DE10214066A1 - Halbleiterelement mit retrogradem Dotierprofil in einem Kanalgebiet und ein Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Halbleiterelement mit retrogradem Dotierprofil in einem Kanalgebiet und ein Verfahren zur Herstellung desselben

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Abstract

Eine epitaxial gewachsene Kanalschicht wird auf einer Potentialtopfstruktur bereitgestellt, nachdem Ionenimplantationsschritte und Wärmebehandlungsschritte durchgeführt sind, um damit ein erforderliches Dotierprofil in der Potentialtopfstruktur zu schaffen. Die Kanalschicht kann undotiert oder leicht dotiert sein, je nach Bedarf, so dass die entgültig erhaltene Dotierkonzentration in der Kanalschicht deutlich verringert ist im Vergleich zu einem herkömmlichen Bauteil, um damit ein retrogrades Dotierprofil in einem Kanalgebiet eines Feldeffekttransistors bereitzustellen. Ferner kann eine Barrierendiffusionsschicht zwischen der Potentialtopfstruktur und der Kanalschicht vorgesehen sein, um ein Aufwärtsdiffundieren in Wärmebehandlungen zu reduzieren, die nach der Ausbildung der Kanalschicht ausgeführt werden. Das endgültige Dotierprofil in dem Kanalgebiet kann durch die Dicke der Kanalschicht, die Dicke und die Zusammensetzung der Diffusionsbarrierenschicht und zusätzliche Implantationsschritte zur Einführung von Dotieratomen in die Kanalschicht eingestellt werden.

Description

    GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere ein Halbleiterelement, etwa einem Feldeffekttransistor, mit einem verbesserten retrograden Dotierprofil in einem Kanalgebiet des Transistorelements. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterelements.
    • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Feldeffekttransistoren, etwa MOS-Transistoren, stellen die am häufigsten verwendeten Schaltungselemente in modernen integrierten Schaltungen dar. Typischerweise wird eine riesige Anzahl von Feldeffekttransistoren gleichzeitig auf einem geeigneten Substrat hergestellt und so verbunden, um die erforderliche Funktionalität der Schaltung zu gewährleisten. Im Allgemeinen umfasst ein Feldeffekttransistor zwei hochdotierte Halbleitergebiete, im Allgemeinen Siliziumgebiete, die auch als Drain und Source bezeichnet werden, und die in einem leicht invers dotiertem Halbleitergebiet, dem sogenannten N- Potentialtopf oder P-Potentialtopf, abhängig von der Art des zu bildenden Transistors eingebettet sind. Das Drain- und das Sourcegebiet sind durch ein dazwischenliegendes Kanalgebiet getrennt, wobei sich ein leitender Kanal zwischen dem Drain und dem Source in dem Kanalgebiet bei Anlegen einer geeigneten Spannung an eine Gateelektrode ausbildet, die für gewöhnlich über dem Kanalgebiet ausgebildet und davon durch eine Gateisolierschicht, die oft als Gateoxidschicht vorgesehen ist, getrennt ist.
  • In dem Maße, wie die Strukturgrößen der einzelnen Halbleiterelemente ständig kleiner werden, - beispielsweise stellt der Abstand zwischen dem Source- und dem Draingebiet, der auch als Kanallänge bezeichnet wird, eine kritische Dimension in dieser Hinsicht dar - steigt die Bauteilleistungsfähigkeit an. Diese Veränderungen stellen jedoch für die Prozessingenieure neue zu überwindende Herausforderungen dar, um neue Prozesse und Techniken zu entwickeln, die mit den reduzierten Strukturgrößen kompatibel sind und die durch das Verringern der Strukturgrößen gewonnenen Verbesserungen nicht zum Teil wieder aufheben. Beispielsweise erfordert das Reduzieren der Kanallänge im Allgemeinen die Reduzierung der Dicke der Gateisolierschicht, so dass die Ausbildung des leitenden Kanals in ausreichender Weise durch die angelegte Gatespannung steuerbar bleibt. Das Herstellen einer Gateisolierschicht mit einigen Nanometern Dicke, wie dies für fortgeschrittene MOS-Transistoren typisch ist, erfordert daher weiterentwickelte Prozesstechnologien, um Gitterschäden in dem Halbleitergebiet unterhalb der Gateisolierschicht zu minimieren, um damit das Ausbilden einer Gateisolierschicht, etwa einer Oxidschicht, mit hoher Qualität zur Gewährleistung eines hohen Grades an Zuverlässigkeit des Bauteils über die gesamte Lebensdauer zu ermöglichen. Ferner erlaubt nur ein relativ intaktes Halbleitergebiet das Ausbilden einer Gateisolierschicht mit einer relativ glatten Grenzfläche zu dem Halbleitermaterial, so dass Streuereignisse von Ladungsträgern minimiert werden.
  • Eine Reduzierung der Gatelänge in modernen Bauteilen führt zu einer verbesserten Leitfähigkeit. In einigen Fällen kann es jedoch wünschenswert sein, die Leitfähigkeit durch Steigern der Ladungsträgermobilität in dem Kanalgebiet zu verbessern, ohne die Kanallänge aufs Äußerste zu reduzieren. Folglich wird in modernen Bauteilen ein sogenanntes retrogrades Kanaldotierprofil in Betracht gezogen. Bekanntlich können Dotieratome im Halbleitergitter Streuzentren für Ladungsträger darstellen, die sich unter dem Einfluss eines in dem Halbleitergebiet vorherrschenden elektrischen Feldes bewegen. Daher wird in modernen Bauteilen das retrograde Kanaldotierprofil angewendet, d. h. die Konzentration der Dotierstoffe steigt von der Gateisolierschicht zu den Gebieten, die tiefer in dem Kanalgebiet lokalisiert sind, an, so dass die den leitenden kanalbildenden Ladungsträger im Wesentlichen in der Nähe der Gateisolierschicht eine relativ geringe Konzentration von Streuzentren antreffen, so dass die Gesamtleitfähigkeit in dem Kanal verbessert ist. Ein retrogrades Kanaldotierprofil ist jedoch relativ schwierig zu erhalten, wie dies im Folgenden mit Bezug zu den Fig. 1a bis 1c und den Fig. 2a und 2b erläutert wird.
  • Fig. 1a zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterelements 100 während eines anfänglichen Herstellungsstadiums. Das Halbleiterelement 100 ist in diesem Beispiel als ein komplementäres MOS-Transistorpaar dargestellt, wobei in einem Halbleitergebiet 101, etwa einem Siliziumgebiet, eine Flachgrabenisolation 102, beispielsweise mit Siliziumdioxid, ausgebildet ist, um eine N-Potentialtopstruktur 120 und eine P- Potentialtopfstruktur 110 zu trennen. In der N-Potentialtopfstruktur 120 sind implantierte, d. h. dotierte, Bereiche durch 121, 122, 123 und 124 gekennzeichnet und entsprechend sind in der P-Potentialtopfstruktur 110 implantierte Bereiche 111, 112, 113 und 114 dargestellt. Die Implantationsbereiche 111, 121, die am tiefsten in der N-Potentialtopfstruktur 120 und der P-Potentialtopfstruktur 110 angeordnet sind, werden auch als vergrabene Implantationsgebiete bezeichnet. Die implantierten Bereiche 112, 122 sind allgemein als Füllimplantationen bekannt, wohingegen die implantierten Bereiche 113, 123 im allgemeinen als Durchschlagsimplantationen bezeichnet werden. Die implantierten Bereiche 114, 124 werden auch als VT-Implantationen bezeichneten, wobei VT die Schwellwertspannung des zu bildenden Transistorelements kennzeichnet.
  • Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung des in Fig. 1a gezeigten Halbleiterelements 100 kann die folgenden Schritte aufweisen. Zunächst wird die Flachgrabenisolation 102 durch Fotolithografie, Ätzen und Abscheidetechniken, die im Stand der Technik bekannt sind, gebildet. Anschließend werden die P-Potentialtopfstrukturen 110 und die N- Potentialtopfstruktur 120 mittels sequentiell durchgeführter Ionenimplantationsprozesse definiert, wobei vor dem eigentlichen Implantationsprozess eine Opferschicht, etwa eine Oxidschicht (nicht gezeigt) über dem Halbleitergebiet 101 abgeschieden werden kann, um den Implantationsprozess genauer zu steuern. Zum Bestimmen der N-Potentialtopfstruktur 120 werden typischerweise Phosphor- oder Arsenionen verwendet, wohingegen zum Bestimmen der P-Potentialtopfstruktur 110 typischerweise Borionen verwendet werden. Während der Implantation wird die Dosis und die Energie des entsprechenden Implantationsprozesses so gesteuert, um die Spitzenkonzentration der entsprechenden Ionenspezies in den entsprechenden Implantationsbereichen 121 bis 124 und 111 bis 114 anzuordnen. Es sollte angemerkt werden, dass aufgrund der Natur des Implantationsprozesses die Grenzen der Implantationsbereiche zum Definieren der P-Potentialtopfstruktur 110 und der N-Potentialtopfstruktur 120 keine scharten Grenzen sind, wie in Fig. 1a gezeigt ist, sondern stattdessen graduelle Übergänge darstellen.
  • Fig. 2a ist ein Graph, in dem die Dotierkonzentration der N-Potentialtopfstruktur 120 und der P-Potentialtopfstruktur 110 in Bezug auf die Tiefe in den entsprechenden Potentialtopfstrukturen dargestellt ist. Insbesondere ist aus Fig. 2a ersichtlich, dass die VT- Implantation (114, 124), die durch das gleiche Bezugszeichen wie die entsprechenden Implantationsbereiche bezeichnet ist, zu einer Dotierkonzentration führt, die in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterelements 110 deutlich kleiner wird. Das heißt, die Dotierkonzentration unmittelbar nach dem Implantationsprozess zeigt ein gewünschtes retrogrades Dotierprofil in der N-Potentialtopfstruktur 120 und der P-Potentialtopfstruktur 110 in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterelements 100, an der sich nach der Vervollständigung des Elements ein Kanal während des Betriebs des Bauteils ausbildet.
  • Nach dem Definieren der P-Potentialtopfstruktur 110 und der N-Potentialtopfstruktur 120 mittels Ionenimplantation, ist das Halbleiterelement 100 einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um die implantierten Ionen zu aktivieren, d. h. um die Mehrheit der Ionen an Gitterplätzen anzuordnen, und um Gitterschäden, die durch den Ionenbeschuss verursacht wurden, auszuheilen. Unvorteilhafterweise findet während dieser Wärmebehandlung eine unvermeidbare Diffusion statt und die Grenzen zwischen den entsprechenden Implantationsbereichen verschmieren zusehends, so dass das vertikale Dotierprofil in der P-Potentialtopfstruktur 110 und der N-Potentialtopfstruktur 120 zunehmend unbestimmt wird.
  • Fig. 2b zeigt einen entsprechenden Graphen mit einem typischen Dotierprofil in Bezug auf die Tiefe der entsprechenden Potentialtopfstruktur. Aufgrund des Hochdiffundierens der Dotieratome während der Wärmebehandlung ist das anfängliche retrograde Profil in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterelements 100, wie dies durch Bezugszeichen 200 angedeutet ist, im Wesentlichen gleichförmig verteilt.
  • Fig. 1b zeigt schematisch das Halbleiterelement 100 in einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium. In Fig. 1b umfasst das Halbleiterelement 100 in der P-Potentialtopfstruktur 110 stark N-dotierte Source- und Draingebiete 131 mit leicht dotierten Erweiterungsgebieten 132. In ähnlicher Weise sind in der N-Potentialtopfstruktur 120 stark P-dotierte Source- und Draingebiete 141 einschließlich leicht dotierter Erweiterungsgebiete 142 vorgesehen. Eine Gateisolierschicht 135, beispielsweise eine Gateoxidschicht, ist an der gesamten Oberfläche des Halbleiterelements 100 vorgesehen, um eine Gateelektrode 134 von einem entsprechenden Kanalgebiet 136 und eine Gateelektrode 144 von dem entsprechenden Kanalgebiet 146 zu trennen. Abstandselemente 133 sind an den Seitenwänden der Gateelektrode 134 und entsprechende Abstandselemente 143 sind an den Seitenwänden der Gateelektrode 144 angeordnet. Das Halbleiterelement 100 umfasst somit einen N-Kanaltransistor 130 und einen P-Kanaltransistor 140.
  • Typischerweise werden der N-Kanaltransistor 130 und der P-Kanaltransistor 140 durch die folgenden Prozesse hergestellt. Nach der Wärmebehandlung wird die Gateisolierschicht 135 gebildet, wobei die Gateisolierschicht durch CVD gebildet wird, oder, wenn eine Oxidschicht verwendet wird, kann ein schneller Ofenprozess oder ein konventioneller Ofenoxidationsprozess angewendet werden. Da für gewöhnlich erhöhte Temperaturen bei der Herstellung der Gateisolierschicht 135 beteiligt sind, trägt dieser Prozess weiter zu einer Diffusion der Dotierstoffe in der P-Potentialtopfstruktur 110 und der N- Potentialtopfstruktur 120 bei. Anschließend wird Polysilizium abgeschieden und mittels hochentwickelter fotolithografischer Techniken strukturiert, um die Gateelektroden 134 und 144 zu bilden. Mit einer ersten Implantation werden die Erweiterungsgebiete 132 und 142 definiert und anschließend werden die Abstandselemente 133, 143 gebildet und dienen als Implantationsmaske während eines nachfolgenden Implantationsprozesses zum Definieren der Source- und Draingebiete 131, 141. Da eine weitere Wärmebehandlung notwendig ist, um die Dotierstoffe in den Gebieten 131, 132 und 141, 142 zu aktivieren und um durch vorhergehende Implantationsschritte verursachte Kristallschäden auszuheilen, wird die anfängliche Dotierkonzentration, die in Fig. 2a gezeigt ist, noch stärker beeinflusst, so dass nach den mehreren Wärmebehandlungen die tatsächliche Dotierkonzentration durch den in Fig. 2b gezeigten Graphen repräsentiert wird. Insbesondere ist es daher äußerst schwierig, ein retrogrades Dotierprofil in den Kanalgebieten 136 und 146 zu erreichen oder beizubehalten, was wünschenswert wäre, um darin eine verbesserte Ladungsträgermobilität zu erreichen.
  • Aufgrund der Schwierigkeiten, die beim Erhalten oder Beibehalten eines retrograden Dotierprofiles in dem Kanalgebiet eines Feldeffekttransistors in dem konventionellen Prozessablauf beteiligt sind, gibt es einen Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen, die ein retrogrades Dotierprofil aufweisen.
    • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich im Allgemeinen an ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelements mit einem retrograden Dotierprofil, wobei eine im Wesentlichen monokristalline Kanalschicht gebildet wird, nachdem eine Potentialtopfstruktur mittels Ionenimplantation in einem Halbleitergebiet definiert worden ist. Da die Ionenimplantation sowie die anschließenden Wärmebehandlungsvorgänge vor der Ausbildung der Kanalschicht, die im Wesentlichen das Kanalgebiet des zu bildenden Halbleiterelements aufnimmt, ausgeführt werden, ist die Diffusion von Dotieratomen von der Potentialtopfstruktur in die Kanalschicht deutlich reduziert. Da die Kanalschicht undotiert oder nur leicht dotiert sein kann, kann ein im Wesentlichen retrogrades Dotierprofil in dieser Kanalschicht während der folgenden Prozessschritte beibehalten werden, wobei verbesserte Bauteileigenschaften hinsichtlich einer verbesserten Ladungsträgermobilität und einer verbesserten Qualität der Gateisolierschicht aufgrund einer reduzierten Dotierkonzentration an der Grenzfläche zu der darunter liegenden Kanalschicht gewährleistet wird.
  • Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bildung eines retrograden Dotierprofils in einem Kanalgebiet eines Feldeffekttransistors das Ausbilden einer Potentialtopfstruktur, die in einem Substrat gebildet ist, und das epitaxiale Wachsen einer Kanalschicht über der Potentialtopfstruktur. Des Weiteren werden eine Gateisolierschicht gefolgt von einer Gateelektrode auf der Kanalschicht gebildet. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Bilden eines Drain- und Sourcegebietes in der Potentialtopfstruktur, wobei das Kanalgebiet dazwischen angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum selektiven Bilden eines retrograden Dotierprofils in einem Halbleitergebiet, das auf einem Substrat gebildet ist, das Bilden einer ersten Potentialtopfstruktur in einem ersten Bereich des Halbleitergebiets und das Bilden einer zweiten Potentialtopfstruktur in einem zweiten Bereich des Halbleitergebiets. Ferner wird eine Maskenschicht über der zweiten Potentialtopfstruktur gebildet und eine Kanalschicht wird selektiv epitaxial über der ersten Potentialtopfstruktur aufgewachsen, wobei die Maskenschicht das Wachstum der Kanalschicht auf der zweiten Potentialtopfstruktur verhindert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterbauteil ein Transistorelement, das eine in einem Substrat gebildete Potentialtopfstruktur und eine auf der Potentialtopfstruktur gebildete Diffusionsbarrierenschicht umfasst. Ferner ist eine Kanalschicht auf der Diffusionsbarrierenschicht und eine Gateisolierschicht auf der Kanalschicht gebildet. Das Transistorelement umfasst ferner eine auf der Gateisolierschicht gebildete Gateelektrode und ein Source- und ein Draingebiet, die von einem Kanalgebiet getrennt sind. Eine Dotierkonzentration des Kanalgebiets, das in der Kanalschicht angeordnet ist, steigt von der Gateisolierschicht in Richtung der Diffusionsbarrierenschicht an.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
  • Fig. 1a und 1b schematische Querschnittsansichten eines beispielhaften konventionellen Halbleiterelements in unterschiedlichen Herstellungsstadien;
  • Fig. 2a und 2b schematisch eine vertikale Dotierkonzentration in einer Potentialtopfstruktur des Halbleiterelements der Fig. 1a und 1b nach dem Implantationsprozess und nach mehreren Wärmebehandlungsschritten;
  • Fig. 3a bis 3f schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterelements während diverser Herstellungsstadien gemäß anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 4 schematisch einen Graphen, der die vertikale Konzentration in der Potentialtopfstruktur mit einem Kanalgebiet mit retrograden Dotierprofil darstellt.
  • Anzumerken ist, dass die Figuren lediglich anschaulicher Natur sind und die darin gezeigten Abmessungen und Gebiete sind nicht maßstabsgetreu. Ferner sind die Grenzen zwischen benachbarten Materialschichten und Gebieten als scharfe Linien dargestellt, wohingegen in tatsächlichen Bauteilen diese Grenzen durch graduelle Übergänge gebildet sein können, insbesondere, wenn die Gebiete durch Implantationsprozesse definiert sind.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und in den Zeichnungen dargestellt sind, beabsichtigen die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen nicht, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen Ausführungsformen sollen vielmehr beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung darstellen, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
  • Mit Bezug zu den Fig. 3 und 4 werden nun anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesen Ausführungsformen wird auf ein komplementäres MOS-Transistorpaar als Halbleiterelement, ebenso wie im Paragraphen "Beschreibung des Standes der Technik" Bezug genommen, da ein komplementäres MOS- Transistorpaar einschließlich eines P-Kanal-MOSFETs und eines N-Kanal-MOSFETs ein häufig verwendetes Halbleiterelement in modernen integrierten Schaltungen ist. Typischerweise zeigt der P-Kanal-MOS-Transistor eine geringere Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den N-Kanal-MOS-Transistor aufgrund der deutlich reduzierten Mobilität der positiven Löcher in dem P-Kanal des P-Kanal-MOS-Transistors. Somit repräsentieren die in den Fig. 3a bis 3e gezeigten anschaulichen Ausführungsformen die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einem P-Kanal-MOS-Transistor, wodurch damit zumindest teilweise die reduzierte Leistungsfähigkeit des P-Kanal-MOS-Transistors im Vergleich zu dem N-Kanal-MOS-Transistor kompensiert werden kann. Die Eigenschaften des N-Kanal-MOS-Transistors bleiben im Wesentlichen unverändert, so dass ein hohes Maß an Symmetrie in den elektrischen Eigenschaften des N-Kanaltransistors und des P-Kanaltransistors erhalten werden kann. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung jedoch auch auf N-Kanaltransistoren oder auf sowohl P-Kanaltransistoren als auch N-Kanaltransistoren angewendet werden.
  • Fig. 3a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterelements 300 mit einer P-Potentialtopfstruktur 310 und einer N-Potentialtopfstruktur 320, die in einem Halbleitergebiet 301 gebildet sind. Anzumerken ist, dass das Substrat 301 ein beliebiges geeignetes Substrat zur Bildung eines Halbleitergebiets sein kann, in dem die P- und N- Potentialtopfstrukturen 310 und 320 gebildet werden können. Es ist somit beabsichtigt, dass das Halbleitersubstrat 301 ein beliebiges Substrat beispielsweise mit einem isolierendem Material, etwa Saphir, Glas und dergleichen, auf oder in dem ein geeignetes Halbleitergebiet gebildet ist, um die Herstellung der entsprechenden Potentialtopfstrukturen 310 und 320 zu ermöglichen, mit einschließt. Ferner umfasst das Halbleiterelement 300 eine Flachgrabenisolation 302 mit einem isolierenden Material, etwa Siliziumdioxid, um die P-Potentialtopfstruktur 310 und die N-Potentialtopfstruktur 320 zu isolieren. Die P-Potentialtopfstruktur 310 und die N-Potentialtopfstruktur 320 weisen jeweils entsprechende Dotierstoffe auf, die in den entsprechenden Potentialtopfstrukturen so angeordnet sind, um zu einer beispielhaften vertikalen (mit Bezug zu der Zeichnung) Dotierkonzentration zu führen, wie sie beispielsweise in Fig. 2a gezeigt ist. Zum Beispiel kann die P-Potentialtopfstruktur 310 Boratome und die N-Potentialtopfstruktur 320 Phosphor- und/oder Arsenatome aufweisen, um die erforderliche Leitfähigkeit bereitzustellen. Ferner ist eine Maskenschicht 360 über der P-Potentialtopfstruktur 310 gebildet, wobei die Maskenschicht ein isolierendes Material aufweisen kann, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und mit Silizium reagiertes Nitrid, etc. Das Material der Maskenschicht 360 sollte eine gute Ätzselektivität mit Bezug zu dem Halbleitermaterial und zu dem isolierenden Material der Flachgrabenisolation 302 aufweisen. Wenn beispielsweise das Halbleitermaterial in der P-Potentialtopfstruktur und in der N-Potentialtopfstruktur 310, 320 Silizium ist und Siliziumdioxid als das Material der Flachgrabenisolation verwendet wird, zeigen Siliziumnitrid und mit Silizium reagiertes Nitrid eine ausreichende und geeignete Selektivität in den anschließenden Ätzprozessen.
  • In einer Ausführungsform wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wenn die Maskenschicht 360 im Wesentlichen Siliziumdioxid aufweist, eine Ätzstopschicht 361, beispielsweise aus Siliziumnitrid hergestellt, unter der Maskenschicht 360 gebildet, um einen Endpunkt für einen anschließenden Ätzvorgang zu definieren.
  • En typischer Prozessablauf zur Herstellung des in Fig. 3a gezeigten Halbleiterelements 300 kann die folgenden Schritte aufweisen. Nach der Bildung der Flachgrabenisolation 302 werden die P-Potentialtopfstruktur 310 und die N-Potentialtopfstruktur 320 mittels Ionenimplantation definiert, wobei mehrere Implantationsschritte angewendet werden können, wie diese mit Bezug zu Fig. 1a beschrieben ist.
  • In einer speziellen Ausführungsform wird die N-Potentialtopfstruktur 320 durch eine erste Implantation mit Phosphorionen mit einer Energie von 400-800 keV (Kiloelektronenvolt) mit einer Dosis von 2 × 1013-1 × 1014 Teilchen pro Quadratzentimeter definiert. In einem zweiten Implantationsschritt werden Phosphorionen in die N-Potentialtopfstruktur 320 mit einer Energie von 150-250 keV mit einer Dosis von 2 × 1012-5 × 1013 Teilchen pro Quadratzentimeter, gefolgt von einem weiteren Phosphorimplantationsschritt mit einer Energie von 50-100 keV mit einer Dosis von 2 × 1012-5 × 1013 Teilchen pro Quadratzentimeter implantiert. Schließlich wird ein Implantationsschritt mit Arsenionen mit einer Energie von 30-70 keV mit einer Dosis von 1 × 1012-1 × 1013 oder mit Phosphorionen mit einer Energie von 20-50 keV mit einer Dosis von 1 × 1012-1 × 1013 durchgeführt, um grob die Schwellwertspannung des in und auf der N-Potentialtopfstruktur 320 zu bildenden Transistorelements einzustellen.
  • In einer Ausführungsform kann die letzte Schwellwertimplantation in diesem Stadium des Herstellungsvorganges weggelassen werden und kann zu einer späteren Zeit ausgeführt werden, wie dies im Folgenden beschrieben wird. Anschließend wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, etwa ein schneller thermischer Ausheizvorgang, um Dotieratome in der P-Potentialtopfstruktur 310 und der N-Potentialtopfstruktur 320 zu aktivieren und um während der Implantationsschritte erzeugte Gitterschäden auszuheilen. Anschließend werden die Maskenschicht 360 und falls erforderlich die Ätzstopschicht 361 abgeschieden und mittels konventioneller fotolithografischer Techniken strukturiert.
  • Fig. 3b zeigt das Halbleiterelement 300 mit einer epitaxial gewachsenen Kanalschicht 350, die auf der N-Potentialtopfstruktur 320 gebildet ist. Die Kanalschicht 350 kann ein undotiertes Halbleitermaterial, etwa Silizium, aufweisen oder ein leicht dotiertes Halbleitermaterial, wie es erforderlich ist, um das gewünschte retrograde Dotierprofil nach der Fertigstellung des Halbleiterelements 300 zu erhalten. Ferner kann die Dicke der Kanalschicht 350 gesteuert werden, um das gewünschte Dotierprofil zu erhalten. In anschaulichen Ausführungsformen kann die Dicke der Kanalschicht 350 im Bereich von ungefähr 10-100 Nanometer (nm) liegen. Gemäß einer speziellen Ausführungsform kann, wie in Fig. 3b gezeigt ist, eine Diffusionsbarrierenschicht 351 zwischen der Kanalschicht 350 und der Potentialtopfstruktur 320 vorgesehen sein. Die Diffusionsbarrierenschicht 351 ist ebenfalls eine epitaxial gewachsene Schicht, wobei die Materialzusammensetzung so gewählt ist, um im Wesentlichen der Gitterstruktur des darunter liegenden Halbleitergitters angepasst zu sein und ebenso um eine Diffusionsaktivität der Dotieratome in der N- Potentialtopfstruktur 320 zu verringern. In einer Ausführungsform weist die Diffusionsbarrierenschicht 351 im Wesentlichen Silizium und Germanium auf, wobei das Verhältnis von Silizium zu Germanium so variiert wird, um die erforderlichen Diffusionsbarriereneigenschaften für Arsen- und Phosphoratome zu erhalten. Typischerweise bietet ein Germaniumanteil von 1-30% Atome, d. h. 1-30% Germaniumatome im Siliziumgitter, ein ausreichendes Maß an Einschränkung der Diffusion von Arsen- und Phosphoratomen in die darüber liegende Kanalschicht in anschließenden Wärmebehandlungen.
  • Beim Bilden der Kanalschicht 350 und ggf. der Diffusionsbarrierenschicht 351 können Prozessparameter, etwa der Umgebungsdruck, so gewählt werden, dass das Kristallwachstum der Kanalschicht 350 und der Diffusionsbarrierenschicht 351 im Wesentlichen auf die Oberfläche der N-Potentialtopfstruktur 320 beschränkt ist. Somit bleiben die Maskenschicht 360 und die Flachgrabenisolation 302 im Wesentlichen unbedeckt von der Kanalschicht 350 und der Diffusionsbarrierenschicht 351, mit Ausnahme einer minimalen Überlappung, die durch das im Wesentlichen horizontale Wachstum der Schichten 350 und 351 verursacht wird. Ferner kann in der Ausführungsform mit der Diffusionsbarrierenschicht 351 die Dicke der Schicht 351 in einem Bereich von ungefähr 2 bis 20 nm gesteuert werden, um die erforderliche diffusionsreduzierende Eigenschaft bereitzustellen, ohne die Anzahl der Gitterfehler aufgrund der leichten Fehlanpassung der Gitterkonstanten der Diffusionsbarrierenschicht 351 zu dem darüber liegenden und darunter liegenden Halbleitergitter unakzeptabel zu erhöhen.
  • Fig. 3c zeigt spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die N- Potentialtopfstruktur 320 vor der Ausbildung der Kanalschicht 350 und der Barrierendiffusionsschicht 351 abgetragen worden ist. Das Abtragen der N-Potentialtopfstruktur kann durch gut bekannte Ätzverfahren erreicht werden, die ähnlich sind zu jenen, die zur Bildung der Flachgrabenisolationen eingesetzt werden. In einer Ausführungsform kann das Abtragen der N-Potentialtopfstruktur 320 vor dem Implantieren der Dotierstoffe in die N-Potentialtopfstruktur 320 ausgeführt worden sein, so dass im Wesentlichen die gleichen Implantationsparameter verwendbar sind, wie sie mit Bezug zu Fig. 3a beschrieben sind. In einer weiteren Ausführungsform wird die N-Potentialtopfstruktur 320 nach dem Implantieren der Dotierstoffe und nach oder vor der Wärmebehandlung des Halbleiterelements 300 abgetragen. In diesem Falle sind die Implantationsparameter entsprechend angepasst worden, um die erforderliche Dotierkonzentration an einer spezifizierten Tiefe der N-Potentialtopfstruktur 320 zu erreichen, nachdem diese abgetragen worden ist. Das heißt, die Implantationsparameter werden so modifiziert, um den Dotierkonzentrationsspitzenwert der einzelnen Implantationsschritte bei einer Tiefe anzusiedeln, die tiefer in der N-Potentialtopfstruktur 320 angeordnet ist, um damit dem Abtragen der N-Potentialtopfstruktur 320 Rechung zu tragen. Dies kann erreicht werden, indem die Implantationsenergie um ungefähr 25-300% für eine Abtragstiefe von ungefähr 10-100 nm erhöht wird. Nach Abtragen der N-Potentialtopfstruktur 320 können die Diffusionsbarrierenschicht 351, falls diese erforderlich ist, und die Kanalschicht 350 so aufgewachsen werden, wie dies mit Bezug zu Fig. 3b beschrieben ist. Das Vertiefen der N- Potentialtopfstruktur 320 vor der Ausbildung der epitaxial gewachsenen Schichten 350, 351 liefert eine im Wesentlichen ebene Oberfläche, wodurch die weitere Bearbeitung des Halbleiterelements 300 verbessert wird.
  • Fig. 3d zeigt das Halbleiterelement 300 mit einer Gateisolierschicht 335, die über der Kanalschicht 350 und der P-Potentialtopfstruktur 310 gebildet ist. Vor der Ausbildung der Gateisolierschicht 335, die eine Halbleiteroxidverbindung aufweisen kann, etwa Siliziumdioxid, werden die Maskenschicht 360 und, falls vorhanden, die Ätzstopschicht 361 durch einen selektiven Ätzvorgang entfernt.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann vor der Bildung der Gateisolierschicht 335 ein weiterer Implantationsprozess durchgeführt werden, um die Schwellwertspannung des in und auf der N-Potentialtopfstruktur 320 zu bildenden P-MOS-Transistors einzustellen. Dieser zusätzliche Implantationsschritt zur Bereitstellung einer ausreichenden Schwellwertspannung für den P-MOS-Transistor kann vorzugsweise ausgeführt werden, wenn die Gateisolationsschicht 335 anschließend durch einen chemischen Dampfabscheidevorgang oder einen schnellen thermischen Oxidationsprozess gebildet wird, in denen aufgrund der verringerten Temperatur und/oder der reduzierten Prozesszeit im Vergleich zu einem konventionellen Ofenprozess, ein Aufwärtsdiffundieren von Dotieratomen minimal ist, so dass als Folge der minimalen Aufwärtsdiffusion während des Herstellungsprozesses der Gateisolationsschicht 335 eine zum Erreichen einer gewünschten Schwellwertspannung erforderliche Dotierkonzentration nicht erhalten wird. Folglich liefert der zusätzliche Implantationsprozess die geeignete Dotierkonzentration in der Kanalschicht 350, um die erforderliche Schwellwertspannung festzulegen. In der Ausführungsform mit der Diffusionsbarrierenschicht 351 ist das Aufwärtsdiffundieren von Dotierstoffen minimiert, selbst wenn ein konventioneller Ofenprozess zur Herstellung der Gateisolationsschicht 335 angewendet wird. Somit kann die Schwellwertspannung durch einen zusätzlichen Implantationsprozess eingestellt werden, um die Dotieratome in der Kanalschicht 350 anzuordnen, wie dies durch Bezugszeichen 370 gekennzeichnet ist. Wie zuvor angemerkt wurde, kann während der Bildung der N-Potentialtopfstruktur 320 eine Schwellwertspannungsimplantation durchgeführt worden sein oder nicht, so dass die Schwellwertimplantation 370 entsprechend zu der Dotierkonzentration in der N- Potentialtopfstruktur 320 gesteuert werden kann. Das heißt, die Dotierdosis während der Schwellwertimplantation, um die Dotieratome 370 einzuführen, wird verringert, wenn eine Schwellwertspannungsimplantation zu Beginn bereits durchgeführt worden ist. Andererseits wird die Dotierdosis entsprechend erhöht, wenn keine derartige anfängliche Schwellwertspannungsimplantation ausgeführt worden ist.
  • Folglich kann die Schwellwertspannung eingestellt werden, indem die anfängliche Dotierkonzentration in der N-Potentialtopfstruktur 320, die Anwesenheit der Diffusionsbarrierenschicht 351 und deren entsprechende diffusionshindernde Eigenschaften, d. h. Materialzusammensetzung und Dicke, und die Eigenschaften der Kanalschicht 350, d. h. deren anfänglicher Grad an Dotierung und die Dicke, in Betracht gezogen werden.
  • In einer speziellen Ausführungsform kann die Ausbildung der Gateisolierschicht 335 in zwei Schritten durchgeführt werden, wobei in dem ersten Schritt die Gateisolationsschicht 335 ohne Entfernung der Maskenschicht 360, die vorzugsweise Siliziumnitrid aufweist, gebildet worden ist, so dass die Kanalschicht 350 einen ersten Teil der Gateisolationsschicht 335 (nicht gezeigt) aufnimmt. Anschließend wird in dem zweiten Schritt ein zweiter Bereich der Gateisolationsschicht 335 nach dem Entfernen der Maskenschicht 360 gebildet, so dass die P-Potentialtopfstruktur 310 die Gateisolationsschicht 335 mit einer Dicke erhält, die im Vergleich zu der Dicke der Gateisolationsschicht 335 auf der Kanalschicht 350 reduziert ist.
  • In Fig. 3e weist die N-Potentialtopfstruktur 320 die Gateisolationsschicht 335 mit einer ersten Dicke 380, die größer als eine zweite Dicke 390 der Gateisolationsschicht 335 ist, die über der P-Potentialtopfstruktur 310 gebildet ist. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn zwei Arten von Transistorelementen auf einer einzelnen Chipfläche vorhanden sind. Beispielsweise ist eine dünne Gateisolationsschicht 335 für Hochgeschwindigkeitsfeldeffekttransistoren mit einer kurzen Kanallänge wichtig, wie dies zuvor beschrieben ist, so dass diese Arten von Transistorelementen durch die Maskenschicht 360 bedeckt sind, um die Gateisolationsschicht mit der zweiten Dicke 390 zu empfangen, um damit die geforderte hohe Leistungsfähigkeit hinsichtlich schneller Schaltzeiten und hoher Stromtreibereigenschaften sicher zu stellen. Andererseits kann ein Transistorelement mit der Gateisolationsschicht 335 mit der ersten Dicke 380 ein Transistorelement sein, das einen extrem niedrigen Leckstrom aufweisen soll, wie dies in RAM/ROM-Gebieten der Fall ist, wobei vorzugsweise die Kanallänge vergrößert ist und ein dickeres Gateoxid einen minimalen Leckstrom sicherstellt. Dabei sorgen die verbesserte Gateisolationsschichtqualität und die erhöhte Ladungsträgermobilität aufgrund der reduzierten Dotierkonzentration in der Kanalschicht 350 für deutlich verbesserte Gleichstromeigenschaften der entsprechenden Transistorelemente. Somit zeigen Transistorelemente mit geringem Leckstrom, unabhängig, ob es sich um P-Kanaltransistoren oder N-Kanalschichttransistoren handelt, verbesserte Bauteileigenschaften im Vergleich zu konventionellen Transistorelementen ohne das retrograde Dotierprofil in der Kanalschicht 350, wobei gleichzeitig Hochgeschwindigkeitstransistorelemente, die eine dünne Gateisolationsschicht benötigen, ohne Zusatz an Prozesskomplexität bereit gestellt werden können.
  • Fig. 3f zeigt schematisch das Halbleiterelement 300 mit einem fertiggestellten N-Kanaltransistor 330 und einem fertiggestellten P-Kanaltransistor 340. Der N-Kanaltransistor 330 umfasst stark N-dotierte Source- und Draingebiete 331 mit leicht dotierten Erweiterungsgebieten 332 in der P-Potentialtopfstruktur 310. Ferner ist eine Gateelektrode 334 auf der P-Potentialtopfstruktur 310 angeordnet, die davon durch die Gateisolationsschicht 335 isoliert ist. Abstandselemente 333 sind an den Seitenwänden der Gateelektrode 334 vorgesehen.
  • Der P-Kanaltransistor 340 weist stark P-dotierte Source- und Draingebiete 341 mit leicht dotierten Erweiterungsgebieten 342 in der N-Potentialtopfstruktur 320 auf. Eine Gateelektrode 344 ist auf der Kanalschicht 350 vorgesehen und ist davon mittels der Gateisolationsschicht 335 isoliert. Abstandselemente 343 sind an den Seitenwänden der Gateelektrode 344 vorgesehen.
  • Der in der Herstellung des Halbleiterelements 300, wie es in Fig. 3f dargestellt ist, beteiligte Prozessablauf kann ähnliche Schritte aufweisen, wie sie bereits mit Bezug zu den Fig. 1a bis 1c beschrieben worden sind. Daher wird eine detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • Gemäß den anschaulichen Ausführungsformen, die mit Bezug zu den Fig. 3a bis 3f beschrieben sind, umfasst der N-Kanaltransistor 330 ein Kanalgebiet 336, das unter der Gateisolationsschicht 335 und zwischen den Erweiterungsgebieten 332 angeordnet ist, wobei das Kanalgebiet 336 ein Dotierprofil aufweist, das ähnlich zu einem Dotierprofil ist, wie es in Fig. 2b gezeigt ist. Das heißt, das Kanalgebiet 336 zeigt im Wesentlichen kein retrogrades Dotierprofil. Im Gegensatz dazu kann ein Kanalgebiet 346 in der Kanalschicht 350 eine Dotierkonzentration aufweisen, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist.
  • In Fig. 4 zeigt die als "Tiefe" gekennzeichnete vertikale Achse die Tiefe in der N-Potentialtopfstruktur 320 einschließlich der Kanalschicht 350 an. Die horizontale Achse, die mit "Konzentration" bezeichnet ist, stellt eine Konzentration der Dotieratome in der N- Potentialtopfstruktur 320 und der Kanalschicht 350 und möglicherweise in der Diffusionsbarrierenschicht 351 dar. Die entsprechende Dicke der Schichten 351 und 350 ist durch die Klammern an der linken Seite der vertikalen Achse gekennzeichnet. Eine als 400 bezeichnete Kurve stellt die Dotierkonzentration der N-Potentialtopfstruktur 320 dar, die die typisch "verschmierte" Verteilung wie in einem konventionell hergestellten Bauteil zeigt. Gemäß einer Kurve 402 fällt die Dotierkonzentration deutlich in der Diffusionsbarrierenschicht und der Kanalschicht 350 in Richtung zur Gateisolationsschicht 335 ab. Die Dotierkonzentration an der Oberseite der Kanalschicht 350 kann eingestellt werden durch Steuern der Dicke der Kanalschicht 350, des anfänglichen Dotiergrades der Kanalschicht 350, durch Bereitstellen einer Diffusionsbarrierenschicht 351 und der Art der Zusammensetzung und der Schichtdicke der Schicht 351, und durch Bereitstellen und Steuern eines zusätzlichen Schwellwertspannungsimplantationsprozesses, wie dies zuvor beschrieben ist. Folglich können die Steigung der Konzentrationskurve 402 sowie die minimale Konzentration an der Grenzfläche zu der Gateisolationsschicht 335 in Übereinstimmung mit Entwurfserfordernissen durch Steuern einer oder mehrerer der obigen Parameter eingestellt werden. Eine Kurve 401 repräsentiert eine alternative Dotierkonzentration in der Kanalschicht 350. Somit ermöglicht es die vorliegende Erfindung, ein retrogrades Dotierprofil in dem Kanalgebiet eines Feldeffekttransistorelements zu erzeugen, wobei das Dotierprofil entsprechend zu Leistungsanforderungen des Feldeffekttransistorelements zielgenau angepasst werden kann. Anzumerken ist, dass obwohl die anschaulichen Ausführungsformen sich auf Silizium basierte Halbleiterelemente beziehen, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ebenso auf andere Halbleiterelemente mit beispielsweise Germanium oder anderen III-V oder II-VI Halbleitern anwendbar ist.
  • Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann offenkundig angesichts dieser Beschreibung. Folglich ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich zu betrachten und dient dem Zwecke, dem Fachmann die allgemeine Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich repräsentieren die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen.

Claims (41)

1. Verfahren zur Herstellung eines retrograden Dotierprofils in einem Kanalgebiet eines Feldeffekttransistors, wobei das Verfahren umfasst:
Bilden einer Potentialtopfstruktur in einem Substrat;
epitaxiales Wachsen einer Kanalschicht auf der Potentialtopfstruktur;
Bilden einer Gateisolationsschicht und einer Gateelektrode auf der Kanalschicht; und
Bilden eines Drain- und eines Sourcegebietes in der Potentialtopfstruktur, wobei das Kanalgebiet zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet ist.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: epitaxiales Wachsen einer Diffusionsbarrierenschicht vor dem Wachsen der Kanalschicht, wobei eine Diffusion von Dotierstoffen, die in der Potentialtopfstruktur vorhanden sind, durch die Diffusionsbarrierenschicht verringert ist.
3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden einer Potentialtopfstruktur umfasst: Implantieren von Dotierionen in das Substrat und Wärmebehandeln des Substrats, um die Dotieratome zu aktivieren und Gitterschäden auszuheilen.
4. Das Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst: Steuern einer Dicke der Kanalschicht und/oder eines Implantationsparameters, um das retrograde Dotierprofil in der Kanalschicht zu steuern.
5. Das Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Steuern eines Implantationsparameters zum Einführen von Dotierstoffen in die Potentialtopfstruktur, und/oder einer Dicke der Kanalschicht und/oder einer Dicke der Diffusionsbarrierenschicht.
6. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Implantieren von Ionen in die Kanalschicht vor dem Ausbilden der Gateisolationsschicht, um eine Schwellwertspannung des Feldeffekttransistors einzustellen.
7. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei epitaxiales Wachsen der Diffusionsbarrierenschicht umfasst: Steuern der Materialzusammensetzung in der Diffusionsbarrierenschicht und Steuern einer Dicke der Diffusionsbarrierenschicht, um eine diffusionshindernde Eigenschaft der Diffusionsbarrierenschicht einzustellen.
8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der Kanalschicht im Bereich von ungefähr 10-100 Nanometer liegt.
9. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Dicke der Diffusionsbarrierenschicht im Bereich von ungefähr 2-20 Nanometer liegt.
10. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei Phosphor- und/oder Arsenatome in der Potentialtopfstruktur vorgesehen sind und wobei die Diffusionsbarrierenschicht eine Siliziumgermaniumverbindung aufweist.
11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Verhältnis von Germaniumatomen zu Siliziumatomen in der Diffusionsbarrierenschicht ungefähr 1-30 Atom-% beträgt.
12. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des epitaxialen Wachsens der Kanalschicht eine Dotierkonzentration der Kanalschicht gesteuert wird.
13. Verfahren zum selektiven Bilden eines retrograden Dotierprofils in einem Halbleitergebiet, das auf einem Substrat gebildet ist, wobei das Verfahren umfasst:
Bilden einer ersten Potentialtopfstruktur in einem ersten Bereich des Halbleitergebiets;
Bilden einer zweiten Potentialtopfstruktur in einem zweiten Bereich des Halbleitergebiets;
Bilden einer Maskenschicht auf der zweiten Potentialtopfstruktur; und
selektives epitaxiales Wachsen einer Kanalschicht auf der ersten Potentialtopfstruktur, wobei die Maskenschicht ein Wachsen der Kanalschicht auf der zweiten Potentialtopfstruktur verhindert.
14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Maskenschicht Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid und/oder mit Silizium reagiertes Nitrid aufweist.
15. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Bilden einer Ätzstopschicht auf der zweiten Potentialtopfstruktur vor dem Bilden der Maskenschicht umfasst.
16. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das selektive epitaxiale Wachsen einer Diffusionsbarrierenschicht vor dem Wachsen der Kanalschicht umfasst.
17. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Steuern des retrograden Dotierprofils durch Steuern eines Implantationsparameters während der Herstellung der ersten Potentialtopfstruktur und/oder einer Dicke der Kanalschicht.
18. Das Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst: Steuern eines Implantationsparameters während der Bildung der ersten Potentialtopfstruktur und/oder einer Dicke der Kanalschicht und/oder einer Dicke der Diffusionsbarrierenschicht.
19. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Bilden einer Gateisolationsschicht auf den ersten und zweiten Potentialtopfstrukturen umfasst.
20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Bilden einer Gateisolationsschicht umfasst:
Entfernen der Maskenschicht und Bilden der Gateisolationsschicht auf den ersten und zweiten Potentialtopfstrukturen.
21. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Bilden einer Gateisolationsschicht umfasst:
Bilden eines ersten Bereichs der Gateisolationsschicht auf der ersten Potentialtopfstruktur;
Entfernen der Maskenschicht; und
Bilden eines zweiten Bereichs auf der zweiten Potentialtopfstruktur, wobei die Dicke des ersten Bereichs vergrößert wird.
22. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Bilden einer Vertiefung in dem ersten Bereich des Halbleitergebiets vor dem Wachsen der Kanalschicht umfasst.
23. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei die erste Potentialtopfstruktur mittels Ionenimplantation vor dem Bilden der Vertiefung gebildet wird, wobei Implantationsparameter so gesteuert werden, um ein erforderliches Dotierprofil in der ersten Potentialtopfstruktur nach der Bildung der Vertiefung zu erhalten.
24. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Bilden der ersten Potentialtopfstruktur mittels Ionenimplantation nach Bilden der Vertiefung ausgeführt wird.
25. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Implantieren von Ionen in die Kanalschicht zur Einstellung einer Schwellwertspannung umfasst.
26. Das Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Bilden eines ersten und eines zweiten Transistorelements in jeweils den ersten und zweiten Potentialtopfstrukturen umfasst.
27. Das Verfahren nach Anspruch 26, wobei die ersten und zweiten Transistorelemente entsprechend ein P-Kanal- und ein N-Kanalfeldeffekttransistor sind.
28. Das Verfahren nach Anspruch 21 und 26, wobei das erste Transistorelement ein Transistor mit geringem Leckstrom und das zweite Transistorelement ein Hochgeschwindigkeitstransistor ist.
29. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Dicke der Kanalschicht im Bereich von ungefähr 10-100 nm liegt.
30. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Dicke der Diffusionsbarrierenschicht im Bereich von ungefähr 2-20 nm liegt.
31. Halbleiterelement mit:
einem ersten Transistorelement mit:
einer Potentialtopfstruktur, die in einem Substrat gebildet ist;
einer auf der Potentialtopfstruktur gebildeten Diffusionsbarrierenschicht;
einer auf der Barrierenschicht gebildeten Kanalschicht;
einer auf der Kanalschicht gebildeten Gateisolationsschicht;
einer auf der Gateisolationsschicht gebildeten Gateelektrode;
einem Sourcegebiet und einem Draingebiet, die in der Potentialtopfstruktur ausgebildet sind und durch ein Kanalgebiet getrennt sind,
wobei eine Dotierkonzentration in dem Kanalgebiet von der Gateisolationsschicht in Richtung der Diffusionsbarrierenschicht abnimmt.
32. Das Halbleiterelement nach Anspruch 31, wobei die Diffusionsbarrierenschicht Silizium und Germanium aufweist.
33. Das Halbleiterelement nach Anspruch 32, wobei ungefähr 1-30% Germaniumatome in der Diffusionsbarrierenschicht vorgesehen sind.
34. Das Halbleiterelement nach Anspruch 31, wobei eine Dicke der Kanalschicht im Bereich von ungefähr 10 bis 100 Nanometer liegt.
35. Das Halbleiterelement nach Anspruch 31, wobei eine Dicke der Diffusionsbarrierenschicht im Bereich von ungefähr 2 bis 20 Nanometer liegt.
36. Das Halbleiterelement nach Anspruch 31, das ferner ein zweites Transistorelement umfasst.
37. Das Halbleiterelement nach Anspruch 36, wobei eine Gateisolationsschicht des zweiten Transistorelement eine Dicke aufweist, die geringer ist als eine Dicke der Gateisolierschicht des ersten Transistorelements.
38. Das Halbleiterelement nach Anspruch 31, wobei das erste Transistorelement ein P- Kanaltransistor und/oder ein N-Kanaltransistor und/oder ein Hochgeschwindigkeits- Kurzkanaltransistor und/oder ein Transistor mit geringem Leckstrom ist.
39. Das Halbleiterelement nach Anspruch 36, wobei das zweite Transistorelement ein P-Kanaltransistor und/oder ein N-Kanaltransistor und/oder ein Hochgeschwindigkeits-Kurzkanaltransistor und/oder ein Transistor mit geringem Leckstrom ist.
40. Das Halbleiterelement nach Anspruch 36, das ferner umfasst: eine erste Chipfläche und eine zweite Chipfläche, wobei die erste Chipfläche mehrere erste Transistorelemente und die zweite Chipfläche mehrere zweite Transistorelemente enthält, wobei die zweiten Transistorelemente jeweils eine dünnere Gateisolationsschicht aufweisen als die ersten Transistorelemente.
41. Das Halbleiterelement nach Anspruch 36, wobei die ersten und die zweiten Transistorelemente ein komplementäres MOS-Paar bilden, wobei das erste Transistorelement der P-Kanaltransistor ist.
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