DE10231965B4 - Method for producing a T-gate structure and an associated field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung einer T-Gate-Struktur mit den Schritten:
a)
Ausbilden eines Opfer-Gatestapels (2, 3, 4) auf einem Halbleitersubstrat
(1);
b) Ausbilden einer Seitenwand-Isolationsstruktur (5S,
6S) an den Seitenwänden
des Opfer-Gatestapels (2, 3, 4);
c) Entfernen des Opfer-Gatestapels
(2, 3, 4) zum Ausbilden einer Gate-Aussparung (A);
d) Entfernen
eines Teils (5S) der Seitenwand-Isolationsstruktur (5S, 6S) im oberen
Bereich (I) zum Ausbilden einer verbreiterten Gate-Aussparung (AA);
und
e) Auffüllen
der verbreiterten Gate-Aussparung (AA) mit einem hochleitfähigen Material
(12),
dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) der Opfer-Gatestapel
(2, 3, 4) zum Freilegen des Halbleitersubstrats (1) vollständig entfernt
wird;
ein Gate-Dielektrikum (9) zumindest am freigelegten Halbleitersubstrat
(1) ausgebildet wird;
eine Gateschicht (10) auf dem Gate-Dielektrikum
(9) ausgebildet wird; und
die Gateschicht (10) in einem oberen
Bereich (I) wieder entfernt wird.Method for producing a T-gate structure with the steps:
a) forming a sacrificial gate stack (2, 3, 4) on a semiconductor substrate (1);
b) forming a sidewall isolation structure (5S, 6S) on the sidewalls of the sacrificial gate stack (2, 3, 4);
c) removing the sacrificial gate stack (2, 3, 4) to form a gate recess (A);
d) removing a part (5S) of the sidewall insulating structure (5S, 6S) in the upper region (I) to form a widened gate recess (AA); and
e) filling the widened gate recess (AA) with a highly conductive material (12),
characterized in that in step c) the sacrificial gate stack (2, 3, 4) for exposing the semiconductor substrate (1) is completely removed;
a gate dielectric (9) is formed at least on the exposed semiconductor substrate (1);
a gate layer (10) is formed on the gate dielectric (9); and
the gate layer (10) in an upper area (I) is removed again.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer T-Gate-Struktur sowie eines zugehörigen Feldeffekttransistors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to a method of manufacture a T-gate structure and an associated field effect transistor according to the generic term of claim 1
Ein
derartiges gattungsbildendes Verfahren ist beispielsweise aus der
Druckschrift
Mit der fortschreitenden Integrationsdichte von Halbleiterschaltungen verringern sich zunehmend auch die kritischen Abmessungen bzw. kleinsten Strukturgrößen von Halbleiterbauelementen. Ein Transistortyp der in derartigen Halbleiterschaltungen weit verbreitet ist, ist der sogenannte Feldeffekttransistor, bei dem ein Strom zwischen einem Sourcegebiet und einem Draingebiet über eine sogenannte Steuer-Elektrode bzw. ein Gate angesteuert wird.With the progressive integration density of semiconductor circuits The critical dimensions and smallest ones are also increasingly decreasing Structure sizes of Semiconductor devices. A type of transistor widely used in such semiconductor circuits is widespread, is the so-called field effect transistor, in which a current between a source region and a drain region via a so-called control electrode or a gate is driven.
Die Leistungsfähigkeit und insbesondere die elektrischen Eigenschaften dieses Transistortyps sind jedoch wesentlich von seiner Größe bestimmt, wobei insbesondere für Strukturgrößen unterhalb von 100 Nanometer wesentliche Probleme auftreten. Insbesondere sind für Feldeffekttransistoren hierbei der elektrische Widerstand der Steuerschicht bzw. des Gates sowie eine Gate-Kapazität zu nennen. Die mit der fortschreitenden Miniaturisierung sich verkleinernden Strukturgrößen führen jedoch zu erhöhten Gate-Kapazitäten und erhöhten Gate-Widerständen, die die elektrischen Eigenschaften wie z.B. die Schalt-Geschwindigkeit und dem Leistungsverbrauch der Schaltung beeinflussen.The capacity and in particular the electrical properties of this transistor type however, essentially determined by its size, where especially for Structure sizes below 100 nanometers significant problems occur. In particular are for field effect transistors Here, the electrical resistance of the control layer or the gate as well as a gate capacitance to call. The ones shrinking with the progressive miniaturization However, structure sizes lead to increased gate capacities and increased Gate resistors, the the electrical properties such as the switching speed and affect the power consumption of the circuit.
Genauer gesagt wird auf Grund der sich verkürzenden Gate-Längen bzw. Kanallängen der Gate-Widerstand größer, wodurch insbesondere die Taktraten begrenzt werden.More accurate said gate resistance is due to the shortening gate lengths or channel lengths bigger, thereby in particular, the clock rates are limited.
Zur Beseitigung derartiger negativer Effekte wurde daher eine sogenannte T-Gate-Struktur eingeführt, bei der die Steuerschicht bzw. das Gate eine T-Form aufweist. Durch diese T-Form können im unteren Bereich weiterhin die erwünschten geringen Kanallängen realisiert werden, während auf Grund der Verbreiterung im oberen Bereich ausreichend kleine Gate-Widerstände ermöglicht werden.to Elimination of such negative effects has therefore become a so-called T-gate structure introduced, wherein the control layer or the gate has a T-shape. By this T-shape can be used in lower area continues to realize the desired low channel lengths be while due to the widening in the upper area sufficiently small Gate resistors are enabled.
Zur
Realisierung derartiger T-Gate-Strukturen werden üblicherweise
in einem dielektrischen Material zunächst ein breiter aber flacher
erster Graben und anschließend
im ersten Graben ein schmaler aber tiefer zweiter Graben ausgebildet
und mit einem leitenden Halbleitermaterial aufgefüllt, wodurch man
die gewünschte
T-Gate-Struktur erhält.
Ein derartiges herkömmliches
Verfahren zur Herstellung von T-Gate-Strukturen ist beispielsweise
aus der Druckschrift
Ferner
sind aus den Druckschriften
Aus
der Druckschrift
Ferner
wird gemäß dem gattungsbildenden Verfahren
zur Herstellung einer T-Gate-Struktur nach der Druckschrift
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung einer T-Gate-Struktur sowie eines zugehörigen Feldeffekttransistors zu schaffen, welches kostengünstig ist und auch für sub-100 Nanometer-Strukturen brauchbare elektrische Eigenschaften aufweist.Of the The invention is therefore based on the object, a process for the preparation a T-gate structure and an associated field effect transistor to create which cost is and also for Sub-100 nanometer structures have useful electrical properties having.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der T-Gate-Struktur durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Feldeffekttransistors durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 13 gelöst.According to the invention this Task regarding the T-gate structure through the measures of Patent claim 1 and with respect to the field effect transistor the measures of claim 13.
Insbesondere durch das vollständige Entfernen des Opfer-Gatestapels zum Freilegen des Halbleitersubstrats, das Ausbilden eines Gate-Dielektrikums und einer Gateschicht am freigelegten Halbleitersubstrat und dem Entfernen der Gateschicht im oberen Bereich des Gatestapels können qualitativ hochwertige und an ein jeweiliges Halbleitermaterial angepasste Steuerschichten erzeugt und somit die elektrischen Eigenschaften verbessert sowie die Gefahr eines Kurzschlusses vom Gate zu benachbarten Elementen verringert werden.In particular, by completely removing the sacrificial gate stack to expose the semiconductor substrate, forming a gate dielectric and a gate layer on the exposed semiconductor substrate, and removing the gate layer at the top of the gate stack, high quality and to a respective semiconductor material can be achieved created customized control layers and thus improves the electrical properties and the risk of a short circuit from the gate to adjacent elements can be reduced.
Vorzugsweise wird als Opfer-Gatestapel ein Opfer-Gate und eine Abdeckschicht ausgebildet und strukturiert weshalb man nach Entfernen der Abdeckschicht eine ausreichende Isolation der oberen Kante des Opfer-Gates und somit des späteren Gates erhält.Preferably becomes a sacrificial gate stack a sacrificial gate and a cover layer formed and structured why you after removing the cover layer adequate isolation of the top edge of the sacrificial gate and thus of the later Gates receives.
Bei Verwendung eines ersten Spacers und eines zweiten Spacers, die beispielsweise mit einer ersten Ätzstoppschicht voneinander getrennt sind, erhält man eine besonders einfach zu realisierende Seitenwand-Isolationsstruktur, wobei zur Verbreiterung der Gate-Aussparung im oberen Bereich der erste Spacer unter Verwendung der ersten Ätzstoppschicht und des verbliebenen Opfer-Gates besonders einfach ausgebildet werden kann.at Use of a first spacer and a second spacer, for example with a first etch stop layer are separated from each other receives a particularly easy-to-implement side wall insulation structure, wherein the widening of the gate recess in the upper region of the first Spacer using the first etch stop layer and the remaining Victim gates can be easily trained.
Vorzugsweise kann für das Auffüllen der verbreiterten Gate-Aussparung ein sogenanntes Damascene-Verfahren durchgeführt werden, wobei eine Diffusionsbarrierenschicht und/oder eine Keim- bzw. Aufwachsschicht zur Vermeidung einer unerwünschten Eindiffusion von Dotierstoffen und zur Verbesserung eines Aufwachsvorgangs in der verbreiterten Aussparung ausgebildet werden.Preferably can for the padding the widened gate recess a so-called damascene method, wherein a diffusion barrier layer and / or a germination layer to prevent unwanted Indiffusion of dopants and to improve a growth process be formed in the widened recess.
Vorzugsweise wird bei diesem Auffüllen der verbreiterten Gate-Aussparung Kupfer als hochleitfähiges Material abgeschieden und planarisiert, wobei eine weitere Schutzschicht zur Vermeidung einer Ausdiffusion von unerwünschten Dotierstoffen ausgebildet wird.Preferably will be at this padding the widened gate recess copper as a highly conductive material deposited and planarized, with another protective layer designed to prevent outdiffusion of undesired dopants becomes.
Alternativ kann als hochleitfähiges Material jedoch auch sogenanntes dotiertes Metall abgeschieden und planarisiert werden (z.B. CuIn, CuAl, CuMg, CuSn, CuAg, CuZr), wobei anschließend durch eine thermische Behandlung die Diffusionsbarrierenschicht selbstjustierend an der Oberfläche durch Ausdiffusion der Dotierstoffe ausgebildet wird.alternative can be considered highly conductive Material but also so-called doped metal deposited and (e.g., CuIn, CuAl, CuMg, CuSn, CuAg, CuZr), wherein then through a thermal treatment self-adjusting the diffusion barrier layer through at the surface Outdiffusion of the dopants is formed.
Ferner kann eine weitere thermische Behandlung zum Erzeugen eines Körnerwachstums im hochleitfähigen Material durchgeführt werden, wodurch insbesondere eine Leitfähigkeit weiter verbessert werden kann und die Elektromigrationseigenschaften verbessert werden.Further may be another thermal treatment to produce a grain growth in highly conductive Material performed be, whereby in particular a conductivity can be further improved and the electromigration properties can be improved.
Insbesondere bei Verwendung von Ta oder TaN als Gate-Metallschicht kann eine notwendige Anpassung einer Austrittsarbeit der Gate-Metallschicht an eine jeweilige Dotierung des Halbleitersubstrats durch eine Stickstoff-Implantation angepasst werden.Especially when Ta or TaN is used as the gate metal layer, a necessary adaptation of a work function of the gate metal layer to a respective doping of the semiconductor substrate by a nitrogen implantation be adjusted.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines Feldeffekttransistors können beim Ausbilden der Seitenwand-Isolationsstruktur eine oder mehrere Implantationen zum Ausbilden von Anschlussgebieten und/oder Source-/Draingebieten im Halbleitersubstrat durchgeführt werden, wodurch man besonders einfach und auf selbstjustierende Art und Weise diese Gebiete herstellen kann. Ferner können nach dem Ausbilden der Seitenwand-Isolationsstruktur hochleitfähige Anschlussbereiche für die Source-/Draingebiete mittels eines Silizid-Verfahrens wiederum selbstjustierend ausgebildet werden, weshalb dieses Verfahren insbesondere für Feldeffekttransistoren im Sub-100 Nanometer-Bereich geeignet ist.Regarding of the method for producing a field effect transistor can in Forming the sidewall isolation structure one or more implantations for forming connection areas and / or source / drain areas performed in the semiconductor substrate which makes it particularly easy and self-adjusting Way these areas can make. Further, after the Forming the sidewall isolation structure highly conductive connection areas for the Self-adjusting source / drain regions by means of a silicide method be formed, which is why this method, in particular for field effect transistors in the sub-100 nanometer range is suitable.
In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.In the further subclaims Further advantageous embodiments of the invention are characterized.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.The Invention will now be described by way of embodiments with reference closer to the drawing described.
Es zeigen:It demonstrate:
Die
Gemäß
Nachfolgend
wird eine Opfer-Gateschicht
Insbesondere
bei der Realisierung von T-Gate-Strukturen für Feldeffekttransistoren sollte die
Abdeckschicht
Nachfolgend
werden an den Seitenwänden des
Opfer-Gatestapels
Optional
kann nach Ausbildung des Opfer-Gatestapels
Nach
diesem Herstellungsschritt zur Realisierung des ersten Spacers
Zur
Herstellung von T-Gate-Strukturen im Sub-100 NanometerBereich wird
der Opfer-Gatestapel
Selbstverständlich können auch andere Abmessungen in Abhängigkeit von einem jeweiligen Anwendungsfall und jeweils verwendeten Materialien eingestellt werden.Of course you can too other dimensions depending set by a particular application and the materials used become.
Gemäß
Gemäß
Insbesondere
bei der Herstellung eines Feldeffekttransistors mit T-Gate-Struktur
können
bereits zu diesem Zeitpunkt hochleitfähige Anschlussbereiche
Bei
der Verwendung von Kobalt, Nickel, Titan oder Platin ergeben sich
als hochleitfähige
Anschlussbereiche
Gemäß
Gemäß
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Prozessfolge können jedoch auch in-situ dotierte Materialien wie z.B. Polysilizium oder Poly-SiGe für NFET und PFET verwendet werden oder aber Gate-Metallschichten mit geeigneten Austrittsarbeiten.alternative However, in-situ doped to the process sequence described above Materials such as e.g. Polysilicon or poly-SiGe for NFET and PFET can be used or gate metal layers with suitable Work functions.
Falls
die hochleitenden Silizidschichten
Abschließend wird
die eingebrachte Gateschicht
Gemäß
Bei
typischen Dicken des ersten Spacers
Da
ferner der erste Spacer
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Auf diese Weise erhält man eine T-Gate-Struktur mit hervorragenden elektrischen Leitfähigkeiten, welche auch in einem Sub-100 Nanometer-Bereich einfach und hoch genau ausgebildet werden kann.On get that way a T-gate structure with excellent electrical conductivities, which also in a sub-100 nanometer range simple and high can be trained exactly.
Gemäß
Wenn
als Material zur Füllung
der verbreiterten Gate-Aussparung AA dotierte Metallschichten und
insbesondere dotierte Cu-Schichten wie CuAl, CuMg, CuIn, CuSn, CuZr
usw. verwendet werden, ist die Abscheidung einer derartigen Cap-Schicht
nicht erforderlich, da diese Schichten nach einer thermischen Behandlung
bei einer Temperatur kleiner 400 Grad Celsius die Dotierstoffe an
die Oberfläche
diffundieren und eine selbstpassivierende Schicht als weitere Diffusionsbarrierenschicht
Zur
Reduzierung des Widerstands des hochleitfähigen Materials
Erfindungsgemäß wird somit unter Verwendung eines speziellen Gate-Replacement-Prozesses ohne Durchführung eines zusätzlichen kritischen Lithographieschritts eine T-Gate-Struktur herqestellt, wobei der Gate-Widerstand verringert ist und die Gate-Kapazitäten verbessert sind. Insbesondere bei Verwendung von hochleitfähigen Materialien wie Cu erhält man besonders geringe Gate-Widerstände.Thus, according to the invention using a special gate replacement process without execution an additional one critical lithography step a T-gate structure produced, wherein the gate resistance is reduced and the gate capacitances improved are. In particular, when using highly conductive materials such as Cu is obtained especially low gate resistance.
Bei
diesem Beispiel wird wiederum der Opfer-Gatestapel, bzw. das aus der Gateschicht
Gemäß dem nachfolgend
beschriebenen Beispiel werden in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel
zunächst
die Herstellungsschritte gemäß
Genauer
gesagt wird bei diesem Beispiel die Opfer-Gateschicht
Somit
erhält
man die in
Gemäß
Die
Materialien entsprechen hierbei den vorstehend beschrieberien Materialien
für das
Gate-Dielektrikum
Zur
Optimierung der Austrittsarbeiten der Gate-Metallschicht
Gemäß
Durch
die Verwendung der Gate-Metallschicht
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Silizium-Halbleitersubstrats und entsprechend angepasster Materialien beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise alternative Materialien mit entsprechenden Auswirkungen. In gleicher Weise ist die Erfindung nicht auf Feldeffekttransistoren mit T-Gate-Struktur beschränkt, sondern umfasst in gleicher Weise weitere Halbleiterbauelemente mit derartigen T-Gate-Strukturen.The The invention has been described above with reference to a silicon semiconductor substrate and correspondingly adapted materials. It is not limited to this and similarly includes alternative materials with corresponding ones Effects. Likewise, the invention is not limited to field effect transistors limited with T-gate structure, but in the same way comprises further semiconductor components with such T-gate structures.
- 11
- HalbleitersubstratSemiconductor substrate
- 22
- Opfer-GateschichtSacrificial gate layer
- 33
- Abdeckschichtcovering
- 44
- Seitenwand-IsolationsschichtSidewall insulation layer
- 5', 5S5 ', 5S
- erste Restschicht, erster Spacerfirst Remaining layer, first spacer
- 6', 6S6 ', 6S
- zweite Restschicht, zweiter Spacersecond Remaining layer, second spacer
- 77
- Anschlussbereichterminal area
- 88th
- Schutzschichtprotective layer
- 99
- Gate-DielektrikumGate dielectric
- 1010
- Gateschichtgate layer
- 1111
- DiffusionsbarrierenschichtDiffusion barrier layer
- 1212
- Hochleitfähiges MaterialHighly conductive material
- 13, 13013 130
- weitere Diffusionsbarrierenschicht Further Diffusion barrier layer
- 1414
- Isolationsschichtinsulation layer
- VV
- Kontaktlochcontact hole
- SS
- Sourcegebietsource region
- DD
- Draingebietdrain region
- LDDLDD
- Anschlussgebietterminal region
- STISTI
- Grabenisolierunggrave insulation
- AA
- Gate-AussparungGate recess
- AAAA
- verbreiterte Gate-Aussparungwidened Gate recess
- II
- oberer Bereich des Gatesupper Area of the gate
- IIII
- unterer Bereich des Gateslower Area of the gate
- I1, IZ, IN I 1 , I Z , I N
- Ionenimplantationion implantation
- 100100
- Gate-MetallschichtGate metal layer
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---|---|---|---|---|
DE102004020935B3 (en) * | 2004-04-28 | 2005-09-01 | Infineon Technologies Ag | Production of a memory component, with a contact hole plane, uses a semiconductor substrate with prepared cell field and logic zones and surface gate electrode conductor paths |
DE102004031741B4 (en) | 2004-06-30 | 2010-04-01 | Qimonda Ag | Method for producing a contact arrangement for field effect transistor structures with gate electrodes with a metal layer and use of the method for producing field effect transistor arrangements in a cell array |
EP2176880A1 (en) * | 2007-07-20 | 2010-04-21 | Imec | Damascene contacts on iii-v cmos devices |
DE102010030756B4 (en) * | 2010-06-30 | 2013-06-06 | Globalfoundries Dresden Module One Limited Liability Company & Co. Kg | An exchange gate method for large ε metal gate stacks based on a non-conforming inter-layer dielectric |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000124228A (en) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
US6159781A (en) * | 1998-10-01 | 2000-12-12 | Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. | Way to fabricate the self-aligned T-shape gate to reduce gate resistivity |
DE19936005A1 (en) * | 1999-08-04 | 2001-02-08 | Daimler Chrysler Ag | FETs, especially for h.f. components, are produced by a low temperature self-aligned dummy gate sidewall-spaced process allowing various gate designs |
US6235627B1 (en) * | 1997-06-30 | 2001-05-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US20020006715A1 (en) * | 2000-02-11 | 2002-01-17 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method for forming an extended metal gate using a damascene process |
US6346450B1 (en) * | 1996-12-16 | 2002-02-12 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for manufacturing MIS transistor with self-aligned metal grid |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3315287B2 (en) * | 1995-03-22 | 2002-08-19 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US6013569A (en) * | 1997-07-07 | 2000-01-11 | United Microelectronics Corp. | One step salicide process without bridging |
US6306712B1 (en) * | 1997-12-05 | 2001-10-23 | Texas Instruments Incorporated | Sidewall process and method of implantation for improved CMOS with benefit of low CGD, improved doping profiles, and insensitivity to chemical processing |
JP2001257344A (en) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
EP1134798A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-19 | Infineon Technologies AG | Semiconductor device, method for making the same and method for making electrical contacts on a semiconductor substrate |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6346450B1 (en) * | 1996-12-16 | 2002-02-12 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for manufacturing MIS transistor with self-aligned metal grid |
US6235627B1 (en) * | 1997-06-30 | 2001-05-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US6159781A (en) * | 1998-10-01 | 2000-12-12 | Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. | Way to fabricate the self-aligned T-shape gate to reduce gate resistivity |
JP2000124228A (en) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
DE19936005A1 (en) * | 1999-08-04 | 2001-02-08 | Daimler Chrysler Ag | FETs, especially for h.f. components, are produced by a low temperature self-aligned dummy gate sidewall-spaced process allowing various gate designs |
US20020006715A1 (en) * | 2000-02-11 | 2002-01-17 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method for forming an extended metal gate using a damascene process |
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