DE112006001589B4 - Verfahren zur Bildung von Halbleiterstrukturen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Musterbildung eines monokristallinen Siliziumfilms, umfassend: Bilden einer Hartmaske auf einem monokristallinen Siliziumfilm, Ätzen des monokristallinen Siliziumfilms auf eine solche Weise, dass dieser auf die Hartmaske ausgerichtet wird, um eine mit einer Hartmaske abgedeckte monokristalline Siliziumstruktur mit einer Oberseite und einem Paar seitlich gegenüberliegender Seitenwände zu bilden, und Einwirkenlassen eines nasschemischen Ätzmittels auf den mit der Hartmaske abgedeckten monokristallinen Siliziumfilm, um einen Abschnitt des monokristallinen Siliziumfilms wegzuätzen, wobei das Ätzmittel NH4OH und Wasser umfasst und die NH4OH-Konzentration weniger als 1 Volumenprozent beträgt.

Description

  • AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleiterverarbeitung und insbesondere ein Verfahren zur Bildung von Halbleiterstrukturen gemäß den Patentansprüchen.
  • 2. ERÖRTERUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Um die Leistungsfähigkeit moderner integrierter Schaltkreise, zum Beispiel Mikroprozessoren, zu erhöhen, sind SOI (silicon an insulator)-Transistoren vorgeschlagen worden. Ein Vorteil von SOI-Transistoren besteht darin, daß sie vollständig verarmt betreibbar sind. Ein Vorteil von vollständig verarmten Transistoren besteht in ihren idealen, unterhalb des Schwellenwertes liegenden Gradienten für optimierte Strom-an/Strom-aus-Verhältnisse. Ein Beispiel für einen vorgeschlagenen SOI-Transistor, der vollständig verarmt betreibbar ist, ist ein Tri-Gate-Transistor 100, wie er in 1 dargestellt ist. Der Tri-Gate-Transistor 100 schließt einen Siliziumkörper 104 ein, der auf einem Isoliersubstrat 102 ausgebildet ist, das eine vergrabene Oxidschicht 103 hat, die auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat 105 ausgebildet ist. Eine Gate-Dielektrikumschicht 106 ist oben auf dem Siliziumkörper 104 und auf dessen Seitenwänden ausgebildet (siehe 1). Eine Gate-Elektrode 108 ist auf der Gate-Dielektrikumschicht ausgebildet und umgibt den Körper 104 an drei Seiten, wodurch im wesentlichen ein Transistor 100 mit drei Gate-Elektroden (G1, G2, G3) – eine pro Seitenwand des Siliziumkörpers 104 und eine auf der Oberseite des Siliziumkörpers 104 – bereitgestellt ist. Eine Source-Zone 110 und eine Drain-Zone 112 sind in dem Siliziumkörper 104 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrode 108 ausgebildet (siehe 1). Die aktive Kanalzone ist die Zone des Siliziumkörpers, die unterhalb der Gate-Elektrode 108 und zwischen der Source-Zone 110 und der Drain-Zone 112 angeordnet ist. Ein Vorteil eines Tri-Gate-Transistors 100 besteht darin, daß er gute Kurzkanaleffekte (SCE) aufweist. Ein Grund dafür, daß Tri-Gate-Transistoren 100 gute Kurzkanaleffekte aufweisen, ist die Tatsache, daß die Nichtebenheit solcher Bauelemente die Gate-Elektrode 108 auf eine solche Weise plaziert, daß sie die aktive Kanalzone auf allen drei Seiten umgibt.
  • Die US 5739544 A offenbart Nassätzen von kristallinem Silizium unter Verwendung eines Gemisches aus Ethylen-Diamin, Pyrocatechol und Wasser. Die Ätzraten aller Kristallebenen sind ungleich Null.
  • Die US 5543351 A offenbart Nassätzen von kristallinem Silizium unter Verwendung eines Gemisches von Ethylen-Diamin (43,8%), Pyrocatechol (4,2%) und Wasser (52%). Die Ätzraten aller Kristallebenen sind ungleich Null.
  • Aus J. -H. Park et al, „Quantum-wired MOSFET photodetector fabricated by conventional photolithography an SOI substrate”. In: Nanotechnology, 2004. 4th IEEE Conference an Munich, Germany 16–19 Aug. 2004, Piscataway, NJ, USA, IEEE, 2004, 425–427, ISBN 0-7803-8536-5 ergibt sich ein Nassätzen unter Verwendung einer 25 Gew.-%igen Lösungen aus Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxid (TMAH), die über zwei Minuten auf 95°C erwärmt ist, um einen Draht im Nanobereich zu erhalten. Der Nano-Draht wird aufgrund der unterschiedlichen Anisotropenätzraten als eine Siliziumebene zu einem umgedrehten Trapezuid geformt. Die Ätzraten aller Kristallebenen sind ungleich Null.
  • Die DE 10 2005 002 397 T5 offenbart das Einwirkenlassen eines nasschemischen Ätzmittels auf einen Halbleiterkörper, um den Körper zu reinigen. Der Nassätzprozess wird zum Entfernen irgendwelcher Kantenrauhigkeit oder irgendwelchen Lochfraßes verwendet, die bzw. der sich während der Musterbildung des Siliziumkörpers entwickelt haben kann, was Entfernen der Hartmaske enthält.
  • Die US 6 174 820 B1 offenbart die Verwendung eines anisotropen Nassätzmittels, wie zum Beispiel Kaliumhydroxid (KOH), Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxid (TMAH) oder Ethyl-Diamin-Pyrocatechol (EDP) zum Wegätzen des freigelegten Siliziums und Beenden des Ätzens bei Erreichen von Silizium (111)-Kristallebenen.
  • Die vorliegende Erfindung liefert nun ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 veranschaulicht einen nichtebenen oder Tri-Gate-Transistor.
  • 2A bis 2E veranschaulichen ein Verfahren zur Bildung einer Halbleiterstruktur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 2F veranschaulicht einen nichtebenen Transistor, der aus der Struktur von 2E gebildet ist.
  • 3A bis 3C veranschaulichen ein Verfahren zur Bildung einer Halbleiterstruktur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 3D veranschaulicht einen nichtebenen Transistor, der eine Halbleiterstruktur von 3C verwendet.
  • 4A bis 4C veranschaulichen ein Verfahren zur Bildung einer Halbleiterstruktur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 4D veranschaulicht einen nichtebenen Transistor, der die Halbleiterstruktur von 4C verwendet.
  • 5 veranschaulicht einen Abschnitt eines integrierten Schaltkreises, der einen n-leitenden Feldeffekttransistor und einen p-leitenden Feldeffekttransistor mit einer nichtparallelen Orientierung auf einem Substrat einschließt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben Halbleiterstrukturen und Verfahren zur Bildung von Halbleiterstrukturen. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis für die vorliegende Erfindung zu schaffen. In anderen Fallen sind wohlbekannte Halbleiterprozesse und Herstellungstechniken nicht besonders ausführlich beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise unverständlich zu machen.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet die Atomschichtsteuerung von einkristallinen Halbleiterstrukturen, um die Leistungsfähigkeit von Halbleiterbauelementen zu maximieren. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden einkristalline Strukturen, die mit einer Hartmaske abgedeckt sind, anisotropischen Naßätzungen ausgesetzt. Die chemische Wirksamkeit der Naßätzung reicht dazu aus, die Aktivierungsenergiebarrierre der chemischen Ätzreaktion zu überwinden, um weniger dichte Ebenen der Halbleiterstruktur zu ätzen, aber die chemische Wirksamkeit reicht nicht dazu aus, die Aktivierungsenergiebarriere der chemischen Ätzreaktion zu überwinden, wodurch Ebenen mit hoher Dichte nicht geätzt werden. Durch die Wahl der richtigen Kristallorientierung und durch die Bildung einer Hartmaske über den weniger dichten Ebenen der Struktur und durch die Verwendung einer chemischen Zusammensetzung für die Naßätzung, die die geeignete chemische Wirksamkeit aufweist, kann man Halbleiterstrukturen mit der gewünschten Facettierung, Kristallorientierung und Seitenwandebenheit bilden. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden natürliche Facetten in epitaktischem Silizium ausgenutzt, um die Kantenrauhigkeit in dreidimensionalen Siliziumkanalstrukturen aufzuheben. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden natürliche Facetten ausgenutzt, um eine dreidimensionale Kanalstruktur zu bilden, die eine gute Gate-Steuerung der Kanalzone ermöglicht. In noch anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Halbleiterkörper von PMOS- und NMOS-Transistoren mit einer spezifischen Anordnung auf einkristallinen Halbleitern gebildet, um die Kristallorientierung auszunutzen und eine erhöhte Beweglichkeit sowohl von Löchern als auch von Elektronen zu erreichen. Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich.
  • Ein Verfahren zur Bildung einer dreidimensionalen Halbleiterstruktur, das eine selbstlimitierende Ätzung und eine natürliche Facettierung verwendet, ist in den 2A bis 2F gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Fertigung einer Halbleiterstruktur beginnt mit einem Substrat 200. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 200 ein SOI-Substrat. Ein SOI-Substrat 200 schließt ein unteres monokristallines Siliziumsubstrat 202 ein. Eine Isolierschicht 204, zum Beispiel Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, wird auf dem monokristallinen Substrat 202 gebildet. Ein einkristalliner Siliziumfilm 206 wird oben auf der Isolierschicht 204 gebildet. Die Isolierschicht 204 wird manchmal als „vergrabene Oxidschicht” oder „vergrabene Isolierschicht” bezeichnet und in einer Dicke gebildet, die dazu ausreicht, den einkristallinen Siliziumfilm 206 von dem unteren monokristallinen Siliziumsubstrat 202 zu isolieren. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Isolierschicht eine vergrabene Oxidschicht, die in einer Dicke zwischen 200 und 2000 Å gebildet wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Siliziumfilm 206 ein eigenleitender (das heißt, undotierter) epitaktischer Siliziumfilm. In anderen Ausführungsformen wird der einkristalline Siliziumfilm 206 so dotiert, daß sich eine p- oder n-Leitfähigkeit mit einem Konzentrationsgrad zwischen 1 × 1016 und 1 × 1019 Atomen pro cm3 ergibt. Der Siliziumfilm 206 ist in situ datierbar (das heißt, datierbar, während er aufgebracht wird) oder datierbar, nachdem er auf der Isolierschicht 204 gebildet worden ist, zum Beispiel durch Innenimplantation. Durch das Dotieren des Siliziumfilms 206 nach seinem Aufbringen wird ermöglicht, daß sowohl n-leitende Bauelemente als auch p-leitende Bauelemente auf demselben Substrat gefertigt werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Siliziumfilm 206 in einer Dicke gebildet, die ungefähr der gewünschten Höhe der anschließend gebildeten Siliziumstruktur entspricht. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der einkristalline Siliziumfilm 206 eine Dicke von weniger als 30 Nanometern und idealerweise von ca. 20 Nanometern oder weniger.
  • Ein SOI-Substrat 200 ist gemäß einem beliebigen wohlbekannten Verfahren bildbar. Gemäß einem Verfahren zur Bildung des SOI-Substrats, das als SIMOX-Technik bekannt ist, werden Sauerstoffatome in hoher Dosis in ein einkristallines Siliziumsubstrat implantiert und dann getempert, um das vergrabene Oxid 204 innerhalb des Substrats zu bilden. Der Abschnitt des einkristallinen Siliziumsubstrats oberhalb des vergrabenen Oxids wird der Siliziumfilm 206. Eine andere Technik, die gegenwärtig zur Bildung von SOI-Substraten verwendet wird, ist eine Epitaxiesiliziumfilm-Transfertechnik, die im allgemeinen als „bonded SOI” bezeichnet wird. Bei dieser Technik ist auf der Oberfläche eines ersten Siliziumwafers ein dünnes Oxid aufgewachsen, das später als das vergrabene Oxid 204 in der SOI-Struktur dient. Danach wird Wasserstoff in hoher Dosis in den ersten Siliziumwafer implantiert, um eine Zone mechanischer Spannung unterhalb der Siliziumoberfläche des ersten Wafers zu bilden. Der erste Wafer wird dann umgeklappt und mit der Oberfläche eines zweiten Siliziumwafers kontaktiert. Der erste Wafer wird dann entlang der durch das Wasserstoffimplantat geschaffenen Ebene hoher mechanischer Spannung gespaltet. Das Spalten führt zu einer SOI-Struktur mit einer dünnen Siliziumschicht ganz oben und dem vergrabenen Oxid darunter, wobei sich dies alles oben auf dem zweiten einkristallinen Siliziumwafer befindet. Wahlbekannte Glättungstechniken, zum Beispiel HC1-Glätten oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP), sind dazu verwendbar, die Oberseite des Siliziumfilms 206 so zu glätten, daß diese die gewünschte Dicke erreicht.
  • Zwar wird die vorliegende Erfindung hinsichtlich Siliziumstrukturen, die auf SOI-Substraten gebildet werden, beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung auch auf standardmäßigen monokristallinen Siliziumwafern oder –substraten ausführbar, um ein „Bulk-Bauelement” zu bilden. Die Siliziumstrukturen sind direkt aus dem monokristallinen Siliziumwafer bildbar oder aus auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat ausgebildeten epitaktischen Siliziumfilmen bildbar. Außerdem sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwar hinsichtlich der Bildung von einkristallinen Siliziumstrukturen und hinsichtlich daraus gebildeten Bauelementen veranschaulicht, doch sind die erfindungsgemäßen Verfahren und Strukturen ebenso auf andere Halbleitertypen anwendbar, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Germanium (Ge), eine Legierung aus Silizium und Germanium (SiGey), Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb), Galliumphosphid (GaP) und Galliumantimonid (GaSb). Entsprechend schließen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Halbleiterstrukturen und Verfahren zur Bildung von Halbleiterstrukturen, die Halbleiter verwenden, ein, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Germanium (Ge), eine Legierung aus Silizium und Germanium (SixGey), Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb), Galliumphosphid (GaP) und Galliumantimonid (GaSb).
  • In 2A hat der einkristalline Siliziumfilm 206 eine globale Kristallorientierung (100), definiert durch die xy -Ebene. Ein Siliziumfilm mit einer globalen Kristallorientierung (100) hat eine Ebene <100>, die mit der Oberfläche des Films Planar ist. Das heißt, daß, wie in 2A veranschaulicht ist, ein einkristalliner Siliziumfilm mit einer globalen Kristallorientierung (100) eine Ebene <100> hat, die in der xy -Ebene mit einer, Normalachse in der z-Richtung liegt.
  • In der folgenden Beschreibung werden runde Klammern () dazu verwendet, die globale Kristallorientierung des Films zu veranschaulichen, definiert durch die xy -Ebene und entlang der z-Richtung, während spitze Klammern <> dazu verwendet werden, spezifische lokale Ebenen innerhalb des global definierten kristallinen Films zu beschreiben.
  • Außerdem hat ein einkristallines Silizium mit einer Kristallorientierung (100), wie in 2A veranschaulicht ist, ein Paar Ebenen <110>, die senkrecht zueinander liegen. Das heißt, daß das einkristalline Silizium (100) eine Ebene <110> hat, die in der zx -Ebene mit einer sich in der y-Richtung erstreckenden Normalachse liegt, und eine Ebene <110> hat, die in der zy -Ebene mit einer Normalachse in der x-Richtung liegt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Siliziumfilm 206 mit einer globalen Kristallorientierung (100) geätzt, um eine Siliziumstruktur zu bilden, die ein Paar seitlich gegenüberliegende Seitenwände, die aus der Ebene <110> gebildet sind, und ein senkrecht dazu liegendes zweites Paar seitlich gegenüberliegende Seitenwände, die in der Ebene <110> liegen, hat.
  • Um den Siliziumfilm 206 zu einem Siliziumkörper zu ätzen, ist ein Hartmaskenmaterial 208 auf der Oberseite 219 des Siliziumfilms 206 bildbar. Das Hartmaskenmaterial 208 ist ein Material, das eine Hartmaske zum Ätzen des Siliziumfilms 206 bereitstellen kann. Das Hartmaskenmaterial 208 ist ein Material, das während des Ätzens des Siliziumfilms 206 sein Profil beibehalten kann. Das Hartmaskenmaterial 208 ist ein Material, das während des Ätzens des Siliziumfilms 206 nicht ätzt oder nur anätzt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hartmaskenmaterial aus einem solchen Material gebildet, daß das zum Ätzen des Siliziumfilms 206 verwendete Ätzmittel den Siliziumfilm 206 mindestens fünfmal schneller und idealerweise mindestens zehnmal schneller als das Hartmaskenmaterial ätzt. Das heißt, daß in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Siliziumfilm und die Hartmaske so ausgewählt werden, daß eine Ätzselektivität von mindestens 5:1 und idealerweise von mindestens 10:1 bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hartmaskenmaterial 208 aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid gebildet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hartmaskenmaterial 208 aus einem Siliziumnitridfilm mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0 und 5% gebildet, gebildet durch einen Prozeß der chemischen Gasphasenabscheidung unter Niederdruck (Low Pressure chemical vapor deposition (LPCVD)). Das Hartmaskenmaterial 208 wird in einer Dicke gebildet, die dazu ausreicht, während des gesamten Ätzens des Siliziumfilms 206 sein Profil beizubehalten, aber nicht zu groß ist, um keine Schwierigkeiten bei der Musterbildung zu verursachen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hartmaskenmaterial 208 in einer Dicke zwischen 3 Nanometern und 50 Nanometern und idealerweise in einer Dicke von ca. 10 Nanometern gebildet.
  • Danach wird, wie auch 2B zeigt, eine Photoresistmaske 210 auf dem Hartmaskenmaterial 208 gebildet. Die Photoresistmaske 210 enthält das Merkmalsmuster, das in den Siliziumfilm 206 zu übertragen ist. Die Photoresistmaske 210 ist gemäß einer beliebigen wohlbekannten Technik bildbar, zum Beispiel durch Blanket-Aufbringen von Photoresistmaterial und anschließendes Maskieren, Belichten und Entwickeln des Photoresistmaterials, so daß eine Photoresistmaske 210 mit dem gewünschten Muster für einen Siliziumfilm 206 entsteht. Die Photoresistmaske 210 wird typischerweise aus einer organischen Verbindung gebildet. Die Photoresistmaske 210 wird in einer Dicke gebildet, die dazu ausreicht, während der Musterbildung des Hartmaskenfilms 208 ihr Profil beizubehalten, wird aber nicht zu dick ausgebildet, um zu verhindern, daß bei ihrer lithographischen Musterbildung die kleinsten Dimensionen (das heißt, die kritischen Dimensionen) erreicht werden, die mit dem verwendeten Photolithographiesystem und -prozeß möglich sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Photoresistmaske 210 so auf dem einkristallinen Siliziumfilm 206 orientiert, daß eine Photoresistmaske mit einem Paar seitlich gegenüberliegender Seitenwände, die auf eine Kristallebene <110> ausgerichtet sind, und einem senkrecht zu dem ersten Paar liegenden zweiten Paar seitlich gegenüberliegender Seitenwände, die auf die Ebene <110> ausgerichtet sind, definiert wird.
  • Danach wird, wie 2C zeigt, das Hartmaskenmaterial 208 so geätzt, daß es auf die Photoresistmaske 210 ausgerichtet wird, um eine Hartmaske 212 zu bilden, die in 2C gezeigt wird. Die Photoresistmaske 210 verhindert, daß der darunterliegende Abschnitt des Hartmaskenmaterials 208 geätzt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hartmaskenmaterial 208 mit einem Ätzmittel geätzt, das das Hartmaskenmaterial ätzen kann, aber den darunterliegenden Siliziumfilm 206 nicht ätzt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hartmaskenmaterial mit einem Ätzmittel geätzt, das eine nahezu perfekte Selektivität hinsichtlich des darunterliegenden Siliziumfilms 206 aufweist.
  • Das heißt, daß in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Hartmaskenätzmittel das Hartmaskenmaterial 208 mindestens zwanzigmal schneller als den darunterliegenden Siliziumfilm 206 ätzt (das heißt, daß das Ätzmittel eine Hartmaske-zu-Siliziumfilm-Selektivität von mindestens 20:1 aufweist). Wenn das Hartmaskenmaterial 208 ein Siliziumnitrid- oder Siliziumoxynitridfilm ist, ist das Hartmaskenmaterial 208 unter Verwendung eines Trockenätzprozesses, zum Beispiel eines RIE(Reactive Ion Etching)-Prozesses, zu einer Hartmaske 212 ätzbar. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Siliziumnitrid- oder Siliziumoxynitridhartmaske in einem RIE-Prozeß unter Verwendung einer chemischen Zusammensetzung, die CHF3 und O2 und Ar umfaßt, geätzt.
  • Danach kann, wie auch 2C zeigt, die Photoresistmaske 210 gemäß wohlbekannten Techniken entfernt werden, nachdem aus dem Hartmaskenfilm 208 das Muster einer Hartmaske 212 gebildet worden ist. So kann die Photoresistmaske 210 zum Beispiel unter Verwendung der „Piranha”-Reinigungslösung, die Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid einschließt, entfernt werden. Außerdem kann der Rückstand der Photoresistmaske 210 mittels O2-Schwabbeln (ashing) entfernt werden.
  • Auch wenn es nicht erforderlich ist, so ist es doch wünschenswert, die Photoresistmaske 210 vor der Musterbildung des Siliziumfilms 206 zu entfernen, so daß sich kein Polymerfilm, der von dem Photoresist herrührt, auf den Seitenwänden des durch Musterbildung entstandenen Siliziumfilms 206 bildet. Wenn zum Beispiel der Siliziumfilm 206 als Halbleiterkörper oder – fin in einem nichtebenen Bauelement verwendet wird, ist es wünschenswert, zuerst die Photoresistmaske vor dem Ätzen des Siliziumfilms zu entfernen, weil Trockenätzprozesse die Photoresistmaske erodieren und die Entwicklung von Polymerfilmen auf den Seitenwänden des Siliziumkorpers, deren Entfernen schwierig sein kann und die die Leistungsfähigkeit des Bauelements nachteilig beeinflussen können, verursachen können.
  • Danach wird, wie 2D zeigt, der Siliziumfilm 206 so geätzt, daß er auf die Hartmaske 212 ausgerichtet wird, um einen gemusterten Siliziumfilm 214 zu bilden, der ein erstes Paar seitlich gegenüberliegende Seitenwände 218, die auf die Kristallebene <110> ausgerichtet sind, und ein zweites Paar seitlich gegenüberliegende Seitenwände 220, die auf die Kristallebene <110> ausgerichtet sind, hat. Die Hartmaske 212 verhindert, daß der darunterliegende Abschnitt des Siliziumfilms 206 während des Ätzprozesses geätzt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Ätzen so lange fortgesetzt, bis die darunterliegende vergrabene Oxidschicht 204 erreicht ist. Der Siliziumfilm 206 wird mit einem Ätzmittel geätzt, das den Siliziumfilm 206 ätzt, ohne die Hartmaske 212 merklich zu ätzen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Siliziumfilm 206 mit einem Ätzmittel geätzt, welches ermöglicht, daß der Siliziumfilm 206 mindestens fünfmal und idealerweise zehnmal schneller als die Hartmaske 212 geätzt wird (das heißt, daß das Ätzmittel eine Ätzselektivität (Siliziumfilm 206 zu Hartmaske 212) von mindestens 5:1 und idealerweise mindestens 10:1 aufweist). Der Siliziumfilm 206 ist unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Prozesses ätzbar. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Siliziumfilm 206 anisotropisch geätzt, so daß der Siliziumkörper 214 fast senkrechte Seitenwände 218 hat, die auf die Seitenwände der Hartmaske 212 ausgerichtet sind. Wenn die Hartmaske 212 ein Siliziumnitrid- oder Siliziumoxynitridfilm ist, ist der Siliziumfilm 206 unter Verwendung eines Trockenätzprozesses, zum Beispiel eines RIE-Prozesses oder eines Plasmaätzprozesses, mit einer chemischen Zusammensetzung, die Cl2 und HBr umfaßt, ätzbar.
  • Nach dem Ätzen des Siliziumfilms 206 zur Bildung des/der Siliziumkörpers oder -struktur 214 haben die Seitenwände 218 typischerweise eine Kantenrauhigkeit 222 von ca. 2 bis 4 Nanometern. Wenn eine Siliziumkörper oder -struktur mit einer Breite zwischen den Seitenwänden 218 von lediglich 20 bis 30 Nanometer gebildet wird, ist eine solche Rauhtiefe unannehmbar groß und kann die Leistungsfähigkeit des Bauelements nachteilig beeinflussen.
  • Entsprechend wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Siliziumstruktur 214 einer Naßätzung oder einer „Facettierungsätzung” ausgesetzt, während sich die Hartmaske 212 auf der Struktur 214 befindet, um die Kantenrauhigkeit zu beseitigen und/oder die Form der Struktur passend zu machen, um die Leistungsfähigkeit des Bauelements zu steigern. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die mit der Hartmaske 212 abgedeckte Siliziumstruktur 214 einer anisotropischen Naßätzung ausgesetzt. Die chemische Wirksamkeit des Naßätzmittels reicht dazu aus, die Aktivierungsenergiebarriere der chemischen Ätzreaktion zu überwinden, um weniger dichte Ebenen der Halbleiterstruktur zu ätzen, aber die chemische Wirksamkeit reicht nicht dazu aus, die Aktivierungsenergiebarriere der chemischen Ätzreaktion zu überwinden, wodurch Ebenen mit hoher Dichte nicht geätzt werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine chemische Zusammensetzung und ein Prozeß für eine Nahätzung verwendet, die die weniger dichten Ebenen <100> und <110> ätzen können, aber die Ebenen mit höherer Dichte <111> nicht ätzen können. Da die Hartmaske 212 die weniger dichte Ebene <100> auf der Oberseite der Siliziumstruktur 214 abdeckt, ist die weniger dichte Ebene vor einer Ätzung geschützt. Da die weniger dichte Ebene <100> auf der Oberseite geschützt ist und da die chemische Wirksamkeit der Ätzung nicht dazu ausreicht, die Ebene <111> zu ätzen, kommt die Naßätzung auf der ersten völlig intakten oder angrenzenden Ebene <111> zum Stehen (siehe 2E). Auf diese Weise ist die „Facettierungs-” oder Naßätzung selbstlimitierend. Somit bleiben auf die Selbstlimitierung der Naßätzung hin nur Ebenen <111> und ätzresistente Filme, die zum Schutz der weniger dichten Ebenen <110> und <100> verwendet werden, freiliegend. Man kann sagen, daß die erfindungsgemäße Facettierungsätzung eine anisotropische Ätzung ist, weil sie in einer Richtung mit einer Geschwindigkeit und in anderen Richtungen mit einer zweiten, geringeren Geschwindigkeit oder überhaupt nicht ätzt. Da der Ätzprozeß die Ebenen <100> und <110>, aber nicht die Ebenen <111> ätzt, bildet die Facettierungs- oder Nahätzung eine Siliziumstruktur 230 mit Seitenwänden 232, die durch die Ebene <111> definiert sind (siehe 2E). Die anisotropische Naßätzung beseitigt die Oberflächenrauhigkeit 222 von den Seitenwänden 218 (siehe 2D) und erzeugt optisch glatte Seitenwände 232 (siehe 2E). Außerdem sind die Seitenwände 218, nachdem die Struktur 214 lange genug der Facettierungsätzung ausgesetzt worden ist, durch die Ebene <111> definiert und erzeugen eine Struktur 230 mit einer V-Form oder nach innen verjüngten Seitenwänden 232. Die Seitenwände 232 verlaufen in einem Winkel alpha von 62,5 Grad von der Oberseite 219 der Struktur 230 nach innen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Oberseite 219 der Struktur 230 eine Breite (W1) zwischen seitlich gegenüberliegenden Seitenwänden 232, die zwischen 20 und 30 nm beträgt, und die Unterseite hat eine Breite (W2) zwischen seitlich gegenüberliegenden Seitenwänden, die zwischen 10 und 15 nm beträgt.
  • Erfindungsgemäß ist die Naßätzung oder „Facettierungsätzung” eine Ätzung auf Hydroxidbasis mit einer ausreichend geringen Hydroxidkonzentration und Nukleophilie (das heißt, chemische Wirksamkeit), so daß die völlig intakten Ebenen <111> nicht geätzt werden. Erfindungsgemäß wird die Struktur 214 einer Facettierungs- oder Naßätzung ausgesetzt, die weniger als 1 Volumenprozent Ammoniumhydroxid (NH4OH) umfaßt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Struktur 214 einem Naßätzmittel, das zwischen 0,2 und weniger als 1 Volumenprozent NH4OH umfaßt, in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 25°C ausgesetzt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Schallenergie in einem Frequenzbereich zwischen 600 und 800 Kilohertz, die zwischen 0,5 und 3 Watt/cm2 abgibt, während der Facettierungsätzung in die Ätzlösung geleitet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die mit der Hartmaske abgedeckte Siliziumstruktur über einen Zeitraum, der zwischen 15 Sekunden und 5 Minuten lang ist, der Facettierungsätzung ausgesetzt.
  • Die Facettierungs- oder Naßätzung kann auch sehr stark verdünnte (< 0,1 Volumenprozent) wässerige Lösungen von Tetraalkylammoniumhydroxiden (zum Beispiel Tetraethylammoniumhydroxid und Tetramethylammoniumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 5 und 20°C) umfassen.
  • Die gefertigte Siliziumstruktur 230 ist zur Fertigung von Halbleiterbauelementen, zum Beispiel Transistoren und Kondensatoren sowie mikroelektrische mechanische Systeme (MEMS) und optoelektronische Bauelemente, verwendbar. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Halbleiterstruktur 230 als Halbleiterkörper oder -fin für einen nichtebenen oder dreidimensionalen Transistor verwendet, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, für einen Tri-Gate-Transistor, einen Dual-Gate-Transistor, einen FinFET, einen Omega-FET oder einen Pi-FET.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Siliziumstruktur 230 einen Siliziumkörper oder -fin für einen Tri-Gate-Transistor 240 bereit (siehe 2F). Um einen Tri-Gate-Transistor 240, wie er in 2F veranschaulicht ist, zu fertigen, wird die Hartmaske 212 von der Siliziumstruktur 230 entfernt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann, wenn die Hartmaske 212 ein Siliziumnitrid- oder Siliziumoxynitridfilm ist, eine Naßätzung, umfassend Phosphorsäure in vollentsalztem Wasser, zum Entfernen der Hartmaske verwendet werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Hartmaskenätzmittel eine wässerige Lösung mit zwischen 80 und 90 Volumenprozent Phosphorsäure, die auf eine Temperatur zwischen 150 und 170°C, idealerweise auf 160°C, erhitzt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat unter Verwendung von Standardreinigern SC1 und SC2 säuberbar, nachdem die Hartmaske 212 entfernt worden ist. Es ist wünschenswert, das Substrat zu reinigen, nachdem die Hartmaske mit Phosphorsäure entfernt worden ist, weil Phosphorsäure typischerweise viele metallische Verunreinigungen einschließt, die die Leistungsfähigkeit oder Zuverlässigkeit des Bauelements beeinträchtigen können. Es versteht sich, daß die Hartmaske 212, falls man einen FinFET oder ein Dual-Gate-Bauelement bilden möchte, auf der Siliziumstruktur 230 verbleiben kann, um die Oberseite der Halbleiterstruktur 230 gegen die Steuerung durch eine anschließend gebildete Gate-Elektrode zu isolieren.
  • Danach wird eine Gate-Dielektrikumschicht 250 auf den Seitenwänden 232 sowie auf der Oberseite des Halbleiterkörpers 230 gebildet. Die Gate-Dielektrikumschicht 250 kann eine beliebige wohlbekannte und geeignete Gate-Dielektrikumschicht sein, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Gate-Dielektrikumschicht aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Außerdem kann die Gate-Dielektrikumschicht 250 eine High-k-Gate-Dielektrikumschicht sein, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Hafniumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid und Tantaloxid. Eine beliebige wohlbekannte Technik, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, die Gasphasenabscheidung und die Atomlagenabscheidung, können zur Bildung der Gate-Dielektrikumschicht 250 verwendet werden.
  • Danach wird eine Gate-Elektrode 260 auf der Gate-Dielektrikumschicht 250 auf der Oberseite und auf den Seitenwänden der Halbleiterstruktur 230 gebildet (siehe 2F). Die Gate-Elektrode 260 wird senkrecht zu den Seitenwänden 232 gebildet. Die Gate-Elektrode ist aus einem beliebigen wohlbekannten Gate-Elektroden-Material bildbar, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, aus dotiertem polykristallinen Silizium sowie aus Metallfilmen, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Wolfram, Tantal, Titan und ihre Nitride. Außerdem versteht sich, daß eine Gate-Elektrode nicht notwendigerweise aus einem einzigen Material gebildet ist, sondern ein zusammengesetzter Stapel aus Dünnfilmen sein kann, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, ein unterer Metallfilm, ausgebildet auf der Gate-Dielektrikumschicht, mit einem oberen polykristallinen Siliziumfilm. Die Gate-Dielektrikumschicht und die Gate-Elektrode können durch Blanket-Aufbringen oder Aufwachsen der Gate-Dielektrikumschicht über den Halbleiterkörper und anschließendes Blanket-Aufbringen eines Gate-Elektroden-Materials über die Gate-Dielektrikumschicht gebildet werden. Die Musterbildung der Gate-Dielektrikumschicht und des Gate-Elektroden-Materials kann dann gemäß wohlbekannten Photolithographie- und Ätztechniken erfolgen, um die Gate-Elektrode 260 und die Gate-Dielektrikumschicht 250 zu bilden (siehe 2F). Als Alternative dazu können die Gate-Dielektrikumschicht und die Gate-Elektrode unter Verwendung eines wohlbekannten Replacement-Gate-Prozesses gebildet werden. Eine Source-Zone 272 und eine Drain-Zone 274 werden in dem Siliziumkörper 230 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrode 260 gebildet (siehe 2F). Jede beliebige wohlbekannte und geeignete Technik, zum Beispiel die Feststoffquellendiffusion oder die Innenimplantation, kann zur Bildung der Source- und der Drain-Zone verwendet werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Source-Zone 272 und die Drain-Zone 274 so gebildet, daß sich eine Konzentration zwischen 1 × 1019 und 1 × 1021 Atomen pro cm3 ergibt.
  • Der gefertigte nichtebene Transistor 240 schließt einen Halbleiterkörper 230 ein, der von der Gate-Dielektrikumschicht 250 und der Gate-Elektrode 260 umgeben ist, (siehe 2F). Der Abschnitt des Halbleiterkörpers 230, der sich unterhalb der Gate-Dielektrikumschicht und der Gate-Elektrode befindet, ist die Kanalzone des Bauelements. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Source- und die Drain-Zone so dotiert, daß sich ein erster Leitfähigkeitstyp (n-leitend oder p-leitend) ergibt, während die Kanalzone so dotiert wird, daß sich ein zweiter, entgegengesetzter Leitfähigkeitstyp (p-leitend oder n-leitend) ergibt, oder gar nicht dotiert wird. Wenn ein leitender Kanal durch die Gate-Elektrode 260 in der Kanalzone des Siliziumkörpers 230 gebildet wird, fließen Ladungen (das heißt, Löcher oder Elektronen) zwischen der Source- und der Drain-Zone entlang der Ebene <110> in dem Siliziumkörper 230. Das heißt, daß in dem Transistor 240 die Ladungswanderung entlang der Kristallebene <110> in der Struktur 240 erfolgt. Es hat sich herausgestellt, daß die Ladungsmigration in der Richtung <110> eine gute Beweglichkeit der Löcher bereitstellt. Entsprechend ist das Bauelement 240 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein p-leitendes Bauelement, bei dem die Source- und die Drain-Zone so ausgebildet sind, daß sich eine p-Leitfähigkeit ergibt, und bei dem die Ladungsträger Löcher sind. Außerdem kann die Gate-Elektrode 260, indem die Seitenwände des Siliziumkörpers 230 nach innen verjüngt werden, die Kanalzone des Körpers 230 gut steuern, wodurch ein schnelles Ein- und Ausschalten des Transistors 240 ermöglicht wird.
  • Die 3A bis 3D veranschaulichen ein Verfahren zur Bildung eines/einer monokristallinen Siliziumkörpers oder -struktur gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie 3A zeigt, wird eine Hartmaske 312 auf einem einkristallinen Siliziumfilm 306 mit einer globalen Kristallorientierung (100) gebildet. Die Hartmaske 312 ist auf die oben beschriebene Weise bildbar. In 3A wird die Hartmaske 312 jedoch so auf dem Siliziumfilm 306 orientiert, daß ein Paar Seitenwände, die auf die Ebene <100> ausgerichtet sind, und ein zweites Paar Seitenwände, die ebenfalls auf die Ebene <100> ausgerichtet sind, gebildet werden. (Es versteht sich, daß die Orientierung der Hartmaske 312 relativ zu der Orientierung der Hartmaske 212 in 2A um ca. 45° in der xy -Ebene gedreht ist.)
  • Danach wird, wie 3B zeigt, der Siliziumfilm 306 mit der globalen Kristallorientierung (100) so geätzt, daß er auf die Hartmaske 312 ausgerichtet wird, um eine Siliziumstruktur 314 zu bilden, die ein Paar seitlich gegenüberliegende Seitenwände 318, die auf die Ebene <100> ausgerichtet sind, und ein zweites Paar Seitenwände 320, die senkrecht zu dem ersten Paar liegen und ebenfalls auf die Ebene <100> ausgerichtet sind, hat. Der Siliziumfilm 306 ist auf die oben beschriebene Weise ätzbar.
  • Danach wird die Siliziumstruktur 314 einer Facettierungsnaßätzung ausgesetzt, während sich die Hartmaske 312 auf der Oberseite 319 der Siliziumstruktur 314 befindet. Die chemische Wirksamkeit der Facettierungsnaßätzung reicht dazu aus, die weniger dichten Ebenen <110> und <100> zu ätzen, aber die Wirksamkeit reicht nicht dazu aus, die Ebene mit hoher Dichte <111> zu ätzen. Da die weniger dichte Ebene <100> auf der Oberseite 319 der Siliziumstruktur 314 mit der Hartmaske 312 abgedeckt ist und da die chemische Wirksamkeit der Ätzung nicht dazu ausreicht, die Ebene <111> zu ätzen, wird die Siliziumstruktur 314 in eine Siliziumstruktur 330 umgewandelt, die ein Paar Seitenwände 332 hat, das eine Spitzkerbenform aufweist, die durch die sich schneidenden Ebenen <111> gebildet wird (siehe 3C). Die Facettierungsätzung ist, genau wie oben, selbstlimitierend und kommt an den ersten angrenzenden Ebenen <111> zum Stehen. Die Ebenen <111> der Seitenwände 332 treffen in einem Winkel β von ca. 55° aufeinander. Eine Kombination von Kristallorientierung, Atomabschirmung und gut gesteuerter anisotropischer Naßätzung ermöglicht die Bildung der Siliziumstruktur 330 mit spitzkerbenförmigen Seitenwänden 332.
  • Wie oben erörtert, ist die Siliziumstruktur 330 dazu verwendbar, nichtebene oder dreidimensionale Siliziumbauelemente sowie Mikromaschinen und MEMS-Bauelemente zu schaffen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Siliziumstruktur 330 dazu verwendet, einen nichtebenen Transistor, zum Beispiel einen in 3D veranschaulichten Tri-Gate-Transistor 330, zu bilden. Eine Gate-Elektrode 360 wird senkrecht zu den Seitenwänden 332 gebildet (siehe 3D). Das nichtebene Bauelement hat eine Gate-Dielektrikumschicht 350 und eine Gate-Elektrode 360, die über einem Abschnitt des Siliziumkörpers 330 und um diesen Abschnitt herum ausgebildet sind (siehe 3D). Eine Source-Zone 372 und eine Drain-Zone 374 werden in dem Siliziumkörper 330 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrode gebildet. Die Ladungswanderung von der Source- zu der Drain-Zone in dem Transistor 340 erfolgt parallel zu der oder ausgerichtet auf die Ebene <100>. Da die Ladungswanderung entlang der Ebene <100> erfolgt, stellt die Siliziumstruktur 330 eine gute Elektronenbeweglichkeit bereit und läßt sich daher ideal bei der Fertigung eines n-leitenden Feldeffekttransistors (NFET) verwenden, bei dem die Ladungsträger Elektronen sind und die Source-Zone 372 und die Drain-Zone 374 n-leitend sind.
  • Die 4A bis 4D veranschaulichen ein Verfahren zur Bildung eines/einer Halbleiterkörpers oder -struktur gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie 4A zeigt, wird ein Substrat 400, zum Beispiel ein SOI-Substrat, das ein unteres monokristallines Siliziumsubstrat 402, eine vergrabene Oxidschicht 404 und einen einkristallinen Siliziumfilm 406 einschließt, bereitgestellt. Zwar wird idealerweise ein SOI-Substrat 400 verwendet, doch sind, wie oben dargelegt, auch andere wohlbekannte Halbleitersubstrate verwendbar. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der einkristalline Siliziumfilm 406 eine globale Kristallorientierung (110) (siehe 4A). Ein einkristalliner Siliziumfilm mit einer globalen Kristallorientierung (110) hat eine Ebene <110> des Siliziumgitters, die planar mit der Oberfläche des Films ist oder parallel zu dieser verläuft. Das heißt, daß, wie in 4A veranschaulicht ist, ein einkristalliner Siliziumfilm mit einer globalen Kristallorientierung (110) eine Ebene <110> in der xy-Ebene mit einer Normalachse in der z-Richtung hat. Außerdem hat ein einkristalliner Siliziumfilm mit einer globalen Kristallorientierung (110) Ebenen <111> und Ebenen <110>, die orthogonal zueinander und orthogonal zu einer Ebene <110> liegen. Das heißt, daß in einem einkristallinen Siliziumfilm 406 mit einer globalen Kristallorientierung (110) Ebenen <111> vorhanden sind, die in der xz-Ebene mit einer Normalachse in der y-Richtung liegen, und Ebenen <110> vorhanden sind, die in der zy-Ebene liegen und eine Normalachse in der x-Richtung haben (siehe 4A). Danach wird, wie oben beschrieben, eine Hartmaske 412 (siehe 4A) auf dem einkristallinen Siliziumfilm 406 mit einer Kristallorientierung (110) gebildet. Die Hartmaske 412 wird so auf dem Siliziumfilm 406 orientiert, daß ein Paar Seitenwände, die auf die Ebene <110> ausgerichtet sind, und ein zweites Paar senkrechte Seitenwände, die auf die Ebene <111> ausgerichtet sind, gebildet werden. Die Hartmaske 412 ist aus bzw. gemäß oben beschriebenen Materialien und Verfahren bildbar.
  • Danach wird, wie 4B zeigt, der Siliziumfilm (110) so geätzt, daß er auf die Hartmaske 412 ausgerichtet wird, um eine Siliziumstruktur 414 zu bilden, die ein Paar seitlich gegenüberliegende Seitenwände 418, die parallel zu der Ebene <110> verlaufen oder auf diese ausgerichtet sind, und ein zweites Paar Seitenwände 420, die senkrecht zu dem ersten Paar 418 verlaufen und parallel zu einer Ebene <111> verlaufen oder auf diese ausgerichtet sind, hat. Die mit der Hartmaske 412 abgedeckte Siliziumstruktur 414 wird dann einer Facettierungsnaßätzung ausgesetzt. Die chemische Wirksamkeit der Facettierungsnaßätzung reicht dazu aus, die weniger dichte Ebene <110> zu ätzen, aber die chemische Wirksamkeit reicht nicht dazu aus, die Ebene mit höherer Dichte <111> zu ätzen. Da die weniger dichte Ebene <110> der Oberseite 419 mit der Hartmaske 412 abgedeckt ist und da die chemische Wirksamkeit der Ätzung nicht dazu ausreicht, die Ebene <111> zu ätzen, wird die Struktur 414 in eine Struktur 430 umgewandelt, die ein Paar seitlich gegenüberliegende Seitenwände 432 hat, die durch Ebenen <111> definiert sind (siehe 4C). Nachdem die Struktur 414 lange genug der Facettierungsätzung ausgesetzt worden ist, sind die Seitenwände 432 durch die Ebenen <111> definiert und erzeugen eine Struktur mit einer V-Form oder nach innen verjüngten Seitenwänden. Die Seitenwände 432 verlaufen in einem Winkel gamma von ca. 62,5 Grad von der Oberseite 419 der Struktur 430 nach innen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Oberseite 419 eine Breite (W1) zwischen seitlich gegenüberliegenden Seitenwänden 430, die zwischen 20 und 30 nm beträgt, und eine Unterseite hat eine Breite (W2) zwischen seitlich gegenüberliegenden Seitenwänden 440, die zwischen 10 und 15 nm beträgt. Eine Kombination von Kristallorientierung, Hartmaskenabdeckung und einer Naßätzung mit der geeigneten chemischen Wirksamkeit ermöglicht die Bildung der Siliziumstruktur 430 mit nach innen verjüngten Seitenwänden 432.
  • Wie oben erörtert, ist die Struktur 430 dazu verwendbar, eine Vielfalt von wohlbekannten Halbleiterbauelementen, zum Beispiel nichtebene oder dreidimensionale Siliziumbauelemente sowie optoelektronische Bauelemente und MEMS-Bauelemente, zu schaffen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Siliziumstruktur 430 dazu verwendet, einen Siliziumkörper eines nichtebenen Transistors, zum Beispiel eines in 4D veranschaulichten Tri-Gate-Transistors 440, zu bilden. Der Tri-Gate-Transistor 440 hat eine Gate-Dielektrikumschicht 450 und eine Gate-Elektrode 460, die über einem Abschnitt des Siliziumkörpers 430 und um diesen Abschnitt herum ausgebildet sind (siehe 4D). Die Gate-Elektrode 460 verläuft senkrecht zu den Seitenwänden 432 (siehe 4D). Die Gate-Dielektrikumschicht 450 und die Gate-Elektrode 460 können aus einem beliebigen geeigneten Material und gemäß einem beliebigen geeigneten bekannten Verfahren, zum Beispiel den oben beschriebenen, gebildet werden. Eine Source-Zone 472 und ein Drain 474 werden in dem Siliziumkörper 430 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrode 460 gebildet. (siehe 4D). Die Ladungswanderung von der Source-Zone 472 zu der Drain-Zone 474 in dem Siliziumkörper 430 erfolgt parallel zu der oder ausgerichtet auf die Ebene <110>. Die nach innen venjüngten Seitenwände 432 des Siliziumkörpers 430 stellen eine gute Gate-Steuerung 460 der Kanalzone des Bauelements bereit, was das schnelle Ein- und Ausschalten des Bauelements 440 ermöglicht.
  • Zwar ist die vorliegende Erfindung auf die Formgebung oder „Facettierung” von einkristallinen Siliziumstrukturen unter Verwendung einer Kombination von Kristallorientierung. Hartmaskenabdeckung und gut gesteuerten Naßätzmitteln gerichtet, doch worden, doch sind Konzepte der vorliegenden Erfindung ebenso auf andere Typen von einkristallinen Halbleiterfilmen anwendbar, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt und ohne Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu sein, Germanium (Ge), eine Legierung aus Silizium und Germanium (SixGey), Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb), Galliumphosphid (GaP) und Galliumantimonid (GaSb). So ist zum Beispiel eine einkristalline Struktur aus Indiumantimonid (InSb) unter Verwendung eines Naßätzmittels, das eine wässerige Lösung von 0,05 bis 0,1 mol/L Zitronensäure umfaßt, in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 15°C facettierbar. Entsprechend ist eine einkristalline Struktur aus Galliumarsenid (GaAs) facettierbar, indem eine Galliumarsenidstruktur, die mit einer Hartmaske abgedeckt ist, einem Naßätzmittel, das eine wässerige Lösung von weniger als 0,05 mol/L Zitronensäure umfaßt, in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 15°C ausgesetzt wird.
  • Außerdem ist es möglich, einen integrierten Schaltkreis aus einem p-leitenden Transistor und einem n-leitenden Transistor 520 zu bilden, die so orientiert und/oder geformt werden, daß sie die Leistungsfähigkeit jedes Transistortyps optimieren. So erfolgt (siehe 5) die Musterbildung eines einkristallinen Siliziumfilms mit einer globalen Kristallorientierung (100) so, wie das unter Bezugnahme auf die 2A bis 2F beschrieben wurde, um einen Siliziumkörper 512 für einen p-leitenden nichtebenen Transistor 510 zu bilden, wobei die Wanderung der Ladungen (Löcher) parallel zu einer Ebene <110> erfolgt, und erfolgt die Musterbildung auch so, wie das unter Bezugnahme auf die 3A bis 3D beschrieben wurde, um einen Siliziumkörper 522 für einen n-leitenden nichtebenen Transistor 520 zu bilden, wobei die Wanderung der Ladungen (Elektronen) parallel zu einer Ebene <100> erfolgt. Entsprechend werden ein p-leitender nichtebener Transistor und ein n-leitender nichtebener Transistor nichtparallel zueinander (zum Beispiel um 45° versetzt) auf einem Substrat orientiert, um die Löcherbeweglichkeit für den p-leitenden Transistor und die Elektronenbeweglichkeit für den n-leitenden Transistor zu optimieren. Alternativ werden die Halbleiterkörper des p-leitenden Bauelements und des n-leitenden Bauelements so relativ zueinander orientiert, daß ermöglicht wird, daß die Facettierungsätzung die Körper zu Strukturen formt, die die Leistungsfähigkeit jedes Bauelementtyps optimieren. Auf diese Weise ist die Leistungsfähigkeit eines integrierten Schaltkreises, der sowohl einen n-leitenden nichtebenen Transistor als auch einen p-leitenden nichtebenen Transistor einschließt, stark verbesserbar.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Musterbildung eines monokristallinen Siliziumfilms, umfassend: Bilden einer Hartmaske auf einem monokristallinen Siliziumfilm, Ätzen des monokristallinen Siliziumfilms auf eine solche Weise, dass dieser auf die Hartmaske ausgerichtet wird, um eine mit einer Hartmaske abgedeckte monokristalline Siliziumstruktur mit einer Oberseite und einem Paar seitlich gegenüberliegender Seitenwände zu bilden, und Einwirkenlassen eines nasschemischen Ätzmittels auf den mit der Hartmaske abgedeckten monokristallinen Siliziumfilm, um einen Abschnitt des monokristallinen Siliziumfilms wegzuätzen, wobei das Ätzmittel NH4OH und Wasser umfasst und die NH4OH-Konzentration weniger als 1 Volumenprozent beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der monokristalline Siliziumfilm eine globale Kristallorientierung (100) hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ätzen der Siliziumstruktur die Seitenwände auf eine Ebene <110> ausgerichtet sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ätzen der Siliziumstruktur die Seitenwände auf eine Ebene <100> ausgerichtet sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der monokristalline Siliziumfilm eine globale Kristallorientierung (110) hat.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ätzen der Siliziumstruktur die Seitenwände auf eine Ebene <110> ausgerichtet sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bilden eines Gate-Dielektrikums und einer Gate-Elektrode oberhalb der Oberseite der Siliziumstruktur und auf den Seitenwänden der Struktur, nachdem die Struktur der Nassätzung ausgesetzt worden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Entfernen der Hartmaske vor dem Bilden des Gate-Dielektrikums und der Gate-Elektrode.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Bilden einer Source-Zone und einer Drain-Zone in der Siliziumstruktur auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrode.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die NH4OH-Konzentration zwischen 0,2 und weniger als 1 Volumenprozent beträgt und das Ätzmittel eine Temperatur zwischen 5 und 25°C hat.
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