DE112017007824T5 - Gruppe-iii-v-halbleitervorrichtungen mit gate-elektroden mit doppelter austrittsarbeit - Google Patents
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- H01L29/7854—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET the body having a non-rectangular crossection with rounded corners
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- H01L29/78618—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure
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- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78681—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising AIIIBV or AIIBVI or AIVBVI semiconductor materials, or Se or Te
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
- H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
- H01L29/0669—Nanowires or nanotubes
- H01L29/0673—Nanowires or nanotubes oriented parallel to a substrate
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- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66469—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with one- or zero-dimensional channel, e.g. quantum wire field-effect transistors, in-plane gate transistors [IPG], single electron transistors [SET], Coulomb blockade transistors, striped channel transistors
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Abstract
Es werden Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtungen, die Gate-Elektroden mit doppelter Austrittsarbeit aufweisen, und ihre Verfahren zur Herstellung beschrieben. In einem Beispiel weist eine integrierte Schaltungsstruktur eine Galliumarsenidschicht auf einem Substrat auf. Eine Kanalstruktur ist auf der Galliumarsenidschicht. Die Kanalstruktur weist Indium, Gallium und Arsen auf. Eine Source-Struktur ist an einem ersten Ende der Kanalstruktur und eine Drain-Struktur ist an einem zweiten Ende der Kanalstruktur. Eine Gate-Struktur ist über der Kanalstruktur, wobei die Gate-Struktur ein erstes Austrittsarbeit-Material seitlich benachbart zu einem zweiten Austrittsarbeit-Material aufweist. Das zweite Austrittsarbeit-Material weist eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit auf.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen integrierte Halbleiterschaltungen und insbesondere Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtungen, welche Gate-Elektroden mit doppelter Austrittsarbeit aufweisen, und ihre Verfahren zur Herstellung.
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- In den letzten Jahrzehnten war die Skalierung von Merkmalen in integrierten Schaltungen eine Antriebskraft hinter einer stets wachsenden Halbleiterindustrie. Eine immer kleinere Skalierung von Merkmalen ermöglicht zunehmende Dichten von Funktionseinheiten auf dem begrenzten Platz von Halbleiterchips. Zum Beispiel ermöglicht eine kleiner werdende Transistorgröße die Integration einer erhöhten Anzahl von Speicher- oder Logikvorrichtungen auf einem Chip, was der Herstellung von Produkten eine erhöhte Kapazität verschafft. Das Streben nach immer mehr Kapazität bleibt jedoch nicht ohne Folgen. Die Notwendigkeit, die Leistung jeder Vorrichtung zu optimieren, wird zunehmend bedeutsam.
- Da die Abmessungen von grundlegenden Bausteinen von mikroelektronischen Schaltungsanordnungen reduziert sind und da die schiere Anzahl von grundlegenden Bausteinen, die in einem bestimmten Bereich hergestellt werden, erhöht ist, sind die Beschränkungen bei Halbleitervorgängen, die verwendet werden, um diese Bausteine herzustellen, gewaltig geworden. Insbesondere kann es zu einem Kompromiss zwischen der kleinsten Abmessung eines in einem Halbleiterstapel strukturierten Merkmals (der kritischen Abmessung) und der Beabstandung zwischen Merkmalen kommen.
- Die Variabilität bei herkömmlichen und Herstellungsvorgängen des Standes der Technik kann die Möglichkeit einschränken, sie weiter in den Bereich von z.B. 10 nm oder unter 10 nm auszudehnen. Folglich kann die Herstellung der Funktionskomponenten, die für zukünftige Technologieknoten benötigt werden, die Einführung von neuen Methodiken oder die Integration von neuen Technologien in gegenwärtigen Herstellungsvorgängen oder anstelle gegenwärtiger Herstellungsvorgänge erfordern.
- Figurenliste
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1A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung. -
1B ist ein Diagramm, welches ein Band-zu-Band-Tunneln (BTBT ) für die herkömmliche Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung von1A zeigt. -
2A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
2B ist ein Diagramm, welches ein Band-zu-Band-Tunneln (BTBT ) für die Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung von2A zeigt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
2C ist ein Diagramm, das simulierte (tatsächliche) Energiebände zeigt, das die Strukturen von1A und2A vergleicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
2D ist ein Diagramm, das den Vergleich von simulierten Kurven unter einer Schwelle zeigt, das die Strukturen von1A und2A vergleicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
2E ist ein Diagramm, das den Vergleich eines simulierten Ein-Stroms zeigt, das die Strukturen von1A und2A vergleicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
3A und3B veranschaulichen Querschnittsansichten verschiedener Operationen in einem Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
4A-4C veranschaulichen Querschnittsansichten verschiedener Operationen in einem anderen Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
5A veranschaulicht eine Draufsicht einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
5B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer auf Rippen basierenden Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
5C veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer auf Nanodraht basierenden Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
6 veranschaulicht eine Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß einer Implementierung der Offenbarung. -
7 veranschaulicht einen Interposer, der eine oder mehrere Ausführungsformen der Offenbarung umfasst. - BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Es werden Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtungen, die Gate-Elektroden mit doppelter Austrittsarbeit aufweisen, und ihre Verfahren zur Herstellung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, wie etwa spezifisches Material und Werkzeugsysteme, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Für Fachleute auf dem Gebiet wird offensichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Beispielen werden allgemein bekannte Merkmale, wie etwa ein Single- oder Dual-Damascene-Prozess, nicht ausführlich beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig zu verkomplizieren. Des Weiteren versteht sich, dass die verschiedenen in den Figuren gezeigten Ausführungsformen veranschaulichende Darstellungen und nicht unbedingt maßstabsgetreu sind. In einigen Fällen werden verschiedene Operationen als mehrere diskrete Operationen beschrieben und dies wiederum auf eine Weise, die beim Verständnis der vorliegenden Offenbarung besonders hilfreich ist, die Reihenfolge der Beschreibung ist hingegen nicht auszulegen, um zu implizieren, dass diese Operationen notwendigerweise von der Reihenfolge abhängen. Genauer gesagt, müssen diese Operationen nicht in der dargelegten Reihenfolge ausgeführt werden.
- In der folgenden Beschreibung kann auch lediglich zum Referenzzweck eine bestimmte Terminologie verwendet werden und soll daher nicht beschränken. Zum Beispiel beziehen sich Begriffe, wie „oben“, „unten“, „über“, „unter“, „Boden“ und „Decke“, auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe, wie „vorne“, „hinten“ und „seitlich“ beschreiben die Ausrichtung und/oder Stelle von Abschnitten der Komponente innerhalb eines konsequenten, jedoch beliebigen Referenzrahmens, der durch Bezugnahme auf den Text und die zugeordneten Zeichnungen, welche die erörterte Komponente beschreiben, verdeutlicht wird. Derartige Terminologie kann insbesondere die vorangehend erwähnten Wörter, ihre Ableitungen und Wörter ähnlicher Bedeutung umfassen.
- Hierin beschriebene Ausführungsformen können sich auf Front-End-of-Line(FEOL)-Halbleitervorgänge und -Strukturen beziehen. FEOL ist der erste Teil einer Herstellung einer integrierten Schaltung (IC; integrated circuit), in dem die einzelnen Vorrichtungen (z.B. Transistoren, Kondensatoren, Widerstände usw.) in dem Halbleitersubstrat oder der Halbleiterschicht strukturiert werden. FEOL deckt im Allgemeinen alles ab, bis hin zu (jedoch nicht umfassend) der Abscheidung von Metallzwischenverbindungsschichten. Nach der letzten FEOL-Operation ist das Ergebnis typischerweise ein Wafer mit isolierten Transistoren (z.B. ohne jegliche Drähte).
- Hierin beschriebene Ausführungsformen können sich auf Back-End-of-Line(BEOL)-Halbleitervorgänge und -Strukturen beziehen. BEOL ist der zweite Teil einer IC-Herstellung, in dem die einzelnen Vorrichtungen (z.B. Transistoren, Kondensatoren, Widerstände usw.) mit einer Verdrahtung auf dem Wafer, z.B. der Metallisierungsschicht oder -schichten, verbunden werden. BEOL umfasst Kontakte, Isolierschichten (Dielektrika), Metallebenen und Bindungsstellen zur Verbindung von Chip mit Baugruppe. In dem BEOL-Teil der Herstellungsstufe werden Kontakte (Kontaktflächen), Verbindungsdrähte, Vias und dielektrische Strukturen gebildet. Bei modernen IC-Vorgängen werden mehr als 10 Metallschichten bei dem BEOL hinzugefügt.
- Im Folgenden beschriebene Ausführungsformen können auf FEOL-Vorgänge undstrukturen, BEOL-Vorgänge und -Strukturen oder sowohl auf FEOL- als auch BEOL-Vorgänge und -Strukturen anwendbar sein. Insbesondere können derartige Herangehensweisen, obgleich ein beispielhaftes Vorgangsschema unter Verwendung eines FEOL-Vorgangsszenarios veranschaulicht sein kann, auch auf BEOL-Vorgänge anwendbar sein. Gleichermaßen können derartige Herangehensweisen, obgleich ein beispielhaftes Vorgangsschema unter Verwendung eines BEOL-Vorgangsszenarios veranschaulicht sein kann, auch auf FEOL-Vorgänge anwendbar sein.
- Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS; complementary metal oxide semiconductor)-Vorrichtungen mit doppelter Gate-Austrittsarbeit zur Reduzierung eines Band-zu-Band-Tunnelns (
BTBT ). Bestimmte Ausführungsformen beziehen sich auf eine auf III-V-Halbleitern basierende Transistorherstellung, wie etwa von Vorrichtungen, die auf Indiumgalliumarsenid(InGaAs)-Kanalstrukturen auf Galliumarsenid(GaAs)-Schichten oder -Substraten basieren. Ausführungsformen können implementiert werden, um die Probleme eines erhöhten Leckstroms im Aus-Zustand anzugehen, welcher mit Kanalmaterial mit schmaler Bandlücke zusammenhängt, die auf ein Band-zu-Band-Tunneln (BTBT ) und ein durchBTBT induziertes Schwimmkörper-Barrieresenken (BIBL ) in den Feldeffekttransistoren (FETs) zurückzuführen ist. Die Kanalmaterialen mit schmaler Bandlücke, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Gruppe-III-V-Halbleitermaterialien, wie etwa InGaAs und InAs, und Gruppe-IV-Halbleitermaterialien, wie etwa Ge. - Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist eine integrierte Schaltungsstruktur doppelte Gate-Metallmaterialien mit zwei verschiedenen Austrittsarbeiten auf. Ein Gate-Austrittsarbeit-Material ist auf der Source-Seite platziert, um einen thermionischen Leckstrom zu steuern, und das andere mit einer unterschiedlichen Austrittsarbeit ist auf der Drain-Seite platziert, um das elektrische Feld und
BTBT zu reduzieren. In einer Ausführungsform sind Änderungen von Kanal- oder Source/Drain-Materialien zur BTBT-Reduzierung nicht unbedingt notwendig. Ausführungsformen können anwendbar sein, um einen reduzierten Leckstrom und eine reduzierte Leckspannung in Chips, die aus Hochmobilitätstransistoren, wie etwa denjenigen, die auf III-V- und Ge-Materialien basieren, hergestellt sind, vorzusehen. - Um einen Kontext bereitzustellen, veranschaulicht
1A eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung.1B ist ein Diagramm150 , welches ein Band-zu-Band-Tunneln (BTBT ) für die herkömmliche Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung von1A zeigt. - Bezugnehmend auf
1A weist eine integrierte Schaltungsstruktur100 eine Galliumarsenidschicht104 auf einem Substrat102 auf. Eine InGaAs-Kanalstruktur106 ist auf der Galliumarsenidschicht104 . Eine Source-Struktur110 ist an einem ersten Ende der Kanalstruktur106 und eine Drain-Struktur108 ist an einem zweiten Ende der Kanalstruktur106 . Die Source-Struktur110 und die Drain-Struktur108 weisen eine im Wesentlichen breitere Bandlücke auf als die Kanalstruktur106 . Eine Gate-Struktur, die eine Gate-Elektrode112 und ein umgebendes Gate-Dielektrikum114 aufweist, ist über der Kanalstruktur106 . Ein Source- und Drain-Kontakt116 sind seitlich benachbart zu der Gate-Elektrode112 . - Bezugnehmend auf Diagramm
150 von1B besteht ein Problem des Standes der Technik darin, dass sich Source- und Drain-Materialien (110 und108 ) mit breiter Bandlücke in Bereichen außerhalb des BTBT-Fensters befinden. Folglich gibt es keine Verbesserung oder keine wesentliche Verbesserung der BTBT-Reduzierung. - Im Gegensatz dazu wird gemäß einer oder mehrerer hierin beschriebenen Ausführungsformen eine Delta-Austrittsarbeit aus doppelten Metallen (z.B. vom N-Typ und P-Typ) in einer Gate-Elektrode implementiert, um nicht nur ein Bandbiegen, sondern auch das BTBT-Fenster zu reduzieren, was das
BTBT erheblich reduziert. Zum Beispiel veranschaulicht2A eine Querschnittsansicht einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - Bezugnehmend auf
2A weist eine integrierte Schaltungsstruktur200 eine Galliumarsenidschicht204 (GaAs-Schicht) auf einem Substrat202 , wie etwa einem Silizium(Si)-Substrat, auf. Eine Kanalstruktur206 ist auf der Galliumarsenidschicht204 . In einer Ausführungsform ist die Kanalstruktur206 eine III-V-Material-Kanalstruktur. In einer Ausführungsform umfasst die Kanalstruktur206 Indium, Gallium und Arsen (z.B. eine InGaAs-Kanalstruktur). Eine Source-Struktur210 ist an einem ersten Ende der Kanalstruktur206 und eine Drain-Struktur208 ist an einem zweiten Ende der Kanalstruktur206 . Eine Gate-Struktur ist über der Kanalstruktur206 . In einer Ausführungsform weist die Gate-Struktur ein erstes Austrittsarbeit-Material212A seitlich benachbart zu einem zweiten Austrittsarbeit-Material212B auf. Das zweite Austrittsarbeit-Material212B weist eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit212A auf. - In einer Ausführungsform 2 weisen die Source-Struktur
210 und die Drain-Struktur208 ungefähr die gleiche Bandlücke wie die Kanalstruktur206 auf. In einer derartigen Ausführungsform bestehen die Source-Struktur210 und die Drain-Struktur208 aus InGaAs. In einer bestimmten derartigen Ausführungsform sind die Source-Struktur210 und die Drain-Struktur208 N+-dotiert, um eine N+-Leitfähigkeit aufzuweisen, z.B. mit Silizium-Dotieratomen. - In einer Ausführungsform weist das erste Austrittsarbeit-Material
212A eine von dem zweiten Austrittsarbeit-Material212B unterschiedliche Austrittsarbeit auf. Das erste Austrittsarbeit-Material212A ist nahe der Drain-Struktur208 und das zweite Austrittsarbeit-Material212B ist nahe der Source-Struktur210 . In einer derartigen Ausführungsform ist das erste Austrittsarbeit-Material212A ein Material vom N-Typ, wie etwa ein Gate-Metallmaterial vom N-Typ, und das zweite Austrittsarbeit-Material212B ist ein Material vom P-Typ, wie etwa ein Gate-Metallmaterial vom P-Typ. - In einer Ausführungsform ist die dielektrische Schicht
214 zwischen der Kanalstruktur206 und der Gate-Struktur212A/212B . In einer Ausführungsform ist ein erster leitender Kontakt (links216 ) auf der Drain-Struktur208 und ein zweiter leitender Kontakt (rechts216 ) ist auf der Source-Struktur210 . - In einer Ausführungsform ist die Kanalstruktur
206 eine Rippenstruktur, wie ausführlicher im Folgenden in Verbindung mit5B beschrieben wird. In einer Ausführungsform ist die Kanalstruktur206 eine Nanodrahtstruktur, wie ausführlicher im Folgenden in Verbindung mit5C beschrieben wird. -
2B ist ein Diagramm250 , welches ein Band-zu-Band-Tunneln (BTBT ) für die Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung von2A zeigt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bezugnehmend auf Diagramm250 sind im Gegensatz zur Vorrichtung des Standes der Technik, die auf einer Gate-Elektrode mit einer einzigen Austrittsarbeit basiert, doppelte Metalle (z.B. vom N-Typ und P-Typ) in einer Gate-Elektrode implementiert, um nicht nur ein Bandbiegen, sondern auch das BTBT-Fenster zu reduzieren, was dasBTBT erheblich reduziert. -
2C ist ein Diagramm260 , das simulierte (tatsächliche) Energiebände zeigt, welches die Strukturen von1A und2A vergleicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.2D ist ein Diagramm270 , welches den Vergleich von simulierten Kurven unter einer Schwelle zeigt, welches die Strukturen von1A und2A vergleicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.2E ist ein Diagramm280 , welches den Vergleich eines simulierten Ein-Stroms zeigt, welches die Strukturen von1A und2A vergleicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - In einem ersten beispielhaften Vorgangsschema veranschaulichen
3A und3B Querschnittsansichten verschiedener Operationen in einem Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - Bezugnehmend auf
3A weist ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsstruktur ein Bilden einer Kanalstruktur300 , z.B. auf einer Galliumarsenidschicht über einem Siliziumsubstrat oder auf einem Galliumarsenidsubstrat auf. In einer Ausführungsform weist die Kanalstruktur300 Indium, Gallium und Arsen auf. Obwohl es nicht abgebildet ist, wird eine Source-Struktur an einem ersten Ende der Kanalstruktur300 gebildet und eine Drain-Struktur wird an einem zweiten Ende der Kanalstruktur300 gebildet. Ein Gate-Graben304 wird in einer dielektrischen Schicht302 über der Kanalstruktur300 gebildet. - Bezugnehmend auf
3B wird ein erstes Austrittsarbeit-Material312A in dem Gate-Graben304 unter Verwendung eines ersten abgewinkelten Abscheidungsvorgangs308 gebildet. Ein zweites Austrittsarbeit-Material312B wird in dem Gate-Graben304 unter Verwendung eines zweiten abgewinkelten Abscheidungsvorgangs306 gebildet. Das erste Austrittsarbeit-Material312A ist seitlich benachbart zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material312B . In einer Ausführungsform weist das zweite Austrittsarbeit-Material312B eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit312A auf. - In einer Ausführungsform weist das erste Austrittsarbeit-Material
312A eine zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material312B niedrigere Austrittsarbeit für eine Halbleitervorrichtung vom N-Typ auf. Das erste Austrittsarbeit-Material312A ist nahe einer Drain-Struktur und das zweite Austrittsarbeit-Material312B ist nahe einer Source-Struktur. In einer Ausführungsform ist das erste Austrittsarbeit-Material312A ein Material vom N-Typ und das zweite Austrittsarbeit-Material312B ist ein Material vom P-Typ für eine Halbleitervorrichtung vom N-Typ. In einer Ausführungsform weist das erste Austrittsarbeit-Material312A eine zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material312B höhere Austrittsarbeit für eine Halbleitervorrichtung vom P-Typ auf. Das erste Austrittsarbeit-Material312A ist nahe einer Drain-Struktur und das zweite Austrittsarbeit-Material312B ist nahe einer Source-Struktur. In einer Ausführungsform ist das erste Austrittsarbeit-Material312A ein Material vom P-Typ und das zweite Austrittsarbeit-Material312B ist ein Material vom N-Typ für eine Halbleitervorrichtung vom P-Typ. - In einer Ausführungsform ist die Kanalstruktur
300 eine Rippenstruktur, wie ausführlicher im Folgenden in Verbindung mit5B beschrieben wird. In einer anderen Ausführungsform ist die Kanalstruktur300 eine Nanodrahtstruktur, wie ausführlicher im Folgenden in Verbindung mit5C beschrieben wird. - In einem zweiten beispielhaften Vorgangsschema veranschaulichen
4A-4C Querschnittsansichten verschiedener Operationen in einem anderen Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - Bezugnehmend auf
4A weist ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsstruktur ein Bilden einer Kanalstruktur400 , z.B. auf einer Galliumarsenidschicht über einem Siliziumsubstrat oder auf einem Galliumarsenidsubstrat auf. In einer Ausführungsform weist die Kanalstruktur400 Indium, Gallium und Arsen auf. Obwohl es nicht abgebildet ist, wird eine Source-Struktur an einem ersten Ende der Kanalstruktur400 gebildet und eine Drain-Struktur wird an einem zweiten Ende der Kanalstruktur400 gebildet. Ein Gate-Graben wird in einer dielektrischen Schicht402 über der Kanalstruktur400 gebildet. Ein erstes Austrittsarbeit-Material412 wird gebildet, um den Gate-Graben vollständig zu füllen. Eine Maskenschicht414 wird gebildet, um ungefähr die Hälfte des ersten Austrittsarbeit-Materials412 abzudecken. - Bezugnehmend auf
4B wird das erste Austrittsarbeit-Material412 in dem Gate-Graben strukturiert, z.B. unter Verwendung eines Ätzvorgangs, um eine Öffnung404 an einer Seite des Gate-Grabens zu bilden. Das Strukturieren hinterlässt ein erstes Austrittsarbeit-Material412A , das in dem Gate-Graben bleibt. - Bezugnehmend auf
4C wird ein zweites Austrittsarbeit-Material412B in der Öffnung404 an der Seite des Gate-Grabens gebildet. Das erste Austrittsarbeit-Material412A ist seitlich benachbart zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material412B . In einer Ausführungsform weist das zweite Austrittsarbeit-Material412B eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit auf. - In einer Ausführungsform weist das erste Austrittsarbeit-Material
412A eine zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material412B niedrigere Austrittsarbeit für eine Halbleitervorrichtung vom N-Typ auf. Das erste Austrittsarbeit-Material412A ist nahe einer Drain-Struktur und das zweite Austrittsarbeit-Material412B ist nahe einer Source-Struktur. In einer Ausführungsform ist das erste Austrittsarbeit-Material412A ein Material vom N-Typ und das zweite Austrittsarbeit-Material412B ist ein Material vom P-Typ für eine Halbleitervorrichtung vom N-Typ. In einer Ausführungsform weist das erste Austrittsarbeit-Material412A eine zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material412B höhere Austrittsarbeit für eine Halbleitervorrichtung vom P-Typ auf. Das erste Austrittsarbeit-Material412A ist nahe einer Drain-Struktur und das zweite Austrittsarbeit-Material412B ist nahe einer Source-Struktur. In einer Ausführungsform ist das erste Austrittsarbeit-Material412A ein Material vom P-Typ und das zweite Austrittsarbeit-Material412B ist ein Material vom N-Typ für eine Halbleitervorrichtung vom P-Typ. - In einer Ausführungsform ist die Kanalstruktur
400 eine Rippenstruktur, wie ausführlicher im Folgenden in Verbindung mit5B beschrieben wird. In einer anderen Ausführungsform ist die Kanalstruktur400 eine Nanodrahtstruktur, wie ausführlicher im Folgenden in Verbindung mit5C beschrieben wird. - Es ist zu verstehen, dass eine Halbleiter-Kanalstruktur, wie hierin offenbart, eine planare Kanalstruktur oder eine nicht planare Kanalstruktur sein kann.
5A veranschaulicht eine Draufsicht einer Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass die Draufsicht von5A auf sowohl Ausführungsformen mit planarer Kanalstruktur als auch auf Ausführungsformen mit nicht planarer Kanalstruktur anwendbar ist. - Bezugnehmend auf
5A weist eine integrierte Schaltungsstruktur eine Kanalstruktur (abgedeckt) auf, welche eine Source-Struktur510 an einem ersten Ende der Kanalstruktur und eine Drain-Struktur508 an einem zweiten Ende der Kanalstruktur aufweist. Eine Gate-Struktur ist über der Kanalstruktur und weist ein erstes Austrittsarbeit-Material512A seitlich benachbart zu einem zweiten Austrittsarbeit-Material512B auf. In einer Ausführungsform weist das zweite Austrittsarbeit-Material512B eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit512A auf. -
5B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer auf Rippen basierenden Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - Bezugnehmend auf
5B ist ein/e Galliumarsenid(GaAs)-Substrat oder -Schicht504 , z.B. eine Schicht auf einem Siliziumsubstrat, wie etwa einem Silizium(Si)-Substrat, vorgesehen. Eine Rippen-Kanalstruktur506 ist auf der Galliumarsenidschicht504 . In einer Ausführungsform ist die Rippen-Kanalstruktur506 eine III-V-Material-Kanalstruktur. In einer Ausführungsform umfasst die Rippen-Kanalstruktur506 Indium, Gallium und Arsen (z.B. eine InGaAs-Rippen-Kanal struktur). -
5C veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer auf Nanodraht basierenden Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtung, die eine Gate-Elektrode mit doppelter Austrittsarbeit aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - Bezugnehmend auf
5C ist ein/e Galliumarsenid(GaAs)-Substrat oder -Schicht504 , z.B. eine Schicht auf einem Siliziumsubstrat, wie etwa einem Silizium(Si)-Substrat, vorgesehen. Eine Nanodraht-Kanalstruktur556 ist auf der Galliumarsenidschicht504 . In einer Ausführungsform ist die Nanodraht-Kanalstruktur556 eine III-V-Material-Kanalstruktur. In einer Ausführungsform umfasst die Nanodraht-Kanalstruktur556 Indium, Gallium und Arsen (z.B. eine InGaAs-Nanodraht-Kanalstruktur). - Implementierungen von Ausführungsformen der Offenbarung können auf einem Substrat, wie etwa einem Halbleitersubstrat gebildet oder ausgeführt werden. In einer Implementierung kann das Halbleitersubstrat ein kristallines Substrat sein, das unter Verwendung eines massiven Siliziums oder einer Silizium-auf-Silizium-Unterstruktur gebildet ist. In anderen Implementierungen kann das Halbleitersubstrat unter Verwendung von abwechselnden Materialien gebildet sein, die mit Silizium kombiniert sein können oder nicht, die Germanium, Indium, Antimonid, Bleitellurid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Galliumarsenid, Indiumgalliumarsenid, Galliumantimonid oder Kombinationen aus Gruppe-III-V- oder Gruppe-IV-Materialien umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Obgleich wenige Materialbeispiele, aus denen das Substrat gebildet sein kann, hierin beschrieben sind, kann jegliches Material, das als Grundlage dienen kann, aus welcher eine Halbleitervorrichtung gebaut werden kann, innerhalb des Geistes und des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen.
- Mehrere Transistoren, wie etwa Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET oder einfach MOS-Transistoren), können auf dem Substrat hergestellt werden. In verschiedenen Implementierungen der Offenbarung können die MOS-Transistoren planare Transistoren, nicht planare Transistoren oder eine Kombination aus beiden sein. Nicht planare Transistoren umfassen FinFET-Transistoren, wie etwa Doppel-Gate-Transistoren und Dreifach-Gate-Transistoren sowie umhüllende oder Rundum-Gate-Transistoren, wie etwa Nanoband- und Nanodraht-Transistoren. Obgleich die hierin beschriebenen Implementierungen nur planare Transistoren veranschaulichen, ist zu beachten, dass die Offenbarung unter Verwendung von nicht planaren Transistoren ausgeführt werden kann.
- Jeder MOS-Transistor weist einen Gate-Stapel auf, der aus mindestens zwei Schichten, einer dielektrischen Gate-Schicht und einer Gate-Elektrodenschicht, gebildet ist. Die Gate-Dielektrikum-Schicht kann eine Schicht oder einen Stapel von Schichten umfassen. Die eine oder mehreren Schichten können Siliziumdioxid, Siliziumdioxid (SiO2) und/oder ein High-K-Dielektrikum-Material umfassen. Das High-K-Dielektrikum-Material kann Elemente umfassen, wie etwa Hafnium, Silizium, Sauerstoff, Titan, Tantal, Lanthan, Aluminium, Zirkonium, Barium, Strontium, Yttrium, Blei, Scandium, Niobium und Zink. Beispiele für High-K-Materialien, die in dem Gate-Dielektrikum verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Hafniumoxid, Hafniumsiliziumoxid, Lanthanoxid, Lanthanaluminiumoxid, Zirkonoxid, Zirkonsiliziumoxid, Tantaloxid, Titanoxid, Bariumstrontiumtitanoxid, Bariumtitanoxid, Strontiumtitanoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Bleiscandiumtantaloxid und Blei-Zink-Niobat. In einigen Ausführungsformen kann ein Glühvorgang auf der Gate-Dielektrikum-Schicht ausgeführt werden, um die Qualität zu verbessern, wenn ein High-K-Material verwendet wird.
- Die Gate-Elektrodenschicht wird auf der Gate-Dielektrikum-Schicht gebildet und kann aus mindestens einem Austrittsarbeit-Metall vom P-Typ oder einem Austrittsarbeit-Metall vom N-Typ in Abhängigkeit davon bestehen, ob der Transistor ein PMOS- oder ein NMOS-Transistor sein soll. In einigen Implementierungen kann die Gate-Elektrodenschicht aus einem Stapel von zwei oder mehr Metallschichten bestehen, bei denen eine oder mehrere Metallschichten Austrittsarbeit-Metallschichten sind und mindestens eine Metallschicht eine Füllmetallschicht ist.
- Für einen PMOS-Transistor können Metalle, die für die Gate-Elektrode verwendet werden können, Ruthenium, Palladium, Platin, Kobalt, Nickel und leitfähige Metalloxide, z. B. Rutheniumoxid umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Eine Metallschicht vom P-Typ ermöglicht die Bildung einer PMOS-Gate-Elektrode mit einer Austrittsarbeit, die zwischen etwa 4,9 eV und etwa 5,2 eV beträgt. Für einen NMOS-Transistor können Metalle, die für die Gate-Elektrode verwendet werden können, Hafnium, Zirkon, Titan, Tantal, Aluminium, Legierungen dieser Metalle und Carbide dieser Metalle, wie etwa Hafniumcarbid, Zirkoncarbid, Titancarbid, Tantalcarbid und Aluminiumcarbid umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Eine Metallschicht vom N-Typ ermöglicht die Bildung einer NMOS-Gate-Elektrode mit einer Austrittsarbeit, die zwischen etwa 3,9 eV und etwa 4,2 eV beträgt.
- In manchen Implementierungen kann die Gate-Elektrode aus einer „U“-förmige Struktur bestehen, die einen Bodenabschnitt, der im Wesentlichen parallel zu der Fläche des Substrats ist, und zwei Seitenwandabschnitte, die im Wesentlichen senkrecht zu der Deckfläche des Substrats sind, aufweist. In einer anderen Implementierung kann zumindest eine der Metallschichten, die die Gate-Elektrode bilden, einfach eine planare Schicht sein, die im Wesentlichen parallel zu der Deckfläche des Substrats ist und keine Seitenwandabschnitte aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Deckfläche des Substrats sind. In weiteren Implementierungen der Offenbarung kann die Gate-Elektrode aus einer Kombination aus U-förmigen Strukturen und planaren nicht U-förmigen Strukturen bestehen. Zum Beispiel kann die Gate-Elektrode aus einer oder mehreren U-förmigen Metallschichten bestehen, die oben auf einer oder mehreren planaren nicht U-förmigen Schichten gebildet sind.
- In manchen Implementierungen der Offenbarung kann ein Paar Seitenwand-Abstandhalter auf gegenüberliegenden Seiten des Stapels gebildet sein, der den Gate-Stapel einklammert. Die Seitenwand-Abstandhalter können aus einem Material, wie etwa Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumcarbid, mit Kohlenstoff dotiertem Siliziumnitrid und Siliziumoxynitrid, gebildet sein. Vorgänge zum Bilden von Seitenwand-Abstandhaltern sind im Stand der Technik bekannt und umfassen im Allgemeinen Abscheidungs- und Ätzungsvorgangsschritte. In einer alternativen Implementierung können mehrere Abstandhalter-Paare verwendet werden, zum Beispiel können zwei Paare, drei Paare oder vier Paare Seitenwand-Abstandhalter auf gegenüberliegenden Seiten des Gate-Stapels gebildet sein.
- Wie im Stand der Technik bekannt ist, sind Source- und Drain-Bereiche innerhalb des Substrats benachbart zu dem Gate-Stapel jedes MOS-Transistors gebildet. Die Source- und Drain-Bereiche werden im Allgemeinen unter Verwendung eines Implantations-/Diffusionsvorgangs oder eines Ätzungs-/Abscheidungsvorgangs gebildet. In dem früheren Vorgang können Dotierstoffe, wie etwa Bor, Aluminium, Antimon, Phosphor oder Arsen, in das Substrat ionenimplantiert werden, um die Source- und Drain-Bereiche zu bilden. Ein Glühvorgang, der die Dotierstoffe aktiviert und sie dazu veranlasst, sich weiter in das Substrat zu verbreiten, folgt typischerweise auf den Ionenimplantationsvorgang. Im letzteren Vorgang kann das Substrat zuerst geätzt werden, um Vertiefungen an Stellen der Source- und Drain-Bereiche zu bilden. Ein epitaktischer Abscheidungsvorgang kann dann ausgeführt werden, um die Vertiefungen mit Material zu füllen, welches verwendet wird, um die Source- und Drain-Bereiche herzustellen. In einigen Implementierungen können die Source- und Drain-Bereiche unter Verwendung einer Siliziumlegierung, wie etwa Siliziumgermanium oder Siliziumcarbid, hergestellt werden. In einigen Implementierungen kann die epitaktisch abgeschiedene Siliziumlegierung vor Ort mit Dotierstoffen, wie etwa Bor, Arsen oder Phosphor, dotiert werden. In weiteren Ausführungsformen können die Source- und Drain-Bereiche unter Verwendung eines oder mehrerer abwechselnder Halbleitermaterialien, wie etwa Germanium oder einem/r Gruppe-III-V-Material oder -Legierung, gebildet werden. Und in weiteren Ausführungsformen können eine oder mehrere Schichten aus Metall und/oder Metalllegierungen verwendet werden, um die Source- und Drain-Bereiche zu bilden.
- Ein oder mehrere Zwischenschicht-Dielektrika (ILD) werden über den MOS-Transistoren abgeschieden. Die ILD-Schichten können unter Verwendung von Dielektrikum-Materialien gebildet werden, welche für ihre Anwendbarkeit in integrierten Schaltungsstrukturen bekannt sind, wie etwa Low-K-Dielektrikum-Materialien. Beispiele für Dielektrikum-Materialien, die verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Siliziumdioxid (SiO2), mit Kohlenstoff dotiertes Oxid (CDO), Siliziumnitrid, organische Polymere, wie etwa Perfluorcyclobutan oder Polytetrafluorethylen, Fluorsilikatglas (FSG) und Organosilikate, wie etwa Silsesquioxan, Siloxan oder Organosilikatglas. Die ILD-Schichten können Poren oder Luftspalte aufweisen, um die Dielektrizitätskonstante weiter zu reduzieren.
-
6 veranschaulicht eine Datenverarbeitungsvorrichtung600 gemäß einer Implementierung der Offenbarung. Die Datenverarbeitungsvorrichtung600 bringt eine Platine602 unter. Die Platine602 kann eine Anzahl von Komponenten aufweisen, die einen Prozessor604 und mindestens einen Kommunikationschip606 umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Der Prozessor604 ist mit der Platine602 physisch und elektrisch gekoppelt. In manchen Implementierungen ist der mindestens eine Kommunikationschip606 auch mit der Platine602 physisch und elektrisch gekoppelt. In weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip606 Teil des Prozessors604 . - In Abhängigkeit von ihren Anwendungen kann die Datenverarbeitungsvorrichtung
600 andere Komponenten aufweisen, die mit der Platine602 physisch und elektrisch gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf einen flüchtigen Speicher (z. B.DRAM ), einen nichtflüchtigen Speicher (z. B.ROM ), einen Flash-Speicher, einen Grafikprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Krypto-Prozessor, einen Chipsatz, eine Antenne, eine Anzeige, einen Berührungsbildschirm, eine Berührungssteuerung, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, eine Vorrichtung eines globalen Positionierungssystems (GPS ), einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera und eine Massenspeichervorrichtung (wie etwa ein Festplattenlaufwerk, eine Kompaktplatte (CD), eine DVD (digital versatile disk) und so weiter). - Der Kommunikationschip
606 ermöglicht eine drahtlose Kommunikation zur Übertragung von Daten an die und von der Datenverarbeitungsvorrichtung600 . Der Begriff „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltungen, Vorrichtungen, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle usw. zu beschreiben, welche Daten durch die Verwendung modulierter, elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium kommunizieren können. Der Ausdruck impliziert nicht, dass die zugeordneten Vorrichtungen nicht irgendwelche Drähte enthalten, obwohl sie dies bei einigen Ausführungsbeispielen möglicherweise nicht tun. Der Kommunikationschip606 kann jegliche Anzahl von drahtlosen Standards oder Protokollen implementieren, einschließlich aber nicht beschränkt auf WLAN (IEEE 802.11 Familie), WiMAX (IEEE 802.16 Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, und Derivate davon, sowie jegliche anderen drahtlosen Protokolle, die bezeichnet werden als 3G, 4G, 5G, und darüber hinaus. Die Datenverarbeitungsvorrichtung600 kann mehrere Kommunikationschips606 umfassen. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikationschip606 zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikation mit kürzerem Bereich, wie beispielsweise WLAN und Bluetooth, und ein zweiter Kommunikationschip606 kann zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikation mit längerem Bereich, wie beispielsweiseGPS , EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO und andere. - Der Prozessor
604 der Datenübertragungsvorrichtung600 weist einen integrierten Schaltungsdie auf, der innerhalb des Prozessors604 aufgenommen ist. In manchen Implementierungen der Offenbarung weist der integrierte Schaltungsdie des Prozessors eine oder mehrere Vorrichtungen auf, wie etwa Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtungen mit Gate-Elektroden mit doppelter Austrittsarbeit, die gemäß Implementierungen der Offenbarung aufgebaut sind. Der Ausdruck „Prozessor“ kann sich auf jegliche Vorrichtung oder jeglichen Abschnitt einer Vorrichtung beziehen, die elektronische Daten aus Registern und/oder einem Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren, die in Registern und/oder einem Speicher gespeichert werden können. - Der Kommunikationschip
606 weist auch einen integrierten Schaltungsdie auf, der innerhalb des Kommunikationschips606 aufgenommen ist. Gemäß anderen Implementierungen der Offenbarung weist der integrierte Schaltungsdie des Kommunikationschips eine oder mehrere Vorrichtungen auf, wie etwa Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtungen mit Gate-Elektroden mit doppelter Austrittsarbeit, die gemäß Implementierungen der Offenbarung aufgebaut sind. - In weiteren Implementierungen kann eine andere Komponente, die innerhalb der Datenverarbeitungsvorrichtung
600 untergebracht ist, einen integrierten Schaltungsdie enthalten, der eine oder mehrere Vorrichtungen aufweist, wie etwa Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtungen mit Gate-Elektroden mit doppelter Austrittsarbeit, die gemäß Implementierungen der Offenbarung aufgebaut sind. - In verschiedenen Implementierungen kann die Datenverarbeitungsvorrichtung
600 ein Laptop, ein Netbook, ein Notebook, ein Ultrabook, ein Smartphone, ein Tablet, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein ultramobiler PC, ein Mobiltelefon, ein Desktop-Computer, ein Server, ein Drucker, ein Scanner, ein Monitor, eine Set-Top-Box, eine Unterhaltungssteuereinheit, eine digitale Kamera, ein tragbarer Musikspieler oder ein digitaler Videorecorder sein. In weiteren Implementierungen kann die Datenverarbeitungsvorrichtung600 eine beliebige andere elektronische Vorrichtung sein, die Daten verarbeitet. -
7 veranschaulicht einen Interposer700 , der eine oder mehrere Ausführungsformen der Offenbarung umfasst. Der Interposer700 ist ein dazwischenliegendes Substrat, das verwendet wird, um ein erstes Substrat702 zu einem zweiten Substrat704 zu überbrücken. Das erste Substrat702 kann zum Beispiel ein integrierter Schaltungsdie sein. Das zweite Substrat704 kann zum Beispiel ein Speichermodul, eine Computer-Hauptplatine oder ein anderer integrierter Schaltungsdie sein. Im Allgemeinen kann es der Zweck eines Interposers700 sein, eine Verbindung zu einer weiteren Steigung auszubreiten oder eine Verbindung zu einer anderen Verbindung umzuleiten. Zum Beispiel kann ein Interposer700 einen integrierten Schaltungsdie mit einem Ball Grid Array (BGA)706 koppeln, das nachfolgend mit dem zweiten Substrat704 gekoppelt wird. In einigen Ausführungsformen sind das erste und zweite Substrat702/704 an gegenüberliegenden Seiten des Interposers700 angebracht. In anderen Ausführungsformen sind das erste und zweite Substrat702/704 an derselben Seite des Interposers700 angebracht. Und in weiteren Ausführungsformen können drei oder mehr Komponenten mithilfe des Interposers700 verbunden sein. - Der Interposer
700 kann aus einem Epoxidharz, einem Faserglas-verstärkten Epoxidharz, einem keramischen Material oder einem Polymermaterial, wie etwa Polyamid, gebildet sein. In weiteren Implementierungen kann der Interposer aus wechselnden starren oder flexiblen Materialien gebildet sein, welche die gleichen Materialien umfassen, die vorangehend zur Verwendung bei einem Halbleitersubstrat beschrieben wurden, wie etwa Silizium, Germanium und andere Gruppe III-V und Gruppe IV Materialien. - Der Interposer kann Metall-Verbindungen
708 und Vias710 umfassen, umfassend, aber nicht beschränkt auf Silizium-Durchkontaktierungen (TSVs; through-silicon vias)712 . Der Interposer700 kann ferner eingebettete Vorrichtungen714 umfassen, umfassend sowohl passive als auch aktive Vorrichtungen. Derartige Vorrichtungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Kondensatoren, Entkopplungskondensatoren, Widerstände, Induktoren, Sicherungen, Dioden, Transformatoren, Sensoren und ESD-Vorrichtungen (ESD = elektrostatische Entladung; electrostatic discharge). Komplexere Vorrichtungen, wie etwa Radiofrequenz(RF)-Vorrichtungen, Leistungsverstärker, Leistungsverwaltung-Vorrichtungen, Antennen, Arrays, Sensoren und MEMS-Vorrichtungen können ebenfalls auf dem Interposer700 gebildet sein. Gemäß Ausführungsformen der Offenbarung können hierin offenbarte Einrichtungen oder Vorgänge bei der Herstellung eines Interposers700 verwendet werden. - Daher umfassen hierin beschriebene Ausführungsformen Gruppe-III-V-Halbleitervorrichtungen, die Gate-Elektroden mit doppelter Austrittsarbeit aufweisen, und ihre Verfahren zur Herstellung.
- Die vorangegangene Beschreibung von veranschaulichenden Implementierungen von Ausführungsformen, umfassend was in der Zusammenfassung beschrieben steht, ist nicht als erschöpfend auszulegen oder um die Offenbarung auf die präzisen offenbarten Formen zu begrenzen. Während spezifische Implementierungen, und Beispiele dafür, der Offenbarung hierin zur Veranschaulichung beschrieben werden, sind verschiedene äquivalente Veränderungen innerhalb des Umfangs der Offenbarung möglich, wie es Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden.
- Diese Veränderungen können an der Offenbarung auf der Grundlage der zuvor ausgeführten Beschreibung durchgeführt werden. Die in den folgenden Ansprüchen verwendeten Begriffe sind nicht auszulegen, um die Offenbarung auf die in der Spezifikation und den Ansprüchen offenbarten spezifischen Implementierungen zu begrenzen. Vielmehr ist der Umfang der Offenbarung in seiner Gesamtheit durch die folgenden Ansprüche zu bestimmen, welche gemäß einschlägigen Doktrinen der Anspruchsinterpretation auszulegen sind.
- Ausführungsbeispiel 1: Eine integrierte Schaltungsstruktur weist eine Galliumarsenidschicht auf einem Substrat auf. Eine Kanalstruktur ist auf der Galliumarsenidschicht. Die Kanalstruktur weist Indium, Gallium und Arsen auf. Eine Source-Struktur ist an einem ersten Ende der Kanalstruktur und eine Drain-Struktur ist an einem zweiten Ende der Kanalstruktur. Eine Gate-Struktur ist über der Kanalstruktur, wobei die Gate-Struktur ein erstes Austrittsarbeit-Material seitlich benachbart zu einem zweiten Austrittsarbeit-Material aufweist. Das zweite Austrittsarbeit-Material weist eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit auf.
- Ausführungsbeispiel 2: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur ungefähr die gleiche Bandlücke wie die Kanalstruktur aufweisen.
- Ausführungsbeispiel 3: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1 oder 2, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur mit einer N+-Leitfähigkeit dotiert sind.
- Ausführungsbeispiel 4: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1, 2 oder 3, wobei das erste Austrittsarbeit-Material eine niedrigere Austrittsarbeit aufweist als das zweite Austrittsarbeit-Material, wobei das erste Austrittsarbeit-Material nahe der Drain-Struktur ist und das zweite Austrittsarbeit-Material nahe der Source-Struktur ist.
- Ausführungsbeispiel 5: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1, 2, 3 oder 4, wobei das erste Austrittsarbeit-Material ein Material vom N-Typ ist und das zweite Austrittsarbeit-Material ein Material vom P-Typ ist.
- Ausführungsbeispiel 6: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4 oder 5, ferner aufweisend eine dielektrische Schicht zwischen der Kanalstruktur und der Gate-Struktur.
- Ausführungsbeispiel 7: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, ferner aufweisend einen ersten leitenden Kontakt auf der Drain-Struktur und einen zweiten leitenden Kontakt auf der Source-Struktur.
- Ausführungsbeispiel 8: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, wobei die Kanalstruktur eine Rippenstruktur ist.
- Ausführungsbeispiel 9: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, wobei die Kanalstruktur eine Nanodrahtstruktur ist.
- Ausführungsbeispiel 10: Ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsstruktur weist ein Bilden einer Kanalstruktur auf einer Galliumarsenidschicht über einem Substrat auf. Die Kanalstruktur weist Indium, Gallium und Arsen auf. Eine Source-Struktur wird an einem ersten Ende der Kanalstruktur gebildet und eine Drain-Struktur wird an einem zweiten Ende der Kanalstruktur gebildet. Ein Gate-Graben wird in einer dielektrischen Schicht über der Kanalstruktur gebildet. Ein erstes Austrittsarbeit-Material wird in dem Gate-Graben unter Verwendung eines ersten abgewinkelten Abscheidungsvorgangs gebildet. Ein zweites Austrittsarbeit-Material wird in dem Gate-Graben unter Verwendung eines zweiten abgewinkelten Abscheidungsvorgangs gebildet. Das erste Austrittsarbeit-Material ist seitlich benachbart zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material. Das zweite Austrittsarbeit-Material weist eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit auf.
- Ausführungsbeispiel 11: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 10, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur ungefähr die gleiche Bandlücke wie die Kanalstruktur aufweisen.
- Ausführungsbeispiel 12: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 10 oder 11, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur mit einer N+-Leitfähigkeit dotiert sind.
- Ausführungsbeispiel 13: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 10, 11 oder 12, wobei das erste Austrittsarbeit-Material eine niedrigere Austrittsarbeit aufweist als das zweite Austrittsarbeit-Material, wobei das erste Austrittsarbeit-Material nahe der Drain-Struktur ist und das zweite Austrittsarbeit-Material nahe der Source-Struktur ist.
- Ausführungsbeispiel 14: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 10, 11, 12 oder 13, wobei das erste Austrittsarbeit-Material ein Material vom N-Typ ist und das zweite Austrittsarbeit-Material ein Material vom P-Typ ist.
- Ausführungsbeispiel 15: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 10, 11, 12, 13 oder 14, ferner aufweisend Bilden eines ersten leitenden Kontakts auf der Drain-Struktur und Bilden eines zweiten leitenden Kontakts auf der Source-Struktur.
- Ausführungsbeispiel 16: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 10, 11, 12, 13, 14 oder 15, wobei die Kanalstruktur eine Rippenstruktur ist.
- Ausführungsbeispiel 17: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 10, 11, 12, 13, 14 oder 15, wobei die Kanalstruktur eine Nanodrahtstruktur ist.
- Ausführungsbeispiel 18: Ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsstruktur weist ein Bilden einer Kanalstruktur auf einer Galliumarsenidschicht über einem Substrat auf. Die Kanalstruktur weist Indium, Gallium und Arsen auf. Eine Source-Struktur wird an einem ersten Ende der Kanalstruktur gebildet und eine Drain-Struktur wird an einem zweiten Ende der Kanalstruktur gebildet. Ein Gate-Graben wird in einer dielektrischen Schicht über der Kanalstruktur gebildet. Ein erstes Austrittsarbeit-Material wird gebildet, um den Gate-Graben vollständig zu füllen. Das erste Austrittsarbeit-Material wird in dem Gate-Graben strukturiert, um eine Öffnung an einer Seite des Gate-Grabens zu bilden. Ein zweites Austrittsarbeit-Material wird in der Öffnung an der Seite des Gate-Grabens gebildet. Das erste Austrittsarbeit-Material ist seitlich benachbart zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material. Das zweite Austrittsarbeit-Material weist eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit auf.
- Ausführungsbeispiel 19: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 18, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur ungefähr die gleiche Bandlücke wie die Kanalstruktur aufweisen.
- Ausführungsbeispiel 20: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 18 oder 19, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur mit einer N+-Leitfähigkeit dotiert sind.
- Ausführungsbeispiel 21: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 18, 19 oder 20, wobei das erste Austrittsarbeit-Material eine niedrigere Austrittsarbeit aufweist als das zweite Austrittsarbeit-Material, wobei das erste Austrittsarbeit-Material nahe der Drain-Struktur ist und das zweite Austrittsarbeit-Material nahe der Source-Struktur ist.
- Ausführungsbeispiel 22: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 18, 19, 20 oder 21, wobei das erste Austrittsarbeit-Material ein Material vom N-Typ ist und das zweite Austrittsarbeit-Material ein Material vom P-Typ ist.
- Ausführungsbeispiel 23: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 18, 19, 20, 21 oder 22, ferner aufweisend Bilden eines ersten leitenden Kontakts auf der Drain-Struktur und Bilden eines zweiten leitenden Kontakts auf der Source-Struktur.
- Ausführungsbeispiel 24: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 18, 19, 20, 21, 22 oder 23, wobei die Kanalstruktur eine Rippenstruktur ist.
- Ausführungsbeispiel 25: Integrierte Schaltungsstruktur nach Ausführungsbeispiel 18, 19, 20, 21, 22 oder 23, wobei die Kanalstruktur eine Nanodrahtstruktur ist.
Claims (25)
- Integrierte Schaltungsstruktur, umfassend: eine Galliumarsenidschicht auf einem Substrat; eine Kanalstruktur auf der Galliumarsenidschicht, wobei die Kanalstruktur Indium, Gallium und Arsen umfasst; eine Source-Struktur an einem ersten Ende der Kanalstruktur und eine Drain-Struktur an einem zweiten Ende der Kanalstruktur; eine Gate-Struktur über der Kanalstruktur, wobei die Gate-Struktur ein erstes Austrittsarbeit-Material seitlich benachbart zu einem zweiten Austrittsarbeit-Material aufweist, wobei das zweite Austrittsarbeit-Material eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit aufweist.
- Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur ungefähr die gleiche Bandlücke wie die Kanalstruktur aufweisen. - Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur mit einer N+-Leitfähigkeit dotiert sind. - Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , wobei das erste Austrittsarbeit-Material eine niedrigere Austrittsarbeit aufweist als das zweite Austrittsarbeit-Material, wobei das erste Austrittsarbeit-Material nahe der Drain-Struktur ist und das zweite Austrittsarbeit-Material nahe der Source-Struktur ist. - Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , wobei das erste Austrittsarbeit-Material ein Material vom N-Typ ist und das zweite Austrittsarbeit-Material ein Material vom P-Typ ist. - Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , ferner umfassend: eine dielektrische Schicht zwischen der Kanalstruktur und der Gate-Struktur. - Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , ferner umfassend: einen ersten leitenden Kontakt auf der Drain-Struktur und einen zweiten leitenden Kontakt auf der Source-Struktur. - Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , wobei die Kanalstruktur eine Rippenstruktur ist. - Integrierte Schaltungsstruktur nach
Anspruch 1 , wobei die Kanalstruktur eine Nanodrahtstruktur ist. - Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsstruktur, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Kanalstruktur auf einer Galliumarsenidschicht über einem Substrat, wobei die Kanalstruktur Indium, Gallium und Arsen umfasst; Bilden einer Source-Struktur an einem ersten Ende der Kanalstruktur und einer Drain-Struktur an einem zweiten Ende der Kanalstruktur, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur eine breitere Bandlücke aufweisen als die Kanalstruktur; Bilden eines Gate-Grabens in einer dielektrischen Schicht über der Kanalstruktur; Bilden eines ersten Austrittsarbeit-Materials in dem Gate-Graben unter Verwendung eines ersten abgewinkelten Abscheidungsvorgangs; und Bilden eines zweiten Austrittsarbeit-Materials in dem Gate-Graben unter Verwendung eines zweiten abgewinkelten Abscheidungsvorgangs, wobei das erste Austrittsarbeit-Material seitlich benachbart zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material ist und das zweite Austrittsarbeit-Material eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit aufweist.
- Verfahren nach
Anspruch 10 , wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur ungefähr die gleiche Bandlücke wie die Kanalstruktur aufweisen. - Verfahren nach
Anspruch 10 , wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur mit einer N+-Leitfähigkeit dotiert sind. - Verfahren nach
Anspruch 10 , wobei das erste Austrittsarbeit-Material eine niedrigere Austrittsarbeit aufweist als das zweite Austrittsarbeit-Material, wobei das erste Austrittsarbeit-Material nahe der Drain-Struktur ist und das zweite Austrittsarbeit-Material nahe der Source-Struktur ist. - Verfahren nach
Anspruch 10 , wobei das erste Austrittsarbeit-Material ein Material vom N-Typ ist und das zweite Austrittsarbeit-Material ein Material vom P-Typ ist. - Verfahren nach
Anspruch 10 , ferner umfassend: Bilden eines ersten leitenden Kontakts auf der Drain-Struktur; und Bilden eines zweiten leitenden Kontakts auf der Source-Struktur. - Verfahren nach
Anspruch 10 , wobei die Kanalstruktur eine Rippenstruktur ist. - Verfahren nach
Anspruch 10 , wobei die Kanalstruktur eine Nanodrahtstruktur ist. - Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsstruktur, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Kanalstruktur auf einer Galliumarsenidschicht über einem Substrat, wobei die Kanalstruktur Indium, Gallium und Arsen umfasst; Bilden einer Source-Struktur an einem ersten Ende der Kanalstruktur und einer Drain-Struktur an einem zweiten Ende der Kanalstruktur, wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur eine breitere Bandlücke aufweisen als die Kanalstruktur; Bilden eines Gate-Grabens in einer dielektrischen Schicht über der Kanalstruktur; Bilden eines ersten Austrittsarbeit-Materials, um den Gate-Graben vollständig zu füllen; Strukturieren des ersten Austrittsarbeit-Materials in dem Gate-Graben, um eine Öffnung an einer Seite des Gate-Grabens zu bilden; Bilden eines zweiten Austrittsarbeit-Materials in der Öffnung an der Seite des Gate-Grabens, wobei das erste Austrittsarbeit-Material seitlich benachbart zu dem zweiten Austrittsarbeit-Material ist und das zweite Austrittsarbeit-Material eine von dem ersten Austrittsarbeit-Material unterschiedliche Austrittsarbeit aufweist.
- Verfahren nach
Anspruch 18 , wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur ungefähr die gleiche Bandlücke wie die Kanalstruktur aufweisen. - Verfahren nach
Anspruch 18 , wobei die Source-Struktur und die Drain-Struktur mit einer N+-Leitfähigkeit dotiert sind. - Verfahren nach
Anspruch 18 , wobei das erste Austrittsarbeit-Material eine niedrigere Austrittsarbeit aufweist als das zweite Austrittsarbeit-Material, wobei das erste Austrittsarbeit-Material nahe der Drain-Struktur ist und das zweite Austrittsarbeit-Material nahe der Source-Struktur ist. - Verfahren nach
Anspruch 18 , wobei das erste Austrittsarbeit-Material ein Material vom N-Typ ist und das zweite Austrittsarbeit-Material ein Material vom P-Typ ist. - Verfahren nach
Anspruch 18 , ferner umfassend: Bilden eines ersten leitenden Kontakts auf der Drain-Struktur; und Bilden eines zweiten leitenden Kontakts auf der Source-Struktur. - Verfahren nach
Anspruch 18 , wobei die Kanalstruktur eine Rippenstruktur ist. - Verfahren nach
Anspruch 18 , wobei die Kanalstruktur eine Nanodrahtstruktur ist.
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