor of an integrated circuit, the optimum voltage swing can be selected To achieve the largest possible increase in the gate voltage V DD -V T. Examples of transistors with such requirements are transistors in clock circuits with high switching activity, low voltage swing and a low threshold voltage. For a transistor in a clock circuit, due to the high activity, the leakage current is of less relevance, whereas the minimization of the dynamic power dissipation (which depends on the square of the supply voltage V DD ) is of primary interest. In contrast, in logic circuits with lower activity (for example, less than 30%), the static power dissipation due to electrical leakage currents in the off state of greater relevance, so that here transistors with higher threshold voltage are advantageous. In order not to degrade the switching speed in the active state (the switching time t D is proportional to 1 / [V DD -V T ]) and to avoid an undesirable reduction of the gate voltage overshoot, the supply voltage V DD of the logic block is increased accordingly ,

Eine Übersicht über die Multi-VDD-/VT-Schaltungstechnik, insbesondere im Hinblick auf herkömmliche CMOS-Technologie, findet sich beispielsweise in [1].An overview of the multi-V DD / V T circuit technology, in particular with regard to conventional CMOS technology, can be found, for example, in [1].

Ein zentrales Problem konventioneller, integrierter Schaltkreise ist die zunehmende Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften von MOS-Transistoren ("Metal-Oxide-Semiconductor") mit zunehmender Strukturfeinheit, das heißt Miniaturisierung. Ursache hierfür sind zum Beispiel der Punch-Through Effekt, der Latch-Up Effekt sowie die im Verhältnis zur Transistorgröße überproportional stark anwachsende parasitäre Kapazität zwischen dem Drain-/Source-Gebiet und dem Substrat. Als Punch-Through-Effekt wird ein unerwünschter Stromdurchgriff zwischen benachbarten Transistoren einer Transistor-Anordnung bezeichnet. Als Latch-Up-Effekt ist das Phänomen bekannt, dass ein Transistor des p-Leitungstyps und ein Transistor des n-Leitungstyps bei Unterschreitung eines Mindestabstandes voneinander einen parasitären Thyristor bilden können, an dem ein hoher Zündstrom fließen kann, der eine lokale Zerstörung eines integrierten Halbleiterbauelements bewirken kann.One central problem is conventional integrated circuits the increasing degradation of the electrical properties of MOS transistors ("Metal-Oxide-Semiconductor") with increasing Structural fineness, that is Miniaturization. Cause for this are for example the punch-through effect, the latch-up effect as well as in proportion to transistor size disproportionately strong growing parasitic capacity between the drain / source region and the substrate. As punch-through effect is an unwanted current penetration between adjacent transistors of a transistor arrangement. As a latch-up effect is the phenomenon known that a p-type transistor and a transistor of the n-type conductivity when falling below a minimum distance from each other a parasitic Can form a thyristor, at which a high ignition current can flow a local destruction can cause an integrated semiconductor device.

Bei der SOI-Technologie ("Silicon-on-Insulator"), bei der eine Silizium-Schicht auf einer Siliziumoxid-Schicht auf einem Silizium-Substrat als Grundmaterial zum Ausbilden eines integrierten Schaltkreises verwendet wird, sind die beschriebenen Probleme abgemildert. Insbesondere bei Verwendung einer Silizium-Dünnschicht (z.B. einer Dicke von 20nm) auf einer elektrisch isolierenden Siliziumoxid-Schicht können die beschriebenen Probleme abgemildert werden.at the SOI technology ("Silicon-on-Insulator"), in which a silicon layer on a silicon oxide layer on a silicon substrate as a base material are used to form an integrated circuit are alleviated the problems described. Especially when using a silicon thin film (for example, a thickness of 20nm) on an electrically insulating silicon oxide layer, the be alleviated problems described.

Ferner kann bei Verwendung eines dotierten Substrats das Problem auftreten, dass aufgrund von technologisch bedingten örtlichen Schwankungen der Dotierstoffkonzentrationen eine Variation der Schwellenspannung bei unterschiedlichen Transistoren eines integrierten Schaltkreises auftritt. Dieses Problem ist bei Verwendung eines undotierten Substrats vermieden.Further may be the problem when using a doped substrate that due to technologically conditioned local variations of the dopant concentrations a variation of the threshold voltage at different transistors an integrated circuit occurs. This problem is with Use of an undoped substrate avoided.

Verwendet man jedoch eine dünne undotierte Silizium-Schicht als Basisschicht zum Ausbilden eines Feldeffekttransistors, so ist es nicht möglich, die Schwellenspannung des Feldeffekttransistors mittels Einstellens der Dotierung des Kanal-Bereichs zu verändern. In diesem Fall kann die Schwellenspannung eines Feldeffekttransistors mittels Festlegens der Austrittsarbeit des Materials des Gate-Bereichs festgelegt werden. In diesem Fall ist für jeden Transistortyp (Niedrigenergie-Transistor bzw. Hochleistungs-Transistor, p-MOS-Transistor bzw. n-MOS-Transistor) jeweils ein separates Gate-Material erforderlich, wobei mittels Auswählens des Gate-Materials die Schwellenspannung des jeweiligen Transistors definiert ist.used but a thin one undoped silicon layer as a base layer for forming a Field effect transistor, so it is not possible, the threshold voltage the field effect transistor by adjusting the doping of Change channel area. In this case, the threshold voltage of a field effect transistor by setting the work function of the material of the gate region become. In this case is for Each type of transistor (low-power transistor or high-power transistor, p-MOS transistor or n-MOS transistor) each require a separate gate material, wherein by means of selecting of the gate material, the threshold voltage of the respective transistor is defined.

Allerdings kann aus technologischen Gründen die freie Materialauswahl der Gate-Bereiche unterschiedlicher Transistoren eines integrierten Schaltkreises eingeschränkt sein. Ferner ist es aufwändig und daher teuer, bei einem Verfahren zum Herstellen eines integrierten Schaltkreises mit unterschiedlichen Transistoren unterschiedliche Gate-Materialien zu verwenden.However, for technological reasons, the free choice of materials of the gate regions of different transistors of an integrated circuit may be restricted. Furthermore, it is complex and therefore expensive, in a method for producing an integrated circuit with different transistors different gate Ma materials.

Insbesondere bei einer CMOS-Technologie mit Dimensionen unterhalb von 50nm sind Dünnschicht-SOI-Transistoren ("Silicon-on-Insulator") interessant. Wie beispielsweise in [2] angesprochen, sind angesichts der hohen Bauelementvielfalt mehrere unterschiedliche Transistortypen für die Logik in existierenden Prozessen der 130nm Technologie erforderlich. Im Falle von drei unterschiedlichen Transistortypen mit unterschiedlichen Schwellenspannungen (hohe Schwellenspannung, mittlere Schwellenspannung, niedrige Schwellenspannung) sowie bei zwei unterschiedlichen Ladungsträgertypen (n-MOS-Transistor, p-MOS-Transistor) ergeben sich insgesamt sechs unterschiedliche Materialien für den Gate-Bereich. Ein zugehöriger Dünnschicht SOI-CMOS-Prozess erfordert daher einen sehr hohen Prozessaufwand.Especially in a CMOS technology with dimensions below 50nm Thin-film SOI transistors ("Silicon-on-Insulator") interesting. As For example, in [2] are addressed, given the high component diversity several different types of transistors for the logic in existing ones Processes of 130nm technology required. In the case of three different transistor types with different threshold voltages (high threshold voltage, medium threshold voltage, low threshold voltage) as well as with two different types of charge carriers (n-type MOS transistor, p-MOS transistor) result in a total of six different Materials for the gate area. An associated Thin-film SOI-CMOS process required therefore a very high process cost.

In gegenwärtigen CMOS-Technologien wird die Schwellenspannung der dort verwendeten Feldeffekttransistoren in der Regel mittels Dotierens des Kanal-Bereichs eingestellt. Zu solchen Implantationen zählen das Ausbilden von LDD-Bereichen ("Lightly-Doped-Drain"), das Durchführen einer Pocket-Dotierung (lokalisiertes Dotieren des Bereichs zwischen den Source-/Drain-Bereichen bzw. im Kanal-Bereich, wodurch die Empfindlichkeit des Transistors gegenüber technologisch bedingten Schwankungen der Länge des Gate-Bereichs reduziert wird sowie das Ausbilden einer Retrograde-Wanne (anschaulich ein hochdotierter Bereich im Inneren des Substrats zwischen den Source-/Drain-Bereichen). Allerdings sind diese Implantationen technologisch bedingten Schwankungen unterworfen, woraus unerwünschte Schwankungen der Transistoreigenschaften resultieren. Ferner ist insbesondere bei vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Transistoren vor allem bei Technologieknoten mit Strukturdimensionen von weniger als 50nm dieses Verfahren zum Einstellen der Schwellwert-Spannung nicht mehr anwendbar, da der dotierungsabhängige Beitrag zur Schwellenspannung VT dot proportional ist zu q·NA·tSi. Dabei bezeichnet tSi die Dicke der Silizium-Schicht, NA die Dotierstoffkonzentration im Kanal-Bereich sowie q die elektrische Elementarladung. Für tSi < 20nm und NA < 1016cm–3 hat VT dot kaum mehr einen Einfluss auf die Schwellenspannung.In current CMOS technologies, the threshold voltage of the field effect transistors used there is usually adjusted by doping the channel region. Such implantations include forming light-doped-drain (LDD) regions, performing pocket doping (localized doping of the region between the source / drain regions and in the channel region, respectively, thereby increasing the sensitivity of the device) Transistors to technologically induced variations in the length of the gate region is reduced as well as the formation of a retrograde well (vividly a highly doped region in the interior of the substrate between the source / drain regions.) However, these implants are subject to technological variations, which is undesirable Furthermore, especially with completely depleted thin-film SOI transistors, especially with technology nodes with structural dimensions of less than 50 nm, this method for setting the threshold voltage is no longer applicable because the doping-dependent contribution to the threshold voltage V T dot is proportional to q · N A t Si . In this case, t Si denotes the thickness of the silicon layer, N A denotes the dopant concentration in the channel region, and q denotes the electrical elementary charge. For t Si <20nm and N A <10 16 cm -3 , V T dot hardly has any influence on the threshold voltage.

Die Alternative zum Einstellen der Schwellenspannung mittels gezielten Dotierens besteht in der Verwendung mehrerer unterschiedlicher Gate-Materialien für Transistoren mit unterschiedlichen Schwellenspannungen sowie unterschiedlichen Leitungstypen. Allerdings existieren gegenwärtig keine Dünnschicht-SOI-CMOS-Prozesse, die das Ausbilden von MOS-Transistoren mit unterschiedlichen Schwellenspannungen erlauben.The Alternative for setting the threshold voltage by means of targeted Doping involves the use of multiple different gate materials for transistors with different threshold voltages as well as different conductivity types. However, there are currently no thin-film SOI-CMOS processes, the formation of MOS transistors allow with different threshold voltages.

Eine Möglichkeit zum Einstellen der Transistoreigenschaften in der SOI-Technologie ist das Verwenden von Transistoren mit unterschiedlichen Längen des Gate-Bereichs, da auch die Länge des Gate-Bereichs einen maßgeblichen Einfluss auf die Schwellenspannung eines Feldeffekttransistors hat. Eine ausreichend exakte Einstellbarkeit der Schwellenspannung von Transistoren mittels Einstellens der Länge des Gate-Bereichs setzt eine ausreichend gute Auflösung einer Maskierungstechnik voraus.A possibility for adjusting the transistor properties in SOI technology is the use of transistors with different lengths of the Gate area, as well as the length of the gate area a significant Influence on the threshold voltage of a field effect transistor has. A sufficiently precise adjustability of the threshold voltage of transistors by adjusting the length of the gate region sets a sufficiently good resolution Masking technique ahead.

In 1A ist ein SOI-Feldeffekttransistor 100 einer Technologie mit einer minimal erreichbaren Strukturdimension von F = 150nm gezeigt. Der SOI-Transistor 100 weist ein Silizium-Substrat 101, eine auf dem Silizium-Substrat 101 angeordnete Siliziumdioxid-Schicht 102 und eine auf der Siliziumdioxid-Schicht 102 angeordnete undotierte Silizium-Schicht 103 auf. Die Schichten 101 bis 103 bilden eine SOI-Schicht. In einem ersten Oberflächenbereich der undotierten Silizium-Schicht 103 ist ein erster Source-/Drain-Bereich 106 implantiert, in einem zweiten Oberflächenbereich der undotierten Silizium-Schicht 103 ist ein zweiter Source-/Drain-Bereich 107 implantiert. Ein Bereich zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen 106, 107 der undotierten Silizium-Schicht 103 bildet den Kanal-Bereich 108. In 1A ist die laterale Ausdehnung des Gate-Bereichs 104 durch die kleinste in der Technologiegeneration erreichbare Strukturdimension F = 150nm bestimmt. Ein typischer Wert für die Ungenauigkeit beim Strukturieren ist in 1A mit ΔF bezeichnet. Mit den gegenwärtig existierenden besten Strukturierungsverfahren (Elektronenstrahl-Lithographie) ist eine Genauigkeit von ungefähr ΔF = ±20nm erreichbar.In 1A is an SOI field effect transistor 100 a technology with a minimum achievable structural dimension of F = 150nm shown. The SOI transistor 100 has a silicon substrate 101 , one on the silicon substrate 101 arranged silicon dioxide layer 102 and one on the silicon dioxide layer 102 arranged undoped silicon layer 103 on. The layers 101 to 103 form an SOI layer. In a first surface area of the undoped silicon layer 103 is a first source / drain region 106 implanted in a second surface area of the undoped silicon layer 103 is a second source / drain region 107 implanted. An area between the two source / drain areas 106 . 107 the undoped silicon layer 103 forms the channel area 108 , In 1A is the lateral extent of the gate region 104 determined by the smallest structure dimension F = 150nm achievable in the technology generation. A typical value for inaccuracy in structuring is in 1A denoted by ΔF. With the currently existing best structuring methods (electron beam lithography), an accuracy of approximately ΔF = ± 20 nm can be achieved.

In 1B ist ein Feldeffekttransistor 110 einer Technologiegeneration gezeigt, in der die minimal erreichbare Strukturdimension F = 50nm ist. Nimmt man die gegenwärtig bestenfalls erreichte Auslösung ΔF = 20nm an, so ist erkennbar, dass mit herkömmlichen Maskierungstechniken bei angestrebten Technologiegenerationen von 50nm und weniger die Unsicherheiter bei der Genauigkeit der Maske zu groß sind, um mit ausreichender Genauigkeit die Länge des Gate-Bereichs bzw. die Länge des Kanal-Bereichs einzustellen. Die relative Genauigkeit beim Einstellen der Länge des Gate-Bereichs in einer Technologiegeneration mit F = 50nm und einer Unsicherheit ΔF = 20nm beträgt 40%.In 1B is a field effect transistor 110 a technology generation in which the minimum achievable structural dimension F = 50nm. Assuming the currently best achieved triggering ΔF = 20nm, it can be seen that with conventional masking techniques at target technology generations of 50nm and less, the uncertainty in the mask's accuracy is too great to adequately control the gate area length or accuracy. to set the length of the channel area. The relative accuracy in setting the length of the gate region in a technology generation with F = 50nm and uncertainty ΔF = 20nm is 40%.

Daher ist bei weiter abnehmenden Strukturdimensionen mit herkömmlicher Maskierungstechnik die Schwellenspannung eines Transistors mittels Einstellens der Länge des Gate-Bereichs mit befriedigender Genauigkeit nicht einstellbar. Darüber hinaus ist der Kostenaufwand bei der Verwendung von Masken sehr groß. Ferner nimmt die Herstellungszeit von Transistoren bei feiner werdenden Masken immer mehr zu.Therefore, as the structure dimensions of conventional masking techniques continue to decrease, the threshold voltage of a transistor can not be adjusted by adjusting the length of the gate region with satisfactory accuracy. In addition, the cost of using masks is very large. Furthermore, the manufacturing time of transistors in fine becoming masks in more to.

[3] offenbart ein Verfahren zum Justieren einer Schwellenspannung für eine Halbleiter-Vorrichtung auf einem SOI-Substrat, bei dem nach der Ausbildung einer Gate-Struktur eine Schwellenspannungs-Justier-Implantation durchgeführt wird, um die Diffusion von implantiertem Dotierstoff zu reduzieren.[3] discloses a method for adjusting a threshold voltage for a semiconductor device on an SOI substrate in which after the formation of a gate structure a threshold voltage adjustment implantation is performed, to reduce the diffusion of implanted dopant.

[4] offenbart einen Überblick über Silicon-on-Insulator-Bauelemente und ihre Besonderheiten, wobei unter anderem auf die Eigenschaften von vollständig verarmten und teilweise verarmten SOI-Feldeffekttransistoren eingegangen wird. Es wird ferner ausgeführt, dass die Schwellenspannung von SOI- Transistoren zum Beispiel durch eine rückseitig angelegte Spannung oder durch ein Ansteuern von Hilfstransistoren beeinflusst werden kann.[4] discloses an overview of silicone-on-insulator devices and theirs Special features, taking, inter alia, the properties of completely impoverished and partially depleted SOI field effect transistors is received. It is further stated that the threshold voltage of SOI transistors, for example by a on the back applied voltage or by driving auxiliary transistors can be influenced.

[5] offenbart eine Halbleitereinrichtung, bei der an einem Randabschnitt einer Feldabschirm-Gateelektrode unter einer Seitenwand-Oxidschicht eine Feldabschirm-Gateoxidschicht dicker ist. Weiterhin wird ein Verfahren für die Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit einer Feldabschirm-Isolationsstruktur offenbart, bei welchem eine SOI-Schicht in einen NMOS-Transistorerzeugungsbereich und einen PMOS-Transistorerzeugungsbereich unterteilt wird.[5] discloses a semiconductor device in which at an edge portion a field shield gate electrode under a sidewall oxide layer a field shield gate oxide layer is thicker. Furthermore, a Procedure for the production of a semiconductor device with a field shield insulation structure discloses in which an SOI layer in an NMOS transistor generation region and a PMOS transistor generation region is divided.

[6] offenbart ein SOI-Bauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung, bei denen der Effekt eines potentialungebundenen Körpers verringert ist. Während des Verfahrens werden auf einer Halbleiterschicht eine erste Gateelektrode für einen NMOS-Transistor sowie eine zweite Gateelektrode für einen PMOS-Transistor ausgebildet, wobei die Gateelektroden aus dotiertem Polysizilium hergestellt werden.[6] discloses an SOI device and a method for its manufacture, where the effect of a potential-free body is reduced is. While of the method become a first gate electrode on a semiconductor layer for an NMOS transistor and a second gate electrode for a PMOS transistor is formed, wherein the gate electrodes made of doped polysizilium become.

[7] offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Bipolartransistoren und MOS-Transistoren auf einem Dünnfilm-SOI-Substrat. Bei dem Verfahren wird ein SOI-Wafer in einen Bipolartransistor-Bereich und einen MOS-Transistor-Bereich unterteilt, ein Bipolartransistor wird in dem Bipolartransistor-Bereich gebildet, und MOS-Transistoren werden dem MOS-Transistor-Bereich gebildet.[7] discloses a method of fabricating bipolar transistors and MOS transistors on a thin film SOI substrate. at The method is an SOI wafer in a bipolar transistor region and dividing a MOS transistor region becomes a bipolar transistor formed in the bipolar transistor region, and MOS transistors are formed in the MOS transistor region.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, eine Transistoreigenschaft eines SOI-Feldeffekttransistors mit ausreichender Genauigkeit und mit vertretbarem Aufwand zu justieren.Of the The invention is based on the problem of creating a possibility Transistor property of an SOI field effect transistor with sufficient accuracy and reasonable effort to adjust.

Das Problem wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors mit vorgebbaren Transistoreigenschaften und durch einen vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor mit vorgebbaren Transistoreigenschaften mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.The Problem is solved by a method of fabricating a fully depleted thin film SOI field effect transistor with definable transistor properties and by a completely depleted Thin-film SOI field effect transistor with definable transistor characteristics with the features according to the independent claims.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors mit vorgebbaren Transistoreigenschaften wird eine lateral begrenzte Schichtenfolge mit einer Gate-isolierenden Schicht und einem Gate-Bereich auf einem annähernd undotierten Body einer Dicke von kleiner als 20 nm ausgebildet. Ferner wird zumindest auf einem Teil der Seitenwände der lateral begrenzten Schichtenfolge eine Abstandshalter-Schicht mit vorgegebener Dicke ausgebildet. Darüber hinaus werden mittels Einbringens von Dotierstoff in zwei Oberflächenbereiche neben dem annähernd undotierten Body, an welche die Abstandshalter-Schicht angrenzt, zwei Source-/Drain-Bereiche mit einem vorgegebenen Dotierstoffkonzentrations-Profil ausgebildet, wobei die Schichtenfolge und die Abstandshalter-Schicht derart eingerichtet sind, dass sie eine Abschattungsstruktur zum Vermeiden des Einbringens von Dotierstoff in den annähernd undotierten Body zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen bilden. Mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schicht und mittels Einstellens des Dotierstoffkonzentrations-Profils werden vorgegebene Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors eingestellt.According to the inventive method for Make a complete depleted thin film SOI field effect transistor with definable transistor properties becomes a laterally limited layer sequence with a gate insulating layer and a gate region on one nearly undoped body formed a thickness of less than 20 nm. Furthermore, at least on a part of the side walls of the laterally limited Layer sequence a spacer layer with a predetermined thickness educated. About that In addition, by incorporating dopant into two surface areas next to the approximate undoped body to which the spacer layer abuts, two source / drain regions formed with a given dopant concentration profile, wherein the layer sequence and the spacer layer are set up in this way are that they have a shading structure to avoid the introduction of dopant in the approximate Undoped body between the two source / drain areas form. By adjusting the thickness of the spacer layer and by means Adjusting the dopant concentration profile will be default Transistor properties of the fully depleted thin film SOI field effect transistor set.

Der erfindungsgemäße vollständig verarmte Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor mit vorgebbaren Transistoreigenschaften weist eine lateral begrenzte Schichtenfolge mit einer Gateisolierenden Schicht und einem Gate-Bereich auf einem annähernd undotierten Body einer Dicke von kleiner 20 nm auf. Ferner hat der vollständig verarmte Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor eine Abstandshalter-Schicht einer vorgebbaren Dicke auf zumindest einem Teil der Seitenwände der lateral begrenzten Schichtenfolge sowie zwei Source-/Drain-Bereiche in zwei Oberflächenbereichen neben dem annähernd undotierten Body, an welchen die Abstandshalter-Schicht angrenzt, mit einem vorgebbaren Dotierstoffkonzentrations-Profil. Die Schichtenfolge und die Abstandshalter-Schicht sind derart eingerichtet, dass sie eine Abschattungsstruktur zum Vermeiden des Einbringens von Dotierstoff in den annähernd undotierten Body zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen während des Herstellens des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors bilden. Mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schicht und mittels Einstellens des Dotierstoffkonzentrations-Profils werden vorgegebene Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors eingestellt.Of the Fully depleted thin film SOI field effect transistor according to the invention with definable transistor properties has a laterally limited Layer sequence with a gate insulating layer and a gate region on an approximate undoped body of a thickness of less than 20 nm. Furthermore, the Completely depleted thin film SOI field effect transistor a spacer layer of a predetermined thickness on at least one Part of the side walls the laterally limited layer sequence and two source / drain regions in two surface areas next to the almost undoped Body, which adjoins the spacer layer, with a predeterminable Dopant concentration profile. The layer sequence and the spacer layer are arranged to provide a shading structure for Avoiding the introduction of dopant in the approximately undoped Body between the two source / drain areas during the Manufacturing the complete depleted thin film SOI field effect transistor form. By adjusting the thickness of the spacer layer and by means Adjusting the dopant concentration profile will be default Transistor properties of the fully depleted thin film SOI field effect transistor set.

Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, eine Transistoreigenschaft (z.B. die Schwellenspannung) eines SOI-Feldeffekttransistors mittels Einstellens der Dicke einer Seitenwand-Abstandshalter-Schicht und mittels Justierens des Dotierstoffkonzentrations-Profils der Source-/Drain-Bereiche vorzugeben. Erfindungsgemäß ist es ermöglicht, die Länge des Gate-Bereichs mittels eines Abscheide-Verfahrens mit einer Genauigkeit im Angstrom-Bereich zu definieren. Aus dem Stand der Technik bekannte Probleme (z.B. Schwankungen der Dotierstoffkonzentration im Substrat, aufwendiges Verwenden einer Vielzahl unterschiedlicher Gate-Materialien, etc.) sind vermieden.A basic idea of the invention is to specify a transistor characteristic (eg, the threshold voltage) of an SOI field effect transistor by adjusting the thickness of a sidewall spacer layer and adjusting the dopant concentration profile of the source / drain regions. According to the invention, it is possible to define the length of the gate region by means of a deposition method with an accuracy in the Angstrom range. Problems known from the prior art (eg fluctuations in the dopant concentration in the substrate, complicated use of a multiplicity of different gate materials, etc.) are avoided.

Es ist erfindungsgemäß ermöglicht, eine Schaltkreis-Anordnung auf einem SOI-Substrat auszubilden, bei der unterschiedliche Transistoren mit unterschiedlichen Transistoreigenschaften (z.B. unterschiedlichen Schwellenspannungen für Hochleistungs- bzw. Niedrigenergieanwendungen) ausbildbar sind, indem eine Abstandshalter-Schicht auf einer lateral begrenzten Schichtenfolge aus Gate-Bereich und Gateisolierender Schicht aufgebracht werden. Bei einer anschließenden Dotierung fungiert die Anordnung aus lateral begrenzter Schichtenfolge und Abstandshalter-Schicht als Abschattungsstruktur und verhindert ein Dotieren des Bereichs zwischen den Source-/Drain-Bereichen. Da die Länge des Kanal-Bereichs unmittelbar von der Dicke der Abstandshalter-Schicht abhängt, ist ein exaktes Einstellen von Transistoreigenschaften, die mit diesen geometrischen Eigenschaften korreliert sind, ermöglicht.It is possible according to the invention to form a circuit arrangement on an SOI substrate at the different transistors with different transistor properties (e.g., different threshold voltages for high power and low power applications, respectively) are formed by placing a spacer layer on a lateral limited layer sequence of gate region and gate insulation Layer are applied. In a subsequent doping acts the Arrangement of laterally limited layer sequence and spacer layer as shading structure and prevents doping of the area between the source / drain regions. Because the length of the channel area is immediate depends on the thickness of the spacer layer is an exact setting of transistor properties associated with these geometric properties correlated allows.

Insbesondere ist anzumerken, dass bei Verwendung eines Abscheide-Verfahrens (z.B. Atomic Layer Deposition) zum Ausbilden der Abstandshalter-Schicht deren Dicke mit einer Genauigkeit von wenigen Angstrom eingestellt werden kann, wohingegen die Genauigkeit einer Maskierungstechnik in der Größenordnungen von 20nm liegt. Dadurch ist eine wesentlich verbesserte Einstellbarkeit der Gate-Länge erfindungsgemäß realisiert. Die Reichweite des Unterdiffundierens von Dotierstoff in den undotierten Kanal-Bereich ist mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schicht und der Parameter beim Dotieren (Art des Dotierstoffs, Auswählen und Einstellen der Parameter des Dotier-Verfahrens) steuerbar.Especially It should be noted that using a deposition process (e.g. Atomic Layer Deposition) for forming the spacer layer whose thickness is set with an accuracy of a few Angstrom whereas the accuracy of a masking technique in the orders of magnitude of 20nm lies. This is a much improved adjustability the gate length realized according to the invention. The range of underdiffusion of dopant in the undoped Channel area is by adjusting the thickness of the spacer layer and the parameter of doping (type of dopant, selecting and setting the parameter of the doping method) controllable.

Das Abscheiden eines Abstandshalters ist kostengünstiger als das Verwenden feiner Masken.The Depositing a spacer is more cost effective than using a finer one Masks.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Verwenden von mehr als zwei unterschiedlichen Materialien (p-Typ, n-Typ) für die Gate-Bereiche vermieden. Für jede gewünschte Dicke einer Abstandshalter-Schicht ist lediglich eine zusätzlich Maske erforderlich, um einen Feldeffekttransistor mit einer vorgegebenen Schwellenspannung herzustellen. Bei einer Verwendung einer verarmten, dass heißt undotierten Silizium-Schicht, in die der Transistor integriert wird, sind aufwendige Implantationen im Kanal-Gebiet (LDD-Bereiche, Pocket-Dotierung, Retrograde-Wanne) entbehrlich.at the method according to the invention is using more than two different materials (p-type, n-type) for avoided the gate areas. For any desired Thickness of a spacer layer is merely an additional mask required to form a field effect transistor with a given Establish threshold voltage. When using an impoverished, that means undoped silicon layer, in which the transistor is integrated, are complex implants in the channel area (LDD areas, pocket doping, retrograde trough) dispensable.

Es wird ein undotiertes Substrat verwendet, so dass die bei herkömmlichen CMOS-Technologien anfallenden Probleme aufgrund einer statistisch schwankenden Dotierstoffkonzentration vermieden sind. Auch ist ein aufwändiges Dotier-Verfahren vermieden. Als (im Wesentlichen) undotiert kann ein Substrat auch dann angesehen werden, wenn es eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die erheblich geringer ist als eine in der herkömmlichen CMOS-Technologie verwendete Dotierstoffkonzentration von typischerweise 1019cm–3.An undoped substrate is used so that the problems associated with conventional CMOS technologies are avoided due to a statistically varying dopant concentration. Also, a complex doping process is avoided. A (substantially) undoped substrate may also be considered as having a dopant concentration that is significantly less than a dopant concentration typically 10 19 cm -3 used in conventional CMOS technology.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die vorgegebene Transistoreigenschaft kann die Länge des Kanal-Bereichs zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen, die Schwellenspannung, die Leckstrom-Charakteristik, der Maximal-Strom oder eine Transistor-Kennlinie sein. Die Transistoreigenschaft kann erfindungsgemäß mittels Einstellens des Dotierstoffkonzentrations-Profils bzw. mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schicht eingestellt werden.The given transistor property can be the length of the channel area between the two source / drain regions, the threshold voltage, the leakage current characteristic, be the maximum current or a transistor characteristic. The transistor property can according to the invention by means Adjusting the dopant concentration profile or by adjusting the thickness of the spacer layer can be adjusted.

Die Dicke der Abstandshalter-Schicht kann eingestellt werden, indem die Abstandshalter-Schicht unter Verwendung eines Chemischen Gasphasenabscheide-Verfahrens (CVD-Verfahren, "Chemical Vapour Deposition") oder eines Atomic Layer Deposition-Verfahrens (ALD-Verfahren) ausgebildet wird. Insbesondere bei dem ALD-Verfahren ist es möglich, eine Dicke einer abzuscheidenden Schicht bis auf eine Genauigkeit einer Atomlage, dass heißt bis auf wenige Angstrom genau einzustellen. Die hohe Genauigkeit beim Einstellen der Dicke der Abstandshalter-Schicht bewirkt eine hohe Genauigkeit beim Einstellen der Transistoreigenschaft.The Thickness of the spacer layer can be adjusted by the spacer layer using a chemical vapor deposition method (CVD method, "Chemical Vapor Deposition ") or an atomic layer deposition method (ALD method) becomes. In particular, in the ALD method, it is possible a Thickness of a layer to be deposited to the accuracy of one Atomic layer that means set exactly to a few Angstrom. The high accuracy in adjusting the thickness of the spacer layer causes a high accuracy in setting the transistor characteristic.

Die beiden Source-/Drain-Bereiche werden vorzugsweise unter Verwendung eines Ionenimplantations-Verfahrens oder eines Diffusions-Verfahrens ausgebildet, wobei das Dotierstoffkonzentrations-Profil mittels Auswählens der Art, der Konzentration und/oder der Diffusionseigenschaften der Dotierstoffe eingestellt wird.The both source / drain regions are preferably used an ion implantation process or a diffusion process, wherein the dopant concentration profile is selected by selecting the Type, concentration and / or diffusion properties of Dopants is set.

Die Transistoreigenschaften des SOI-Feldeffekttransistors können alternativ mittels Auswählens des Materials des Gate-Bereichs, der Dotierstoffkonzentration des Substrats und/oder des Dotierstoffprofils des Substrats eingestellt werden.The Transistor characteristics of the SOI field effect transistor may alternatively by selecting the Material of the gate area, the dopant concentration of the substrate and / or the dopant profile of the substrate.

Dadurch stehen weitere Parameter zur Verfügung, mittels derer die Transistoreigenschaften einstellbar sind.As a result, other parameters are available, by means of which the transistor properties are adjustable.

Insbesondere kann das Dotierstoffprofil des Substrats unter Verwendung einer Pocket-Dotierung und/oder Retrograde-Wanne eingestellt werden.Especially For example, the dopant profile of the substrate can be determined using a Pocket doping and / or Retrograde tub can be adjusted.

Ferner kann ein zweiter SOI-Feldeffekttransistor gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des SOI-Feldeffekttransistors auf und/oder in dem Substrat ausgebildet werden, wobei die Transistoreigenschaften des zweiten SOI-Feldeffekttransistors unterschiedlich von jenen des SOI-Feldeffekttransistors eingestellt werden. Eine solche Notwendigkeit kann sich z.B. in einem Halbleiter-Speicher ergeben, da die Anforderungen an Transistoren in dem Logikbereich eines Speichers bzw. in dem Speicherbereich eines Speichers stark unterschiedlich sind.Further a second SOI field effect transistor according to the inventive method for Producing the SOI field effect transistor be formed on and / or in the substrate, wherein the transistor properties of the second SOI field effect transistor different from those of the SOI field effect transistor can be adjusted. Such a necessity can be e.g. in a semiconductor memory, given the requirements to transistors in the logic region of a memory or in the Memory area of a memory are very different.

Die unterschiedlichen Transistoreigenschaften des SOI-Feldeffekttransistors und des zweiten SOI-Feldeffekttransistors resultieren vorzugsweise einzig aus einer unterschiedlichen Dicke der Abstandshalter-Schicht. Mit anderen Worten kann für die Transistoren mit unterschiedlichen Transistoreigenschaften insbesondere dasselbe Gate-Material verwendet werden, was eine erheblich vereinfachte Prozessierung zur Folge hat.The different transistor properties of the SOI field effect transistor and the second SOI field effect transistor preferably result solely from a different thickness the spacer layer. In other words, for the transistors in particular the same with different transistor properties Gate material can be used, resulting in significantly simplified processing entails.

Ferner kann ein dritter SOI-Feldeffekttransistor gemäß dem Verfahren zum Herstellen des SOI-Feldeffekttransistors in und/oder auf dem Substrat ausgebildet werden, wobei die Transistoreigenschaften des dritten SOI-Feldeffekttransistors analog eingestellt werden wie diejenigen des SOI-Feldeffekttransistors. Die Leitungstypen des SOI-Feldeffekttransistors und des dritten SOI-Feldeffekttransistors sind zueinander komplementär. Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß sowohl ein p-MOS-Transistor als auch ein n-MOS-Transistor ausgebildet werden.Further For example, a third SOI field effect transistor according to the method of manufacturing of the SOI field effect transistor formed in and / or on the substrate be, wherein the transistor characteristics of the third SOI field effect transistor be set analogous to those of the SOI field effect transistor. The line types of the SOI field effect transistor and the third SOI field effect transistor complementary to each other. In other words, according to the invention, both a p-MOS transistor and an n-MOS transistor can be formed.

Dies trägt den Bedürfnissen der Silizium-Mikroelektronik Rechnung, Transistoren beider Leitungstypen auf einen integrierten Schaltkreis zu haben.This wear that needs the silicon microelectronics bill, transistors of both conductivity types to have an integrated circuit.

Die Gate-Bereiche des SOI-Feldeffekttransistors und des zweiten SOI-Feldeffekttransistors bzw. des SOI-Feldeffekttransistors, des zweiten SOI-Feldeffekttransistors und des dritten SOI-Feldeffekttransistors können aus dem gleichen Material hergestellt werden. Dies vereinfacht die Prozessführung und verringert die Kosten.The Gate regions of the SOI field effect transistor and the second SOI field effect transistor or the SOI field effect transistor, the second SOI field effect transistor and the third SOI field effect transistor can be made of the same material. This simplifies the Litigation and reduces costs.

Das Material der Gate-Bereiche weist vorzugsweise einen Wert der Austrittsarbeit aus, der im Wesentlichen gleich dem arithmetischen Mittelwert der Werte der Austrittsarbeit von stark p-dotiertem Polysilizium (p+-Polysilizium) und stark n-dotiertem Polysilizium (n+-Polysilizium) ist. In diesem Fall spricht man von einem sogenannten „Mid-Gap"-Gate. n+-Polysilizium weist eine Austrittsarbeit von ungefähr 4,15eV (Elektronenvolt) auf, p+-Polysilizium weist eine Austrittsarbeit von ungefähr 5,27eV auf. Sowohl für einen n-Typ-Feldeffekttransistors als auch für einen p-Typ-Feldeffekttransistor ist daher ein Gate-Material mit einer Bandlücke zwischen den beiden genannten Werten geeignet, beispielsweise Wolfram, Tantal, Titannitrid oder p+-dotiertes Germanium.The material of the gate regions preferably has a work function value substantially equal to the arithmetic mean of the work function values of highly p-doped polysilicon (p + polysilicon) and heavily n-doped polysilicon (n + polysilicon) , In this case, one speaks of a so-called "mid-gap" gate. N + polysilicon has a work function of about 4.15 eV (electron volts), p + polysilicon has a work function of about 5.27 eV Therefore, a n-type field-effect transistor as well as a p-type field-effect transistor is suitable as a gate material with a band gap between the two mentioned values, for example tungsten, tantalum, titanium nitride or p + -doped germanium.

Weiter vorzugsweise weist das Material des Gate-Bereichs eine Austrittsarbeit zwischen 4,45eV und 4,95eV auf.Further Preferably, the material of the gate region has a work function between 4.45eV and 4.95eV.

Vorzugsweise werden die Transistoreigenschaften des SOI-Feldeffekttransistors und des zweiten SOI-Feldeffekttransistors derart eingestellt, dass einer der beiden SOI-Feldeffekttransistoren auf einen geringen Leckstrom und der andere auf eine geringe Schwellenspannung optimiert ist. So ist es für einen Transistor in einem Taktschaltkreis vorteilhaft ermöglicht, dass dieser auf eine. hohe Schaltgeschwindigkeit und daher auf eine geringe Schwellenspannung optimiert ist. Dagegen kann auf einfache Weise ein Transistor in einem Speicherbereich derart eingerichtet sein, dass er eine gespeicherte Information dauerhaft aufrecht erhält und daher einen geringeren Leckstrom aufweist.Preferably become the transistor properties of the SOI field effect transistor and the second SOI field effect transistor set such that one of the two SOI field effect transistors to a low leakage current and the other to a low threshold voltage is optimized. So it is for advantageously allows a transistor in a clock circuit that this on one. high switching speed and therefore to one low threshold voltage is optimized. In contrast to simple Way a transistor in a memory area set up such be that he sustained stored information permanently and therefore has a lower leakage current.

Ferner kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens ein SOI-Feldeffekttransistor als Vertikal-Transistor, als Transistor mit mindestens zwei Gate-Anschlüssen (Doppel-Gate-Transistor) oder als Fin-FET (Fin-Feldeffekttransistor) ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Prinzip ist grundsätzlich auf alle Arten von Transistoren anwendbar.Further can according to the method of the invention at least one SOI field effect transistor as a vertical transistor, as a transistor with at least two gate terminals (double gate transistor) or be designed as Fin-FET (fin field effect transistor). The principle of the invention is basically applicable to all types of transistors.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner der zweite SOI-Feldeffekttransistor während des Ausbildens der Source-/Drain-Bereiche des SOI-Feldeffekttransistors mittels einer Schutzschicht vor einem Dotieren geschützt werden. Alternativ oder ergänzend kann der SOI-Feldeffekttransistor während des Ausbildens der Source-/Drain-Bereiche des zweiten SOI-Feldeffekttransistors mittels einer Schutzschicht vor einem Dotieren geschützt werden.According to the inventive method can Furthermore, the second SOI field effect transistor during the formation of the source / drain regions of the SOI field effect transistor by means of a protective layer in front of a Doping protected become. Alternative or supplementary For example, the SOI field effect transistor may be formed during formation of the source / drain regions of the second SOI field effect transistor be protected by a protective layer from doping.

Mindestens einer der SOI-Feldeffekttransistoren kann mindestens eine zusätzliche Abstandshalter-Schicht auf der Abstandshalter-Schicht aufweisen. Mit anderen Worten ist es möglich, mehrere Abstandshalter-Schichten aufeinander auszubilden, wobei die Eigenschaften des zugehörigen Transistors im Wesentlichen durch die Gesamtdicke der Mehrzahl der aufeinander ausgebildeten Abstandshalter-Schichten definiert ist.At least one of the SOI field-effect transistors can be at least one additional Spacer layer on the spacer layer have. In other words, it is possible form a plurality of spacer layers on each other, wherein the properties of the associated Transistors essentially by the total thickness of the majority of defined spacer layers is defined.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für laterale Dünnschicht-SOI-Transistoren mit einem Gate-Anschluss als auch für Doppelgate-MOSFETs, planare Transistoren, vertikale Transistoren oder Transistoren vom Fin-FET-Typ anwendbar.The inventive method is both applicable to gate-connected thin-film lateral SOI transistors as well as to dual-gate MOSFETs, planar transistors, vertical transistors, or fin-FET type transistors.

Ferner lässt sich das Verfahren problemlos auf eine Technologie mit unterschiedlichen Dicken von Gateisolierenden Schichten anwenden. In diesen Fall wird die Bauelementvielfalt durch Transistoren mit unterschiedlich dicken Gate-isolierenden Schichten (Dicke tox) erweitert (sogenannte Multi-VDD-/VT-/tox-Technik).Furthermore, the method can be easily applied to a technology with different thicknesses of gate insulating layers. In this case, the component diversity is extended by transistors with different thickness gate-insulating layers (thickness t ox ) (so-called multi-V DD - / V T - / t ox -Technik).

Erfindungsgemäß wird bei einer vorgegebenen Source-/Drain-Dotierung (vorgebbar ist das Dotierverfahren, die Dotierstoffkonzentration, der Dotierstoff, etc.) und einer festen metallurgischen Länge des Gate-Bereichs die Dicke der Abstandshalter-Schicht variiert. Nimmt man ein Source-/Drain-Dotierprofil mit einer räumlichen Abnahme ΔN/Δy der Dotierstoffkonzentration N in Abhängigkeit vom Dotierort y von 5nm pro Dekade (logarithmisch) an, so ist die effektive Länge des Kanal-Bereichs, die in dem SOI-Feldeffekttransistor mit undotiertem Silizium-Substrat von der Länge des undotierten Silizium-Gebiets abhängt, mittels Einstellens der Länge der Source-/Drain-Dotierungsausläufer einstellbar. Bei einer dünnen Abstandshalter-Schicht ragen die Source-/Drain-Dotierungsausläufer entsprechend weit in das Kanal-Gebiet herein, wodurch die effektive Kanal-Länge verkürzt ist. Dies hat unterschiedliche elektrische Eigenschaften der Transistoren zur Folge, da die Unterschwellenspannung sowie andere Kurzkanaleffekte wie der den Leckstrom (Off-Strom) dominierende Gate-Induced-Drain-Leakage (GIDL) beeinflusst werden. Ein Transistor mit einem dickeren Abstandshalter hat daher bei unveränderter metallurgischer Gate-Länge eine höhere Schwellenspannung sowie einen niedrigeren Leckstrom (Off-Strom) und einen niedrigeren Maximal-Strom (On-Strom) als ein Transistor mit einem dünneren Abstandshalter.According to the invention is at a given source / drain doping (predefinable is the doping method, the dopant concentration, the dopant, etc.) and a fixed metallurgical length of the Gate area, the thickness of the spacer layer varies. takes a source / drain doping profile with a spatial Decrease ΔN / Δy of the dopant concentration N depending on Dop point y of 5nm per decade (logarithmic), so is the effective Length of the Channel area in the SOI field effect transistor with undoped Silicon substrate of length of the undoped silicon region, by adjusting the Length of Source / drain doping foothills adjustable. With a thin one Spacer layers protrude sufficiently well into the source / drain dopant tails Channel area, which shortens the effective channel length. This has different electrical properties of the transistors As a result, the sub-threshold voltage and other short-channel effects such as the off-current dominant gate induced drain leakage (GIDL) are influenced. A transistor with a thicker spacer has therefore unchanged metallurgical gate length a higher one Threshold voltage and lower leakage current (off-current) and a lower maximum current (on-current) than a transistor with a thinner spacer.

Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht in der vereinfachten Einstellung und Optimierung von Transistorparametern mittels präzisen Definierens einer zu dem Gate-Bereich seitlichen Abstandshalter-Schicht unabhängig von der Qualität einer optischen Maske. Auch das Einstellen der Dotiereigenschaften hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Schwellenspannung.A essential idea of the invention is the simplified setting and optimization of transistor parameters by means of precise definition a spacer layer laterally independent of the gate region the quality an optical mask. Also the setting of the doping properties has a significant Influence on the threshold voltage.

Es ist anzumerken, dass Ausgestaltungen des Verfahrens zum Ausbilden eines SOI-Feldeffekttransistors mit vorgebbaren Transistoreigenschaften auch für den erfindungsgemäßen SOI-Feldeffekttransistor gelten.It It should be noted that embodiments of the method for forming an SOI field effect transistor with specified transistor properties also for the inventive SOI field effect transistor be valid.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the figures and will be discussed below explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1A einen Feldeffekttransistor gemäß dem Stand der Technik, dessen Transistoreigenschaften mittels Einstellens einer Maske definiert sind, 1A a field effect transistor according to the prior art, whose transistor properties are defined by means of setting a mask,

1B einen anderen Feldeffekttransistor gemäß dem Stand der Technik, dessen Transistoreigenschaften mittels Einstellens einer Maske definiert sind, 1B another field effect transistor according to the prior art, whose transistor properties are defined by means of setting a mask,

2A eine schematische Ansicht, die den Zusammenhang zwischen Gate-Länge, Kanal-Länge, Dicke einer Abstandshalter-Schicht und Dotierstoffprofil eines Feldeffekttransistors für eine Niedrigenergieanwendung zeigt, 2A 12 is a schematic view showing the relationship between gate length, channel length, spacer layer thickness and dopant profile of a field effect transistor for a low power application;

2B eine schematische Ansicht, die den Zusammenhang zwischen Gate-Länge, Kanal-Länge, Dicke einer Abstandshalter-Schicht und Dotierstoffprofil eines Feldeffekttransistors für eine Hochleistungsanwendung zeigt, 2 B 12 is a schematic view showing the relationship between gate length, channel length, spacer layer thickness and dopant profile of a field effect transistor for a high power application;

3A ein Diagramm, dass Eingangskennlinien eines Feldeffekttransistors für Niedrigenergieanwendungen zeigt, 3A a diagram showing input characteristics of a field effect transistor for low-power applications,

3B ein Diagramm, dass Ausgangskennlinien eines Feldeffekttransistors für Niedrigenergieanwendungen zeigt, 3B a diagram showing output characteristics of a field effect transistor for low-power applications,

4A ein Diagramm, dass Eingangskennlinien eines Feldeffekttransistors für Hochleistungsanwendungen zeigt, 4A a diagram showing input characteristics of a field effect transistor for high power applications,

4B ein Diagramm, dass Ausgangskennlinien eines Transistors für Hochleistungsanwendungen zeigt, 4B a diagram showing output characteristics of a transistor for high power applications,

5A bis 5D Schichtenfolgen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Verfahrens zum Herstellen eines SOI-Feldeffekttransistors mit vorgebbaren Transistoreigenschaften gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 5A to 5D Layer sequences at different times during a method for producing an SOI field effect transistor with predeterminable transistor properties according to a first exemplary embodiment of the invention,

6A bis 6D Schichtenfolgen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Verfahrens zum Herstellen eines SOI-Feldeffekttransistors mit vorgebbaren Transistoreigenschaften gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 6A to 6D Layer sequences at different times during a method for producing a SOI field effect transistor with predeterminable transistor properties according to a second embodiment of the invention,

7 eine Schichtenfolge gemäß einer Alternative zum Ausbilden von Abstandshalter-Schichten gemäß der Erfindung, 7 a layer sequence according to an alternative for forming spacer Schich according to the invention,

8A einen Doppel-Gate-Feldeffekttransistor, 8A a double gate field effect transistor,

8B einen Fin-Feldeffekttransistor, 8B a fin field effect transistor,

8C einen vertikalen Feldeffekttransistor. 8C a vertical field effect transistor.

Im Weiteren sind Komponenten, die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identisch enthalten sind, mit den gleichen Bezugsziffern versehen.in the Further components are those in different embodiments are identical, provided with the same reference numerals.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 2A, 2B der Zusammenhang zwischen der Länge des Kanal-Bereichs eines Feldeffekttransistors, der Länge des Gate-Bereichs bzw. der Gate-isolierenden Schicht, der Dicke einer Abstandshalter-Schicht sowie dem Dotierstoffkonzentrations-Profil beschrieben.In the following, reference is made to 2A . 2 B the relationship between the length of the channel region of a field effect transistor, the length of the gate region or the gate insulating layer, the thickness of a spacer layer and the dopant concentration profile described.

In 2A ist für einen Feldeffekttransistor für Niedrigenergieanwendungen (große Schwellenspannung, kleiner Leckstrom) entlang der horizontalen Achse eine Anordnung von Schichtkomponenten gezeigt, wohingegen entlang der vertikalen Achse in logarithmischer Darstellung die Ortsabhängigkeit der Dotierstoffkonzentration gezeigt ist. Es wird angenommen, dass in einem Oberflächenbereich einer Silizium-Schicht, in welche die Source-/Drain-Bereiche des Feldeffekttransistors implantiert sind, die Dotierstoffkonzentration ausgehend von der Außenseite der Abstandshalter-Schicht in den Kanal-Bereich hinein exponentiell abfällt. Dabei ist angenommen, dass von außen nach innen die Dotierstoffkonzentration in Abständen von jeweils 5nm kontinuierlich um eine Zehnerpotenz abnimmt. Unter dieser Prämisse ist eine 25nm dicke Abstandshalter-Schicht erforderlich, um einen Abfall der Dotierstoffkonzentration des Source-/Drain-Bereichs von 1021cm–3 auf eine Konzentration von 1016cm–3 (dies entspricht einem annähernd undotierten Substrat) zu erzeugen.In 2A For example, for a field effect transistor for low power applications (high threshold voltage, low leakage current) along the horizontal axis, an array of layer components is shown, whereas along the vertical axis in logarithmic representation the location dependence of dopant concentration is shown. It is believed that in a surface region of a silicon layer in which the source / drain regions of the field effect transistor are implanted, the dopant concentration decreases exponentially from the outside of the spacer layer into the channel region. It is assumed that the dopant concentration decreases continuously from outside to inside at intervals of 5 nm each by one order of magnitude. Under this premise, a 25nm spacer layer is required to produce a drop in doping concentration of the source / drain region of 10 21 cm -3 to a concentration of 10 16 cm -3 (this corresponds to an approximately undoped substrate).

In 2A sind die Abstandshalter-Schichten 201, 202 an dem linken bzw. rechten Seitenrand des Gate-Bereichs 203 gezeigt. Die beiden Abstandshalter-Schichten 210, 202 weisen eine Dicke von jeweils 25nm auf. Der Gate-Bereich weist in der obersten Darstellung von 2A eine Breite G = 100nm auf. Infolge der eingestellten Ortsabhängigkeit der Dotierstoffkonzentration ist die Länge des Kanal-Bereichs L = 100nm gleich der Länge des Gate-Bereichs G = 100nm. Der erste Source-/Drain-Bereich 204 und der zweite Source-/Drain-Bereich 205 sind jeweils gebildet aus denjenigen Bereichen der Silizium-Schicht 206, die unterhalb der zugehörigen Abstandshalter-Schicht 201, 202 liegen, sowie durch den links bzw. rechts davon angeordneten Bereich mit einer hohen Dotierstoffkonzentration.In 2A are the spacer layers 201 . 202 at the left or right side edge of the gate area 203 shown. The two spacer layers 210 . 202 have a thickness of 25nm each. The gate area is in the uppermost representation of 2A a width G = 100nm. As a result of the adjusted spatial dependence of the dopant concentration, the length of the channel region L = 100 nm is equal to the length of the gate region G = 100 nm. The first source / drain region 204 and the second source / drain region 205 are each formed from those areas of the silicon layer 206 located below the corresponding spacer layer 201 . 202 lie, and by the left or right of it arranged area with a high dopant concentration.

Wie in 2A gezeigt, weisen der erste Source-/Drain-Bereich 204 und der zweite Source-/Drain-Bereich 205 jeweils zwei Teilabschnitte auf. Dabei entspricht der jeweils äußere Abschnitt einem Bereich des Substrats 206, der von einer Bedeckung mit einer der Abstandshalter-Schichten 201 bzw. 202 frei ist und eine im Wesentlichen homogene Dotierstoffkonzentration aufweist. Dagegen weist der von einer der Abstandshalter-Schichten 201 bzw. 202 bedeckte erste bzw. zweite Source-/Drain-Teilbereich eine stark ortsabhängige (gemäß der schematischen Darstellung von 2A exponentiell ortsabhängige) Dotierstoffkonzentration auf.As in 2A show the first source / drain region 204 and the second source / drain region 205 two subsections each. In this case, the respective outer section corresponds to a region of the substrate 206 that by covering with one of the spacer layers 201 respectively. 202 is free and has a substantially homogeneous dopant concentration. By contrast, that of one of the spacer layers 201 respectively. 202 covered first and second source / drain portion of a highly location-dependent (according to the schematic representation of 2A exponentially location-dependent) dopant concentration.

Wie in den Diagrammen 210, 220, 230, 240 gezeigt, ist mittels Auswählens einer entsprechend kleineren Länge des Gate-Bereichs G auch eine kleinere Länge des Kanal-Bereichs L erreichbar. Jedoch ist die Länge des Kanal-Bereichs L auch von der Dicke der Abstandshalter-Schichten 201, 202 sowie von der räumlichen Abnahme der Dotierstoffkonzentration (hier um eine Dekade je 5nm) abhängig. Daher ist insbesondere mittels Auswählens der Dotierstoffkonzentration sowie der Dicke der Abstandshalter-Schichten 201, 202 ein Niedrigenergie-Feldeffekttransistor mit gewünschter Länge des Kanal-Bereichs und entsprechend hohem Wert der Schwellenspannung ausbildbar. Mit anderen Worten ist mit einer 25nm dicken Abstandshalter-Schicht bei einem Abfall der Dotierstoffkonzentration von 5nm pro Dekade ein Feldeffekttransistor für Niedrigenergieanwendungen erreichbar, bei dem die Länge des Gate-Bereichs der Länge des Kanal-Bereichs entspricht.As in the diagrams 210 . 220 . 230 . 240 By selecting a correspondingly smaller length of the gate region G, a smaller length of the channel region L can also be achieved. However, the length of the channel region L is also dependent on the thickness of the spacer layers 201 . 202 as well as the spatial decrease of the dopant concentration (here by a decade per 5nm) dependent. Therefore, in particular, by selecting the dopant concentration and the thickness of the spacer layers 201 . 202 a low energy field effect transistor with desired length of the channel region and a correspondingly high value of the threshold voltage can be formed. In other words, with a 25nm thick spacer layer, with a drop in dopant concentration of 5nm per decade, a field effect transistor for low power applications is achievable where the length of the gate region is the length of the channel region.

Dagegen ist es bei dem in 2B schematisch gezeigten Transistor für Hochleistungsanwendungen vorteilhaft, dass die Länge des Kanal-Bereichs ausreichend gering ist, um eine kleine Schwellenspannung und daher eine geringe Schaltzeit zu erreichen. Die Dicke der Abstandshalter-Schichten 201, 202 sind in den Diagrammen 250, 260, 270, 280 aus 2B jeweils mit einer Dicke von 10nm gewählt. Für den Abfall der Dotierstoffkonzentration ist dieselbe Annahme getroffen wie in 2A. Wie zum Beispiel in Diagramm 250 gezeigt, ergibt sich aufgrund der Unterdiffusion an beiden Randbereichen des Gate-Bereichs 203 ein Bereich einer Dicke von 15nm unterhalb des Gate-Bereichs, in dem eine Dotierstoffkonzentration von mehr als 1016cm–3 vorliegt. Die Länge des Kanal-Bereichs L ist daher in den Fällen der Diagramme 250, 260, 270, 280 gegenüber der Länge des Gate-Bereichs L um 2·15nm = 30nm verringert. Mittels Wählens der Breite der Abstandshalter-Schichten 201, 202 ist daher bei einer vorgegebenen Länge des Gate-Bereichs die Länge des Kanal-Bereichs einstellbar.In contrast, it is in the in 2 B schematically shown transistor for high performance applications, that the length of the channel region is sufficiently low to achieve a small threshold voltage and therefore a short switching time. The thickness of the spacer layers 201 . 202 are in the diagrams 250 . 260 . 270 . 280 out 2 B each chosen with a thickness of 10nm. For the decrease of the dopant concentration the same assumption is made as in 2A , Like in diagram 250 shown results due to the under-diffusion at both edge regions of the gate region 203 a region of 15nm thickness below the gate region where there is a dopant concentration greater than 10 16 cm -3 . The length of the channel region L is therefore in the cases of the diagrams 250 . 260 . 270 . 280 compared to the length of the gate region L by 2 · 15nm = 30nm reduced. By choosing the width of the spacer layers 201 . 202 Therefore, for a given length of the gate region, the length of the channel region is adjustable.

Aus 2R, 2B ist insbesondere ersichtlich, dass sich die Unterdiffusion bei kleiner werdenden Gate-Längen G zunehmend stark auf die Transistoreigenschaften auswirkt, so dass insbesondere in kommenden Technologiegenerationen eine sehr sensitive Möglichkeit zum Beeinflussen von Transistoreigenschaften geschaffen ist.Out 2R . 2 B In particular, it can be seen that the under-diffusion at smaller who Denden gate lengths G increasingly strongly affects the transistor properties, so that in particular in future technology generations a very sensitive possibility for influencing transistor properties is created.

Im Weiteren werden bezugnehmend auf 3A, 3B Kennlinien eines Feldeffekttransistors für Niedrigenergieanwendungen mit einer Gate-Länge von 100nm und einer Kanal-Länge von 100nm beschrieben. Dies entspricht einer Konfiguration, wie sie dem Diagramm 200 aus 2A entspricht.In the following, reference is made to 3A . 3B Characteristics of a field effect transistor for low-power applications with a gate length of 100nm and a channel length of 100nm described. This corresponds to a configuration as shown in the diagram 200 out 2A equivalent.

In Diagramm 300 aus 3A ist entlang der Abszisse 301 die elektrische Spannung zwischen Gate-Bereich und Source-Bereich (erster Source-/Drain-Bereich) in Volt aufgetragen. Entlang der Ordinate 302 ist in logarithmischer Darstellung der elektrische Strom ID in Ampere am Drain-Bereich (zweiter Source-/Drain-Bereich) aufgetragen. In 3A ist eine erste Kurve 303 eingezeichnet, die einer Spannung VDS zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen von 1,2V entspricht. Ferner entspricht die Kurve 304 einer Spannung VDS = 0,6V. Es ist anzumerken, dass beiden eingezeichneten Kurven 303, 304 lediglich exemplarisch sind, es kann jede andere Spannung zwischen den Source-/Drain-Bereichen angelegt sein. Die in 3A eingezeichneten Kurven werden als Eingangskennlinien des Feldeffekttransistors bezeichnet.In diagram 300 out 3A is along the abscissa 301 the voltage between the gate region and the source region (first source / drain region) is plotted in volts. Along the ordinate 302 is plotted in a logarithmic representation of the electric current I D in amperes at the drain region (second source / drain region). In 3A is a first turn 303 plotted corresponding to a voltage V DS between the two source / drain regions of 1.2V. Furthermore, the curve corresponds 304 a voltage V DS = 0.6V. It should be noted that both plotted curves 303 . 304 By way of example only, any other voltage may be applied between the source / drain regions. In the 3A Plotted curves are referred to as input characteristics of the field effect transistor.

Die im Diagramm 310 aus 3B eingezeichneten dritten und vierten Kurven 313, 314 sind Ausgangskennlinien des Feldeffekttransistors für Niedrigenergieanwendungen mit einer Gate-Länge von 100nm und einer Kanal-Länge von 100nm. Entlang der Abszisse 311 ist die elektrische Spannung zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen VDS in Volt aufgetragen, wohingegen entlang der Ordinate 312 in 3B der elektrische Strom an einem der Source-/Drain-Bereiche (Drain-Bereich) ID in Ampere aufgetragen ist. Die dritte Kurve 313 entspricht einer Spannung zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich (Source-Bereich) und dem Gate-Bereich VGS von 1,2V. Dagegen entspricht die vierte Kurve 314 einer Spannung VGS = 0,6V.The in the diagram 310 out 3B drawn third and fourth curves 313 . 314 are output characteristics of the field effect transistor for low power applications with a gate length of 100nm and a channel length of 100nm. Along the abscissa 311 For example, the voltage between the two source / drain regions V DS is plotted in volts, whereas along the ordinate 312 in 3B the electric current is applied to one of the source / drain regions (drain region) I D in amperes. The third turn 313 corresponds to a voltage between the first source / drain region (source region) and the gate region V GS of 1.2V. In contrast, the fourth curve corresponds 314 a voltage V GS = 0.6V.

Im Weiteren werden bezugnehmend auf 4A Eingangskennlinien und bezugnehmend auf 4B Ausgangskennlinien eines Feldeffekttransistors für Hochleistungsanwendungen mit einer Gate-Länge von 100nm und einer Kanal-Länge von 70nm beschrieben.In the following, reference is made to 4A Input characteristics and referring to 4B Output characteristics of a field effect transistor for high performance applications with a gate length of 100nm and a channel length of 70nm described.

In Diagramm 400 aus 4A sind Transistorkennlinien für unterschiedliche elektrische Spannungen zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen VDS aufgetragen. Entlang der Abszisse 401 ist die Spannung zwischen dem Source-Bereich (erster Source-/Drain-Bereich) und dem Gate-Bereich in Volt aufgetragen, wohingegen entlang der Ordinate 402 des Diagramms 400 der elektrische Strom an einem der beiden Source-/Drain-Bereiche (Drain-Bereich) ID in Ampere logarithmisch aufgetragen ist. Eine erste Kurve 403 entspricht einer Spannung zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen VDS = 1,0V, wohingegen eine zweite Kurve 404 einer Spannung VDS = 0,3V entspricht.In diagram 400 out 4A transistor characteristics are plotted for different electrical voltages between the two source / drain regions V DS . Along the abscissa 401 For example, the voltage between the source region (first source / drain region) and the gate region is plotted in volts, whereas along the ordinate 402 of the diagram 400 the electric current is applied logarithmically to one of the two source / drain regions (drain region) I D in amperes. A first turn 403 corresponds to a voltage between the two source / drain regions V DS = 1.0V, whereas a second curve 404 a voltage V DS = 0.3V corresponds.

In 4B sind Ausgangskennlinien des Feldeffekttransistors aus 4A aufgetragen. Entlang der Abszisse 411 des Diagramms 410 ist die Spannung zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen VDS in Volt aufgetragen, wohingegen. entlang der Ordinate 412 der Strom an einem der beiden Source-/Drain-Bereiche ID in Ampere aufgetragen ist. Eine dritte Kurve 413 zeigt eine Kennlinie, die einer Spannung zwischen dem Gate-Bereich und dem ersten Source-/Drain-Bereich (Source-Bereich) VGS = 1,0V entspricht, wohingegen die vierte Kurve 414 einer Spannung VGS = 0,3V entspricht.In 4B are output characteristics of the field effect transistor off 4A applied. Along the abscissa 411 of the diagram 410 the voltage between the two source / drain regions V DS is plotted in volts, whereas. along the ordinate 412 the current is applied to one of the two source / drain regions I D in amperes. A third turn 413 shows a characteristic corresponding to a voltage between the gate region and the first source / drain region (source region) V GS = 1.0V, whereas the fourth curve 414 a voltage V GS = 0.3V corresponds.

Wie ein Vergleich zwischen 3A und 4A bzw. zwischen 3B und 4B zeigt, sind die Transistorkennlinien als Transistoreigenschaften mittels Aufbringens von unterschiedlich dicken Abstandshalter-Schichten sensitiv einstellbar. Die gezeigten Eingangs- und Ausgangskennlinien des Transistors mit 100nm Gate-Länge einmal als Niedrigenergievariante mit einer Kanal-Länge von 100nm (Abstandshalter der Dicke 25nm) und einmal als Hochleistungsvariante mit einer Kanal-Länge von 70nm (Abstandshalter der Dicke 10nm) zeigt deutliche Unterschiede. Alle anderen Parameter dieser Transistoren sind identisch.Like a comparison between 3A and 4A or between 3B and 4B shows, the transistor characteristics as transistor properties by application of different thickness spacer layers are sensitive adjustable. The shown input and output characteristics of the transistor with 100nm gate length as a low energy variant with a channel length of 100nm (spacers of thickness 25nm) and once as a high performance variant with a channel length of 70nm (spacers of thickness 10nm) shows significant differences. All other parameters of these transistors are identical.

Die Dotierstoffkonzentration der Silizium-Schicht 206 ist jeweils 1016cm–3, die Dicke der Gate-isolierenden Schicht ist 2nm (Siliziumdioxid), die vertikale Dicke der Silizium-Schicht 206 ist 10nm und das Gate-Material ist p+-dotiertes Germanium.The dopant concentration of the silicon layer 206 each is 10 16 cm -3 , the thickness of the gate insulating layer is 2nm (silicon dioxide), the vertical thickness of the silicon layer 206 is 10nm and the gate material is p + -doped germanium.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 5A bis 5D ein Verfahren zum Herstellen eines SOI-Feldeffekttransistors mit vorgebbaren Transistoreigenschaften gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In 5A bis 5D ist jeweils auf der linken Seite ein Feldeffekttransistor für Hochleistungsanforderungen ("High Performance") mit kleiner Schwellenspannung und hohem Leckstrom bzw. auf der rechten Seite ein Transistor für Niedrigenergieanwendungen ("Low Power") mit hoher Schwellenspannung und geringem Leckstrom gezeigt.In the following, reference is made to 5A to 5D a method for producing an SOI field effect transistor with predetermined transistor characteristics according to a first embodiment of the invention described. In 5A to 5D For example, on the left side, a low-threshold, high-leakage, high-performance field effect transistor is shown, and on the right-hand side, a high-threshold, low-leakage transistor, low power low-power transistor.

In 5A sind Schichtenfolgen 500, 510 gezeigt, die einem teilweise hergestellten Transistor in SOI-Technologie entsprechen. Die Schichtenfolgen 500, 510 sind auf demselben SOI-Substrat 501 aus einem Silizium-Substrat 502, einer Siliziumdioxid-Schicht 503 und einer Silizium-Schicht 504 prozessiert. Eine in der linken Hälfte von 5A gezeigte erste lateral begrenzte Schichtenfolge ist aus einer ersten Gate-isolierenden Schicht 505 und aus einem ersten Gate-Bereich 506 aufgebaut. Ferner ist auf den Seitenwänden der ersten lateral begrenzten Schichtenfolge eine erste TEOS-Schutzschicht 507 (Tetra Ethyl Ortho Silicate) aufgebracht. Diese dient zum elektrischen und mechanischen Entkoppeln der ersten lateral begrenzten Schichtenfolge von der Umgebung. Eine in der rechten Hälfte von 5A gezeigte zweite lateral begrenzte Schichtenfolge ist aus einer zweiten Gateisolierenden Schicht 511, einem zweiten Gate-Bereich 512 und einer zweiten TEOS-Schutzschicht 513 aufgebaut.In 5A are layer sequences 500 . 510 shown that correspond to a partially manufactured transistor in SOI technology. The layer sequences 500 . 510 are on the same SOI substrate 501 out a silicon substrate 502 , a silicon dioxide layer 503 and a silicon layer 504 processed. One in the left half of 5A shown first laterally limited layer sequence is made of a first gate insulating layer 505 and from a first gate area 506 built up. Furthermore, a first TEOS protective layer is on the side walls of the first laterally limited layer sequence 507 (Tetra Ethyl Ortho Silicate) applied. This serves for the electrical and mechanical decoupling of the first laterally limited layer sequence from the environment. One in the right half of 5A shown second laterally limited layer sequence is made of a second gate insulating layer 511 , a second gate area 512 and a second TEOS protective layer 513 built up.

Um die in 5B gezeigten Schichtenfolgen 520, 530 zu erhalten, wird der gemäß 5B rechte Bereich mit einer Photoresist-Schicht 531 abgedeckt, um im Weiteren eine Prozessierung ausschließlich der in 5B links gezeigten Schichtenfolge zu ermöglichen. In einem weiteren Verfahrens-Schritt werden Dotieratome des n-Leitungstyps unter Verwendung eines Ionenimplantations-Verfahrens in zwei Oberflächenbereiche der Silizium-Schicht 504 implantiert, um zwei Source-/Drain-Bereiche 521, 522 des in der linken Hälfte von 5B gezeigten Transistors mit geringer Schwellenspannung zu erhalten. Implantations-Ionen sind aufgrund der Bedeckung mit Photoresist 531 vor einem Eindringen in denjenigen Oberflächenbereich des SOI-Substrats 501 geschützt, der in der rechten Hälfte von 5B dargestellt ist.To the in 5B shown layer sequences 520 . 530 to receive, according to 5B right area with a photoresist layer 531 in order to further process only the in 5B to enable the layer sequence shown on the left. In a further process step, n-type conductivity doping atoms are formed into two surface areas of the silicon layer using an ion implantation process 504 implanted around two source / drain areas 521 . 522 in the left half of 5B to obtain shown transistor with low threshold voltage. Implantation ions are due to photoresist coverage 531 before entering the surface area of the SOI substrate 501 protected in the right half of 5B is shown.

Um die in 5C gezeigten Schichtenfolgen 540 bzw. 550 zu erhalten, wird zunächst unter Verwendung eines geeigneten Ätz-Verfahrens der Photoresist 531 entfernt. In einem weiteren Schritt wird auf den Seitenwänden der ersten und zweiten lateral begrenzten Schichtenfolgen jeweils eine Abstandshalter-Schicht 541 bzw. 551 mit vorgegebener Dicke ausgebildet, was unter Verwendung des ALD-Verfahrens (Atomic Layer Deposition) erfolgt. Mit dem ALD-Verfahren ist die Dicke der Abstandshalter-Schicht „d" bis auf eine Genauigkeit einer Atomlage, dass heißt bis auf wenige Angstrom, vorgebbar.To the in 5C shown layer sequences 540 respectively. 550 is first obtained using a suitable etching method of photoresist 531 away. In a further step, a spacer layer is respectively formed on the side walls of the first and second laterally delimited layer sequences 541 respectively. 551 formed with a predetermined thickness, which is done using the ALD method (Atomic Layer Deposition). With the ALD method, the thickness of the spacer layer "d" to a precision of an atomic layer, that is, down to a few Angstrom, specifiable.

Um die in 5D gezeigten Schichtenfolgen 560, 570 zu erhalten, wird zunächst auf der Schichtenfolge 540 eine weitere Photoresist-Schicht 561 abgeschieden, um den zugehörigen Oberflächenbereich des SOI-Substrats vor einer weiteren Prozessierung abzuschirmen. Nachfolgend werden in dem von der weiteren Photoresist-Schicht 561 freien Oberflächenbereich der SOI-Schichtenfolge 501 mittels Einbringens von Dotierstoffatomen des n-Leitungstyps in zwei Oberflächenbereiche der Silizium-Schicht 504 nahe der Seitenwände der zweiten Abstandshalter-Schicht 551 ein dritter und ein vierter Source-/Drain-Bereich 571, 572 mit einem vorgegebenen Dotierstoffkonzentrations-Profil ausgebildet. Die zweite lateral begrenzte Schichtenfolge und die zweite Abstandshalter-Schicht 551 sind derart eingerichtet, dass sie eine Abschattungsstruktur zum Vermeiden des Einbringens des Dotierstoffs des n-Leitungstyps in Oberflächenbereiche der Silizium-Schicht 504 zwischen dem dritten und dem vierten Source-/Drain-Bereich 571, 572 bilden. Mittels Einstellens der Dicke „d" der zweiten Abstandshalter-Schicht 551 und mittels Einstellens des Dotierstoffkonzentrations-Profils beim Ausbilden der dritten und vierten Source-/Drain-Bereiche 571, 572 werden die Transistoreigenschaften des im rechten Bereich von 5D gezeigten SOI-Feldeffekttransistors definiert. Als Verfahren zum Implantieren der Dotierstoffatome in dem dritten und vierten Source-/Drain-Bereich 571, 572 wird das Ionenimplantations-Verfahren verwendet. Mittels Einstellen der Dotierstoffatomart, der Energie der Dotieratome sowie weiterer Verfahrensparameter kann das Dotierstoffkonzentrations-Profil des dritten und vierten Source-/Drain-Bereichs 571, 572 vorgegeben werden.To the in 5D shown layer sequences 560 . 570 to receive, first on the layer sequence 540 another photoresist layer 561 deposited to shield the associated surface area of the SOI substrate from further processing. The following will be in that of the further photoresist layer 561 free surface area of the SOI layer sequence 501 by introducing dopant atoms of the n-type conductivity into two surface regions of the silicon layer 504 near the sidewalls of the second spacer layer 551 a third and a fourth source / drain region 571 . 572 formed with a given dopant concentration profile. The second laterally limited layer sequence and the second spacer layer 551 are arranged to have a shading structure for avoiding introducing the n-type conductivity dopant into surface areas of the silicon layer 504 between the third and fourth source / drain regions 571 . 572 form. By adjusting the thickness "d" of the second spacer layer 551 and by adjusting the dopant concentration profile in forming the third and fourth source / drain regions 571 . 572 be the transistor properties of the right in the area of 5D defined SOI field effect transistor defined. As a method of implanting the dopant atoms in the third and fourth source / drain regions 571 . 572 the ion implantation method is used. By adjusting the Dotierstoffatomart, the energy of the doping atoms and other process parameters, the dopant concentration profile of the third and fourth source / drain region 571 . 572 be specified.

Der SOI-Feldeffekttransistor im linken Teilbereich von 5D hat einen Kanal-Bereich mit einer kleineren Länge als der im rechten Teilbereich von 5D gezeigte SOI-Feldeffekttransistor. Die Länge des Kanal-Bereichs des linken SOI-Feldeffekttransistors ist näherungsweise um 2d kleiner als im Fall des rechten SOI-Feldeffekttransistors, da bei dem Eindringen von Dotierstoffatomen in den gemäß 5D rechten Feldeffekttransistor die zusätzlich aufgebrachte zweite Abstandshalter-Schicht 551 als Abschattungsstruktur dient.The SOI field effect transistor in the left part of 5D has a channel region with a smaller length than that in the right part of 5D shown SOI field effect transistor. The length of the channel region of the left SOI field effect transistor is approximately 2d smaller than in the case of the right SOI field effect transistor, since in the penetration of dopant atoms in the according to 5D right field effect transistor the additionally applied second spacer layer 551 serves as a shading structure.

Ferner ist anzumerken, dass die erste TEOS-Schutzschicht 507 bzw. die zweite TEOS-Schutzschicht 513 eine Dicke von ungefähr 10nm aufweisen, um eine ausreichend gute Isolationswirkung für den Schichtenstapel aus Gateisolierender Schicht und Gate-Bereich zu ermöglichen. Dagegen ist die Dicke „d" der zweiten Abstandshalter-Schicht 551 derart eingestellt, dass der rechte SOI-Feldeffekttransistor als Niedrigenergie-Feldeffekttransistor ausgebildet ist. Die Funktionalitäten der TEOS-Schutzschichten 507, 513 einerseits und der Abstandshalter-Schichten 541, 551 sind grundlegend unterschiedlich.It should also be noted that the first TEOS protective layer 507 or the second TEOS protective layer 513 have a thickness of about 10 nm in order to allow a sufficiently good insulation effect for the layer stack of gate insulating layer and gate region. In contrast, the thickness "d" of the second spacer layer 551 adjusted so that the right SOI field effect transistor is designed as a low-energy field effect transistor. The functionalities of the TEOS protective layers 507 . 513 one hand, and the spacer layers 541 . 551 are fundamentally different.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 6A bis 6D ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines SOI-Feldeffekttransistors mit vorgegebenen Transistoreigenschaften beschrieben.In the following, reference is made to 6A to 6D A second preferred embodiment of the method according to the invention for producing an SOI field-effect transistor with predetermined transistor properties is described.

Die in 6A gezeigten Schichtenfolgen 600, 610 entsprechen den in 5A gezeigten Schichtenfolgen 500, 510.In the 6A shown layer sequences 600 . 610 correspond to the in 5A shown layer sequences 500 . 510 ,

Um die in 6B gezeigten Schichtenfolgen 620, 630 zu erhalten, wird sowohl auf den gemäß 6B linken als auch auf dem rechten Oberflächenbereich der Schichtenfolgen eine Abstandshalter-Schicht 621 der Dicke „l" abgeschieden. Dies erfolgt durch Verwendung eines CVD-Verfahrens ("Chemical Vapour Deposition"). Die Dicke „l" dieser Abstandshalter-Schicht 621 ist ein maßgeblicher Parameter zum Einstellen der Länge des Kanal-Bereichs des gemäß 6B rechten SOI-Feldeffekttransistors. Die Abstandshalter-Schicht 621 ist aus Siliziumnitrid hergestellt.To the in 6B shown layer sequences 620 . 630 to receive, both on the according to 6B left as well as on the right surface area of the layer sequences a spacer layer 621 This is done by using a CVD method ("Chemical Vapor Deposition") .The thickness "1" of this spacer layer 621 is an authoritative parameter for setting the length of the channel area of the according to 6B right SOI field effect transistor. The spacer layer 621 is made of silicon nitride.

Um die in 6C gezeigten Schichtenfolgen 640, 650 zu erhalten, wird der gemäß 6C rechte Oberflächenbereich mit einer TEOS-Hartmaske 651 (Tetra Ethyl Ortho Silicate) bedeckt, um diesen Oberflächenbereich in einem weiteren Verfahrensschritt vor einem Ätzen zu schützen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird bei dem gemäß 6C linken Oberflächenbereich die Abstandshalter-Schicht 621 aus Siliziumnitrid unter Verwendung eines nasschemischen Ätz-Verfahrens entfernt. Hierfür wird ein derartiges nasschemisches Ätz-Verfahren verwendet, das zum Ätzen von Siliziumnitrid geeignet ist, wohingegen Siliziumdioxid (d.h. auch die TEOS-Hartmaske 651) vor einem Ätzen geschützt ist. Dadurch wird nur die Abstandshalter-Schicht 621 von dem linken Oberflächenbereich entfernt.To the in 6C shown layer sequences 640 . 650 to receive, according to 6C right surface area with a TEOS hardmask 651 (Tetra Ethyl Ortho Silicate) covered to protect this surface area in a further process step from etching. In a further method step is in the according to 6C left surface area the spacer layer 621 removed from silicon nitride using a wet chemical etching process. For this purpose, such a wet-chemical etching method is used, which is suitable for etching silicon nitride, whereas silicon dioxide (ie also the TEOS hard mask 651 ) is protected from etching. This will only make the spacer layer 621 removed from the left surface area.

Um die in 6D gezeigten Schichtenfolgen 660, 670 zu erhalten, wird zunächst die TEOS-Schicht 651 unter Verwendung eines geeigneten Ätz-Verfahrens entfernt. Wie in 6C gezeigt, ist der linke lateral begrenzte Schichtenstapel ungefähr um 2·l schmäler als der rechte Schichtenstapel, wobei l die Dicke der Abstandshalter-Schicht 621 ist. Nachfolgend wird sowohl der linke Schichtenstapel als auch der rechte Schichtenstapel einem Ionenimplantations-Verfahren unterzogen, so dass ein erster Source-/Drain-Bereich 661, ein zweiter Source-/Drain-Bereich 662, ein dritter Source-/Drain- Bereich 663 und ein vierter Source-/Drain-Bereich 664 ausgebildet werden. Mittels des ersten und zweiten Source-/Drain-Bereichs 661, 662 sind die Source-/Drain-Bereiche des gemäß 6C linken SOI-Feldeffekttransistors ausgebildet, wohingegen mittels der Source-/Drain-Bereiche 663, 664 die Source-/Drain-Bereiche des gemäß 6C rechten SOI-Feldeffektransistors ausgebildet sind. Infolge der Funktionalität der Abstandshalter-Schicht 621 als Teil einer Abschattungsstruktur ist derjenige Abstand zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen, durch den die Länge des Kanal-Bereichs definiert ist, bei der Schichtenfolge 670 um ungefähr 2·l größer als bei der Schichtenfolge 660. Daher weist der SOI-Feldeffektransistor 660 eine geringere Schwellenspannung auf als der SOI-Feldeffekttransistor 670. Ferner hat der SOI-Feldeffekttransistor 670 einen geringeren Leckstrom als der SOI-Feldeffekttransistor 660.To the in 6D shown layer sequences 660 . 670 First, the TEOS layer is obtained 651 removed using a suitable etching process. As in 6C The left laterally delimited layer stack is approximately 2 * 1 narrower than the right layer stack, where 1 is the thickness of the spacer layer 621 is. Subsequently, both the left layer stack and the right layer stack are subjected to an ion implantation process, so that a first source / drain region 661 , a second source / drain region 662 , a third source / drain region 663 and a fourth source / drain region 664 be formed. By means of the first and second source / drain region 661 . 662 are the source / drain regions of according to 6C left SOI field effect transistor formed, whereas by means of the source / drain regions 663 . 664 the source / drain regions of according to 6C right SOI Feldeffektransistors are formed. Due to the functionality of the spacer layer 621 as part of a shading structure, the distance between the two source / drain regions, by which the length of the channel region is defined, is in the layer sequence 670 by about 2 · l greater than in the layer sequence 660 , Therefore, the SOI field effect transistor 660 a lower threshold voltage than the SOI field effect transistor 670 , Furthermore, the SOI field effect transistor has 670 a lower leakage current than the SOI field effect transistor 660 ,

Das bezugnehmend auf 6A bis 6D beschriebene Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass ein einziges gemeinsames Implantationsverfahren zum Ausbilden der Source-/Drain-Bereiche beider SOI-Feldeffekttransistoren ausreichend ist.Referring to 6A to 6D In particular, the method described has the advantage that a single common implantation method for forming the source / drain regions of both SOI field-effect transistors is sufficient.

Analog zu den bezugnehmend auf 5A bis 5D bzw. 6A bis 6D beschriebene Herstellungsverfahren können in einem CMOS-Prozess auch ein p-Kanal-SOI-Feldeffekttransistor und ein n-Kanal-SOI-Feldeffekttransistor hergestellt werden. Des weiteren ist eine mehrfache Anwendung der Prozedur denkbar, um ein noch breites Spektrum unterschiedlicher Bauelemente, insbesondere SOI-Feldeffekttransistoren, herzustellen.Analogous to the reference to 5A to 5D respectively. 6A to 6D described manufacturing method in a CMOS process, a p-channel SOI field effect transistor and an n-channel SOI field effect transistor can be produced. Furthermore, a multiple application of the procedure is conceivable to produce a still wide range of different components, in particular SOI field effect transistors.

Nach Durchführung der bezugnehmend auf 5A bis 5D bzw. 6A bis 6D beschriebenen Verfahrensschritte können weitere, insbesondere für die Dünnschicht-SOI-Technologie spezifische Prozessschritte durchgeführt werden, wie die Erzeugung von "elevated"-Source-/Drain-Gebieten, eine Silizidierung oder das Ausbilden eines herkömmlichen Back-End-Bereichs. Bei Verwendung eines Gate-Bereichs aus einem metallischen Material anstelle eines p+-dotierten Poly-Silizium-Germanium-Gates wird dieses durch einen metallischen Gate-Bereich ersetzt.After carrying out the reference to 5A to 5D respectively. 6A to 6D described method steps, further, in particular for the thin-film SOI technology specific process steps can be performed, such as the generation of "elevated" source / drain regions, silicidation or the formation of a conventional back-end region. When using a gate region of a metallic material instead of a p + -doped poly-silicon-germanium gate, this is replaced by a metallic gate region.

In 7 ist eine Schichtenfolge 700 gezeigt, die ähnlich zu der in dem linken Bereich von 5C gezeigten Schichtenfolge 540 ist.In 7 is a layer sequence 700 shown similar to that in the left pane of 5C shown layer sequence 540 is.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Schichtenfolge 700 aus 7 und der Schichtenfolge 540 aus 5C ist, dass bei der Schichtenfolge 700 anstelle der ersten Abstandshalter-Schicht 541 eine Abstandshalter-Seitenwand 701 vorgesehen ist. Diese kann beispielsweise erhalten werden, indem die Abstandshalter-Schicht 541 aus 5C zurückgeätzt wird. Die Abstandshalter-Seitenwand 701 erfüllt im Wesentlichen dieselbe Funktionalität wie die Abstandshalter-Schicht 541.An essential difference between the layer sequence 700 out 7 and the layer sequence 540 out 5C is that at the stratigraphy 700 instead of the first spacer layer 541 a spacer sidewall 701 is provided. This can be obtained, for example, by the spacer layer 541 out 5C is etched back. The spacer sidewall 701 performs essentially the same functionality as the spacer layer 541 ,

Ferner ist die bezugnehmend auf 5A bis 7 beschriebene Herstellung unterschiedlicher Transistortypen (Niedrigenergietransistor, Hochleistungstransistor) unter Verwendung eines Abstandshalters variabler Dicke auch auf andere MOSFETs-Varianten anwendbar. Ausführungsbeispiele hierfür sind in den 8A bis 8C gezeigt.Further, referring to 5A to 7 also describes how to make different types of transistors (low energy transistor, high power transistor) using a variable thickness spacer also applicable to other MOSFET variants. Embodiments of this are in the 8A to 8C shown.

In 8A ist ein Doppel-Gate-Transistor 800 gezeigt, bei dem ein Kanal-Bereich 801 vertikal beidseitig von einem ersten Gate-Bereich 802 und von einem zweiten Gate-Bereich 803 steuerbar umgeben ist. Die Gate-isolierenden Bereiche zwischen dem ersten Gate-Bereich 802 und dem Kanal-Bereich 801 einerseits und zwischen dem zweiten Gate-Bereich 803 und dem Kanal-Bereich 801 anderseits sind in 8A nicht gezeigt. Ferner weist der Doppel-Gate-Transistor 800 einen ersten Source-/Drain-Bereich 804 und einen zweiten Source-/Drain-Bereich 805 auf. Darüber hinaus sind ein Silizium-Substrat 806 sowie eine Siliziumdioxid-Schicht 807 auf dem Silizium-Substrat 806 vorgesehen. Ferner sind ein erster Abstandshalter-Bereich 808 aus Siliziumnitrid und ein zweiter Abstandshalter-Bereich 809 aus Siliziumnitrid vorgesehen, mittels derer erfindungsgemäß die Länge des Kanal-Bereichs einstellbar ist.In 8A is a double gate transistor 800 shown where a channel area 801 vertically on both sides of a first gate area 802 and from a second gate area 803 is controllably surrounded. The gate insulating regions between the first gate region 802 and the channel area 801 on the one hand and between the second gate area 803 and the channel area 801 on the other hand are in 8A Not shown. Furthermore, the double gate transistor 800 a first source / drain region 804 and a second source / drain region 805 on. In addition, a silicon substrate 806 and a silicon dioxide layer 807 on the silicon substrate 806 intended. Further, a first spacer area 808 silicon nitride and a second spacer region 809 provided by silicon nitride, by means of which according to the invention the length of the channel region is adjustable.

Ferner ist in 8A ein Fin-Feldeffekttransistor (Fin-FET) gezeigt. Gemäß der Fin-FET-Technologie wird der Stromfluss durch den Kanal-Bereich von zwei Seiten her kontrolliert. Durch eine Art "gabelförmiges" Design des Gate-Bereichs werden Leckströme durch den Kanal-Bereich deutlich verringert. In 8B sind insbesondere ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Abstandshalter-Bereich 821 bis 824 gezeigt, wobei mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schichten 821 bis 824 die Länge des Kanal-Bereichs einstellbar ist.Furthermore, in 8A a fin field effect transistor (Fin-FET) is shown. According to the Fin-FET technology, the flow of current through the channel region is controlled from two sides. A kind of "fork-shaped" design of the gate region significantly reduces leakage currents through the channel region. In 8B are in particular a first, a second, a third and a fourth spacer area 821 to 824 shown by adjusting the thickness of the spacer layers 821 to 824 the length of the channel area is adjustable.

In 8C ist ein Vertikal-Feldeffekttransistor 840 gezeigt, der einen Bulk-Silizium-Bereich 841 aufweist. Ein erster Abstandshalter-Bereich 842 bzw. ein zweiter Abstandshalter-Bereich 843 sind derart auf dem ersten bzw. zweiten Gate-Bereich 802, 803 ausgebildet, dass dadurch die Länge des Kanal-Bereichs einstellbar ist.In 8C is a vertical field effect transistor 840 shown a bulk silicon area 841 having. A first spacer area 842 or a second spacer area 843 are so on the first and second gate area, respectively 802 . 803 designed such that thereby the length of the channel region is adjustable.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:

  • [1] Hamada, M, Ootaguro, Y, Kuroda, T (2001) "Utilizing Surplus Timing for Power Reduction", Proceedings of the IEEE Custom Integrated Circuits Conference 2001
  • [2] Schiml, T, Biesemans, S, Brase, G, Burrell, L, Cowley, A, Chen, KC, Ehrenwall, A, Ehrenwall, B, Felsner, P, Gill, J, Grellner, F, Guarin, F, Han, LK, Hoinkis, M, Hsiung, E, Kaltalioglu, E, Kim, P, Knoblinger, G, Kulkarni, S, Leslie, A, Mono, T, Schafbauer, T, Schroeder, P, Schruefer, K, Spooner, T, Towler, F, Warner, D, Wang, C, Wong, R, Demm, E, Leung, P, Stetter, M, Wann, C, Chen, JK, Crabbe, E (2001) "A 0.13μm CMOS Platform with Cu/Low-k Interconnects for System On Chip Applications" 2001 Symposium on VLSI Technology, Digest of Technical Papers
  • [3] US 5,532,175
  • [4] D.M. Nuernbergk, M. Lange, S. Richter, W. Göttlich, "Manche mögen's heiß – Silicon on Insulator Bauelemente und ihre Besonderheiten", in: "Mikroelektronik und Fertigung", Seiten 61 bis 64, 1999.
  • [5] DE 198 23 212 A1
  • [6] DE 198 57 059 A1
  • [7] US 5,273,915
This document cites the following publications:
  • [1] Hamada, M, Ootaguro, Y, Kuroda, T (2001) Utilizing Surplus Timing for Power Reduction, Proceedings of the IEEE Custom Integrated Circuits Conference 2001
  • [2] Schiml, T, Biesemans, S, Brase, G, Burrell, L, Cowley, A, Chen, KC, Ehrenwall, A, Ehrenwall, B, Felsner, P, Gill, J, Grellner, F, Guarin, F , Han, LK, Hoinkis, M, Hsiung, E, Kaltalioglu, E, Kim, P, Knoblinger, G, Kulkarni, S, Leslie, A, Mono, T, Sheepmaker, T, Schroeder, P, Schruefer, K, Spooner , T, Towler, F, Warner, D, Wang, C, Wong, R, Demm, E, Leung, P, Stetter, M, When, C, Chen, JK, Crabbe, E (2001) "A 0.13μm CMOS Platform with Cu / Low-k Interconnects for System On-Chip Applications "2001 Symposium on VLSI Technology, Digest of Technical Papers
  • [3] US 5,532,175
  • [4] DM Nuernbergk, M. Lange, S. Richter, W. Göttlich, "Some like it hot - Silicon on Insulator components and their peculiarities", in: "Microelectronics and Manufacturing", pages 61 to 64, 1999.
  • [5] DE 198 23 212 A1
  • [6] DE 198 57 059 A1
  • [7] US 5,273,915

100100
SOI-FeldeffekttransistorSOI field effect transistor
101101
Silizium-SubstratSilicon substrate
102102
Siliziumdioxid-SchichtSilicon dioxide layer
103103
undotierte Silizium-Schichtundoped Silicon layer
104104
Gate-BereichGate region
105105
Gate-isolierende SchichtGate-insulating layer
106106
erster Source-/Drain-Bereichfirst Source / drain region
107107
zweiter Source-/Drain-Bereichsecond Source / drain region
108108
Kanal-BereichChannel region
110110
SOI-FeldeffekttransistorSOI field effect transistor
200200
Diagrammdiagram
201201
linke Abstandshalter-Schichtleft Spacer layer
202202
rechte Abstandshalter-Schichtright Spacer layer
203203
Gate-BereichGate region
204204
erster Source-/Drain-Bereichfirst Source / drain region
205205
zweiter Source-/Drain-Bereichsecond Source / drain region
206206
Silizium-SchichtSilicon layer
210210
Diagrammdiagram
220220
Diagrammdiagram
230230
Diagrammdiagram
240240
Diagrammdiagram
250250
Diagrammdiagram
260260
Diagrammdiagram
270270
Diagrammdiagram
280280
Diagrammdiagram
300300
Diagrammdiagram
301301
Abszisseabscissa
302302
Ordinateordinate
303303
erste Kurvefirst Curve
304304
zweite Kurvesecond Curve
310310
Diagrammdiagram
311311
Abszisseabscissa
312312
Ordinateordinate
313313
dritte Kurvethird Curve
314314
vierte Kurvefourth Curve
400400
Diagrammdiagram
401401
Abszisseabscissa
402402
Ordinateordinate
403403
erste Kurvefirst Curve
404404
zweite Kurvesecond Curve
410410
Diagrammdiagram
411411
Abszisseabscissa
412412
Ordinateordinate
413413
dritte Kurvethird Curve
414414
vierte Kurvefourth Curve
500500
Schichtenfolgelayer sequence
501501
SOI-SubstratSOI substrate
502502
Silizium-SubstratSilicon substrate
503503
Siliziumdioxid-SchichtSilicon dioxide layer
504504
Silizium-SchichtSilicon layer
505505
erste Gate-isolierende Schichtfirst Gate insulating layer
506506
erster Gate-Bereichfirst Gate region
507507
erste TEOS-Schutzschichtfirst TEOS-protective layer
510510
Schichtenfolgelayer sequence
511511
zweite Gate-isolierende Schichtsecond Gate insulating layer
512512
zweiter Gate-Bereichsecond Gate region
513513
zweite TEOS-Schutzschichtsecond TEOS-protective layer
520520
Schichtenfolgelayer sequence
521521
erster Source-/Drain-Bereichfirst Source / drain region
522522
zweiter Source-/Drain-Bereichsecond Source / drain region
530530
Schichtenfolgelayer sequence
531531
Photoresistphotoresist
540540
Schichtenfolgelayer sequence
541541
erste Abstandshalter-Schichtfirst Spacer layer
550550
Schichtenfolgelayer sequence
551551
zweite Abstandshalter-Schichtsecond Spacer layer
560560
Schichtenfolgelayer sequence
561561
weiterer PhotoresistAnother photoresist
570570
Schichtenfolgelayer sequence
571571
dritter Source-/Drain-Bereichthird Source / drain region
572572
vierter Source-/Drain-Bereichfourth Source / drain region
600600
Schichtenfolgelayer sequence
610610
Schichtenfolgelayer sequence
620620
Schichtenfolgelayer sequence
621621
Abstandshalter-SchichtSpacer layer
630630
Schichtenfolgelayer sequence
640640
Schichtenfolgelayer sequence
650650
Schichtenfolgelayer sequence
651651
TEOS-SchichtTEOS layer
660660
Schichtenfolgelayer sequence
661661
erster Source-/Drain-Bereichfirst Source / drain region
662662
zweiter Source-/Drain-Bereichsecond Source / drain region
663663
dritter Source-/Drain-Bereichthird Source / drain region
664664
vierter Source-/Drain-Bereichfourth Source / drain region
670670
Schichtenfolgelayer sequence
700700
Schichtenfolgelayer sequence
701701
Abstandshalter-SeitenwandSpacer side wall
800800
Dopple-Gate-TransistorDopple gate transistor
801801
Kanal-BereichChannel region
802802
erster Gate-Bereichfirst Gate region
803803
zweiter Gate-Bereichsecond Gate region
804804
erster Source-/Drain-Bereichfirst Source / drain region
805805
zweiter Source-/Drain-Bereichsecond Source / drain region
806806
Silizium-SubstratSilicon substrate
807807
Siliziumdioxid-SchichtSilicon dioxide layer
808808
erster Abstandshalter-Bereichfirst Spacer region
809809
zweiter Abstandshalter-Bereichsecond Spacer region
820820
Fin-FeldeffekttransistorFin field effect transistor
821821
erster Abstandshalter-Bereichfirst Spacer region
822822
zweiter Abstandshalter-Bereichsecond Spacer region
823823
dritter Abstandshalter-Bereichthird Spacer region
824824
vierter Abstandshalter-Bereichfourth Spacer region
840840
Vertikal-FeldeffekttransistorVertical field effect transistor
841841
Bulk-SiliziumBulk silicon
842842
erster Abstandshalter-Bereichfirst Spacer region
843843
zweiter Abstandshalter-Bereichsecond Spacer region

Claims (17)

Verfahren zum Herstellen eines vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors mit vorgegebenen Transistoreigenschaften, bei dem • eine lateral begrenzte Schichtenfolge mit einer Gateisolierenden Schicht und einem Gate-Bereich auf einem annähernd undotierten Body einer Dicke von kleiner als 20 nm ausgebildet wird; • auf zumindest einem Teil der Seitenwände der lateral begrenzten Schichtenfolge eine Abstandshalter-Schicht mit vorgegebener Dicke ausgebildet wird; • mittels Einbringens von Dotierstoff in zwei Oberflächen-Bereiche neben dem annähernd undotierten Body, an welche die Abstandshalter-Schicht angrenzt, zwei Source-/Drain-Bereiche mit einem vorgegebenen Dotierstoffkonzentrations-Profil ausgebildet werden, wobei die Schichtenfolge und die Abstandshalter-Schicht derart eingerichtet sind, dass sie eine Abschattungsstruktur zum Vermeiden des Einbringens von Dotierstoff in den annähernd undotierten Body zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen bilden; • wobei mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schicht und mittels Einstellens des Dotierstoffkonzentrations-Profils vorgegebene Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors eingestellt werden.Method of producing a completely depleted Thin-film SOI field effect transistor with given transistor properties, in which • one lateral limited layer sequence with a gate insulating layer and a gate area on an approximate undoped body is formed to a thickness of less than 20 nm; • at least a part of the side walls the laterally limited layer sequence a spacer layer is formed with a predetermined thickness; • by introducing dopant in two surface areas next to the nearly undoped body adjacent to the spacer layer, two source / drain regions formed with a given dopant concentration profile wherein the layer sequence and the spacer layer are set up so that they have a shading structure for Avoiding the introduction of dopant in the approximately undoped Form body between the two source / drain regions; • by means of Adjusting the thickness of the spacer layer and adjusting the Dopant concentration profile given transistor properties completely depleted thin film SOI field effect transistor be set. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als vorgegebene Transistoreigenschaft • die Länge des Kanal-Bereichs zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen, • die Schwellenspannung, • die Leckstrom-Charakteristik • der Maximal-Strom und/oder • eine Transistor-Kennlinie eingestellt wird.The method of claim 1, wherein as predetermined transistor property • the Length of the Channel region between the two source / drain regions, The threshold voltage, • the leakage current characteristic • the maximum current and or • one Transistor characteristic is set. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dicke der Abstandshalter-Schicht eingestellt wird, indem die Abstandshalter-Schicht unter Verwendung • eines Chemischen Gasphasenabscheide-Verfahrens oder • eines Atomic Layer Deposition-Verfahrens ausgebildet wird.The method of claim 1 or 2, wherein the thickness the spacer layer is adjusted by the spacer layer under use • one Chemical vapor deposition method or • an atomic Layer deposition process is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die beiden Source-/Drain-Bereiche unter Verwendung • eines Ionenimplantations-Verfahrens mit anschließender Diffusion, oder • eines Diffusions-Verfahrens ausgebildet werden, wobei das Dotierstoffkonzentrations-Profil mittels Wählens der Art, der Konzentration und/oder der Diffusionseigenschaften der Dotierstoff-Atome eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the two Source / drain areas using • an ion implantation procedure with following Diffusion, or • one Diffusion method are formed, wherein the dopant concentration profile by selecting the Type, concentration and / or diffusion properties of Dopant atoms is adjusted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors ferner mittels Auswählens des Materials des Gate-Bereichs eingestellt werden.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the transistor properties of the completely impoverished Thin film SOI field effect transistor further by selecting of the material of the gate area. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein zweiter vollständig verarmter Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor gemäß dem Verfahren zum Herstellen des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors auf bzw. in einer annähernd undotierten Body-Schicht ausgebildet wird, wobei die Transistoreigenschaften des zweiten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors unterschiedlich von denen des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors eingestellt werden.Method according to one of claims 1 to 5, wherein a second completely depleted thin film SOI field effect transistor according to the method for producing the fully depleted thin film SOI field effect transistor on or in an approximately undoped body layer is formed, wherein the transistor properties of second completely depleted thin-film SOI field effect different from those of the fully depleted thin film SOI field effect transistor. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die unterschiedlichen Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors und des zweiten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors einzig aus einer unterschiedlichen Dicke der Abstandshalter-Schichten resultieren.The method of claim 6, wherein the different Transistor properties of the fully depleted thin film SOI field effect transistor and the second completely depleted thin film SOI field effect transistor solely resulting from a different thickness of the spacer layers. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem ein dritter vollständig verarmter Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor gemäß dem Verfahren zum Herstellen des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors auf bzw. in der annähernd undotierten Body-Schicht ausgebildet wird, wobei die Transistoreigenschaften des dritten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors analog eingestellt werden wie die des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors, wobei die Leitungstypen des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors und des dritten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors zueinander komplementär sind.A method according to claim 6 or 7, wherein a third Completely depleted thin film SOI field effect transistor according to the method for making the complete depleted thin film SOI field effect transistor on or in the approximate undoped body layer is formed, the transistor properties of the third completely depleted thin film SOI field effect transistor be set in the same way as that of the completely depleted thin-film SOI field-effect transistor, wherein the conductivity types of the fully depleted thin film SOI field effect transistor and the third completely depleted thin film SOI field effect transistor complementary to each other are. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Gate-Bereiche des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors und des zweiten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors und des dritten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors aus dem gleichen Material hergestellt werden.The method of claim 8, wherein the gate regions completely depleted thin film SOI field effect transistor and the second completely depleted thin film SOI field effect transistor and the third completely depleted thin film SOI field effect transistor be made of the same material. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das Material der Gate-Bereiche einen Wert der Austrittsarbeit aufweist, der im Wesentlichen gleich dem arithmetischen Mittelwert der Werte der Austrittsarbeit von stark p-dotiertem Poly-Silizium und stark n-dotiertem Poly-Silizium ist.Method according to one of claims 6 to 9, wherein the material the gate regions have a work function value that is in the Essentially equal to the arithmetic mean of the work function values of heavily p-doped poly-silicon and heavily n-doped poly-silicon. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Material der Gate-Bereiche • Germanium, • Wolfram, • Tantal und/oder • Titannitrid ist.Method according to one of the preceding claims, in the material of the gate areas Germanium, • tungsten, • Tantalum and or • titanium nitride is. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Material des Gate-Bereichs eine Austrittsarbeit zwischen 445 Elektronenvolt und 495 Elektronenvolt aufweist.The method of claim 11, wherein the material of the gate region has a work function between 445 electron volts and 495 electron volts. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem die Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors und des zweiten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors derart eingestellt werden, dass einer der beiden vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistoren auf einen geringen Leckstrom und der andere auf eine geringe Schwellenspannung optimiert ist.Method according to one of claims 6 to 12, wherein the transistor properties completely depleted thin film SOI field effect transistor and the second completely depleted thin film SOI field effect transistor be set such that one of the two fully depleted thin-film SOI field effect transistors to a low leakage current and the other to a low threshold voltage is optimized. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem mindestens ein vollständig verarmter Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor als • Vertikaltransistor, • Transistor mit mindestens zwei Gate-Anschlüssen oder • Fin-FET ausgebildet wird.Method according to one of claims 1 to 13, wherein at least a complete one depleted thin film SOI field effect transistor when Vertical transistor, • transistor with at least two gate connections or • Fin-FET educated becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, bei dem • der zweite vollständig verarmte Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor während des Ausbildens der Source-/Drairt-Bereiche des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors mittels einer Schutzschicht vor Dotieren geschützt wird, und/oder • der vollständig verarmte Dünnschicht-SOI- Feldeffekttransistor während des Ausbildens der Source-/Drain-Bereiche des zweiten vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors mittels einer Schutzschicht vor Dotieren geschützt wird.Method according to one of claims 6 to 14, in which • the second Completely depleted thin film SOI field effect transistor while forming the source / drairt regions completely depleted thin film SOI field effect transistor protected by a protective layer from doping, and / or • the completely impoverished Thin-film SOI field effect transistor while forming the source / drain regions the second completely depleted thin film SOI field effect transistor is protected by a protective layer from doping. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, bei dem mindestens einer der vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistoren mindestens eine zusätzliche Abstandshalter-Schicht auf der Abstandshalter-Schicht aufweist.Method according to one of claims 6 to 15, wherein at least one of the most complete depleted thin film SOI field effect transistors at least one additional one Spacer layer has on the spacer layer. Vollständig verarmter Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistor mit vorgebbaren Transistoreigenschaften, aufweisend • eine lateral begrenzte Schichtenfolge mit einer Gateisolierenden Schicht und einem Gate-Bereich auf einem annähernd undotierten Body einer Dicke von kleiner als 20 nm; • eine Abstandshalter-Schicht einer vorgebbaren Dicke auf zumindest einem Teil der Seitenwände der lateral begrenzten Schichtenfolge; • zwei Source-/Drain-Bereiche in zwei Oberflächen-Bereichen neben dem annähernd undotierten Body, an welche die Abstandshalter-Schicht angrenzt, mit einem vorgebbaren Dotierstoffkonzentrations-Profil, wobei die Schichtenfolge und die Abstandshalter-Schicht derart eingerichtet sind, dass sie eine Abschattungsstruktur zum Vermeiden des Einbringens von Dotierstoff in den annähernd undotierten Body zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen während des Herstellens des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors bilden; • wobei mittels Einstellens der Dicke der Abstandshalter-Schicht und mittels Einstellens des Dotierstoffkonzentrations-Profils vorgegebene Transistoreigenschaften des vollständig verarmten Dünnschicht-SOI-Feldeffekttransistors eingestellt sind.Completely depleted thin-film SOI field-effect transistor with predeterminable transistor properties, comprising: a laterally delimited layer sequence with a gate-insulating layer and a gate region on an approximately undoped body having a thickness of less than 20 nm; A spacer layer of a predeterminable thickness on at least a part of the side walls of the laterally delimited layer sequence; Two source / drain regions in two surface regions next to the approximately undoped body, to which the spacer layer adjoins, with a predeterminable dopant concentration profile, wherein the layer sequence and the spacer layer are set up in such a way that they form a shading structure to prevent the introduction of dopant into the approximately undoped body between the two source / drain regions during the fabrication of the fully depleted thin film SOI field effect transistor; Wherein, by adjusting the thickness of the spacer layer and adjusting the dopant concentration profile, predetermined transistor characteristics of the fully depleted thin layer SOI field effect transistor are set.
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