DE19740947B4

DE19740947B4 - Halbleitereinrichtung und Herstellungsverfahren derselben

Info

Publication number: DE19740947B4
Application number: DE19740947A
Authority: DE
Inventors: Takaaki Murakami; Kenji Yasumura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: CN1194465A; JPH10270659A; KR100254642B1; DE19740947A1; KR19980079311A; US6342418B1; US5880507A; TW356582B; CN1114949C; JP3403312B2

Abstract

Halbleitereinrichtung mit
einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps mit einer Hauptoberfläche und
einem Dotierungsbereich (6) eines zweiten Leitungstyps, der derart gebildet ist, daß er ein Dotierungskonzentrationsprofil (n(P)) des zweiten Leitungstyps, das sich von der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (1) in einer Tiefenrichtung erstreckt, aufweist,
bei der das Halbleitersubstrat (1) ein Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps, das sich von der Hauptoberfläche in die Tiefenrichtung erstreckt, aufweist,
bei der das Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps
einen ersten Maximumspunkt (5) einer Dotierungskonzentration an einer ersten Tiefe von der Hauptoberfläche, einen zweiten Maximumspunkt (4) einer Dotierungskonzentration an einer zweiten Tiefe, die tiefer ist als die erste Tiefe, und einen Niedrigkonzentrationsbereich, der eine niedrigere Dotierungskonzentration als der erste und zweite Maximumspunkt in einem Bereich tiefer als die zweite Tiefe aufweist, aufweist,
bei der das Dotierungskonzentrationsprofil (n(P)) des zweiten Leitungstyps das Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps derart kreuzt, daß ein...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitereinrichtungen und Herstellungsverfahren derselben. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung eine Halbleitereinrichtung mit einem Dotierungskonzentrationsprofil, das in einem Kontaktbereich zwischen einem Halbleitersubstrat und einer leitenden Schicht angewendet ist, und ein Herstellungsverfahren derselben.
Entsprechend dem jüngsten deutlichen Anstieg der Integrationsdichte einer integrierten Halbleitereinrichtung hat sich die Mikrominiaturisierung der Elemente schnell entwickelt. Speziell bei einem dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), der eine Halbleiterspeichereinrichtung ist, ist die Integrationsdichte des Speichers entsprechend dem Anstieg der Speicherkapazität, wie zum Beispiel von 64 Megabits bis 256 Megabits und weiter bis zu einem 1 Gigabit, erhöht. Feldeffekttransistoren und Kondensatoren, die als aktive Elemente arbeiten, die einen hochintegrierten Speicher bilden, müssen miniaturisierte Strukturen aufweisen. Der Durchmesser des Kontaktes mit dem Dotierungsbereich eines Halbleitersubstrates ist auch entsprechend der Miniaturisierung der aktiven Elemente reduziert.
Der Leckstrom, der von dem Kontakt zu dem Halbleitersubstrat fließt, wird in einer großen Menge in einer Halbleitereinrichtung resultieren, da die Anzahl der Kontakte, die in einer Einrichtung gebildet sind, größer wird in Zusammenhang mit der Integration der aktiven Elemente. Beim Bilden einer hochintegrierten Halbleitereinrichtung wird das Verhältnis des Leckstromes zu der gesamten Leistungsaufnahme einen großen Wert annehmen. Weiterhin gibt es eine Schwierigkeit, daß die Betriebsspannung eines aktiven Elementes, zum Beispiel eines Feldeffekttransistors, aufgrund einer niedrigeren Übergangsdurchbruchsspannung an dem Kontakt, die durch einen Anstieg der Dotierungskonzentration des Halbleitersubstrates durch die Skalierung der aktiven Elemente verursacht ist, begrenzt wird.

21 ist eine Teilquerschnittsansicht einer der Anmelderin bekannten Kontaktstruktur. Eine derartige bekannte Kontaktstruktur, die in 21 lediglich schematisch dargestellt ist, ist beispielsweise offenbart in "ULSI DRAM Technology", herausgegeben 1992 von der Science Forum Corporation, Japan. Wie in 21 gezeigt ist, ist ein n-Dotierungsbereich 106, der n-Dotierungen enthält, so gebildet, daß er eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche eines p-Siliziumsubstrates 101 aufweist. Ein Kontaktloch 116 ist in einem Zwischenschichtisolierfilm 115 derart gebildet, daß die Oberfläche des n-Dotierungsbereiches 106 freigelegt ist. Eine leitende Schicht 110, zum Beispiel eine Elektrodenschicht, ein Speicherknoten eines Kondensators, ist derart gebildet, daß sie in Kon takt mit der Oberfläche des n-Dotierungsbereiches 106 durch das Kontaktloch 116 kommt.

In der obigen Kontaktstruktur sind, falls notwendig, Ionen zum Verhindern eines Leckstromes, nachdem das Kontaktloch 116 gebildet ist, implantiert. Dann wird ein leitendes Material, wie zum Beispiel polykristallines Silizium, das dotierte n-Dotierungen aufweist, in das Kontaktloch 116 derart eingebracht, daß die leitende Schicht 110 gebildet wird.

22 zeigt das Dotierungskonzentrationsprofil an der Position XXII von 21. Wie in 22 gezeigt ist, weist das Siliziumsubstrat 101 ein Dotierungskonzentrationsprofil p(B) auf, in dem Bor (B) als die p-Dotierung eingebracht ist. Der n-Dotierungsbereich 106 weist ein Dotierungskonzentrationsprofil n(P) auf, in dem Phosphor (P) als die n-Dotierung eingebracht ist. Der Übergangspunkt J, bei dem die Kurven dieser beiden Dotierungskonzentrationsprofile sich kreuzen, weist eine Konzentration von ungefähr 1 × 10¹⁷cm^–3 auf.

An dem Bereich des Siliziumsubstrates, der das oben beschriebene Dotierungsprofil enthält, sind ein p-Dotierungsbereich zum Einstellen der Einsatzspannung eines Feldeffekttransistors und ein p-Dotierungsbereich zum Verhindern einer Inversion, die in einem Bereich unterhalb eines Elementtrennisolierfilmes gebildet sind, so gebildet, daß sie sich über einen Elementbildungsbereich erstrecken. In diesem Fall erhöht sich die p-Dotierungskonzentration an flachen Bereichen in dem p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B). Die Position des Übergangspunktes J ist zu einer höheren Dotierungskonzentration verschoben. Wenn eine Spannung an die leitende Schicht 110 angelegt wird, kann sich eine Verarmungsschicht nicht einfach ausbreiten, da die Dotierungskonzen tration an dem pn-Übergang groß ist, so daß die Wahrscheinlichkeit einer elektrischen Feldkonzentration bewirkt wird. Speziell die Schwierigkeit der Reduzierung der Übergangsdurchbruchsspannung aufgrund des Anstieges der Dotierungskonzentration an dem pn-Übergang wird angemerkt. Es gibt auch die Schwierigkeit eines größeren Leckstromes in der Kontaktstruktur aufgrund eines Anstiegs der Dotierungskonzentration an dem pn-Übergang.

Die US-Patentanmeldung Nr. 08/709,592 offenbart eine Kontaktstruktur zum Verhindern der Reduzierung der Übergangsdurchbruchsspannung und des Anstiegs beim Leckstrom.

23 ist eine Teilquerschnittsansicht einer in der oben genannten Anmeldung offenbarten Kontaktstruktur. Mit Bezug zur 23 sind ein p-Wannenbildungsdotierungsbereich 103, ein p-Kanaltrennbereich 104 (Inversionsverhinderungsbereich) und ein p-Kanaldotierungsbereich 105 (zum Einstellen der Einsatzspannung) mit entsprechenden vorbestimmten Tiefen an einem p-Siliziumsubstrat 101 gebildet. Es ist ein n-Dotierungsbereich 106 in dem p-Siliziumsubstrat 101 gebildet. Es ist ein Kontaktloch 116, das die Oberfläche des n-Dotierungsbereiches 106 freilegt, in einer Zwischenschichtisolierschicht 115 gebildet. Eine leitende Schicht 110 ist so gebildet, daß sie in Kontakt mit der Oberfläche des n-Dotierungsbereiches 106 durch das Kontaktloch 116 kommt.

24 zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil an einer Position XXIV von 23. Wie in 24 gezeigt ist, weist ein p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B) Dotierungskonzentrationsspitzen entsprechend dem p-Wannenbildungsdotierungsbereich 103, dem p-Kanaltrennbereich 104 bzw. dem p-Kanal-Dotierungsbereich 105 auf. Ein n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) weist größere Werte als die entsprechende Dotierungskonzentration des p-Kanaltrennbereiches 104 bzw. des p-Kanaldotierungsbereiches 105 an einer vorbestimmten Tiefe davon auf. Das n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) weist einen Übergangspunkt J in der Nähe eines Minimalwertes X des p-Dotierungskonzentrationsprofiles p(B) auf.

Wie oben beschrieben wurde, ist die Position des pn-Überganges in dem n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) und in dem p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B) jeweils an einem Pegel niedriger Dotierungskonzentration angeordnet. Daher wird verglichen mit dem Fall, bei dem der Übergangspunkt J an einem hohen Dotierungskonzentrationspegel angeordnet ist, die Verarmungsschicht leichter derart verarmt, daß eine größere Ausdehnung auftritt, sogar wenn die an die leitende Schicht 110 angelegte Spannung identisch ist. Der Übergang bricht nicht zusammen, bis die angelegte Spannung an den Kontakt größer wird. Daher wird die Übergangsdurchbruchsspannung verbessert. Als Ergebnis wird das an dem pn-Übergang erzeugte elektrische Feld derart verringert, daß der an dem Kontaktbereich erzeugte Leckstrom verringert wird.

25 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Speicherabschnittes eines DRAM, bei dem ein in 24 gezeigtes Dotierungskonzentrationsprofil angewendet ist. Mit Bezug zu 25 ist eine Gateelektrode 109 mit einem Gateisolierfilm 108 darunter auf einem p-Siliziumsubstrat 101 gebildet. Ein Paar eines n-Source-/Drainbereiches 106 und 107 ist an einem Oberflächenbereich eines Siliziumsubstrates 101 an beiden Seiten der Gateelektrode 109 gebildet. Ein Speicherknoten 110 ist derart gebildet, daß er in Kontakt mit der Oberfläche von einem Source-/Drainbereich 106 kommt. Ein dielektrischer Film 111 ist derart gebildet, daß er die Oberfläche des Speicherknotens 110 bedeckt. Eine Zellplatte 112 ist derart gebildet, daß sie die Oberfläche des dielektrischen Filmes 111 bedeckt. Ein Kondensator ist aus dem Speicherknoten 110, dem dielektrischen Film 111 und der Zellplatte 112 gebildet. Eine Bitleitung 113 ist derart gebildet, daß sie in Kontakt mit dem anderen Source-/Drainbereich 107 kommt. Der Speicherknoten 110 kommt in Kontakt mit dem n-Source-/Drainbereich 106 über ein Kontaktloch 116, das in einer Zwischenschichtisolierschicht 115 gebildet ist. Der n-Source-/Drainbereich 106 ist aus einem Bereich, in den Arsen (As) eingebracht ist, und einem Bereich, der Phosphor (P) aufweist, das dazu vorgesehen ist, daß die Durchbruchsspannung des pn-Überganges verbessert wird und der Leckstrom unterdrückt wird, wie oben beschrieben wurde, gebildet.

26 zeigt das Dotierungskonzentrationsprofil an einer Position XXVI von 25. Wie in 26 gezeigt ist, weist ein p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B) entsprechende Dotierungskonzentrationsspitzen entsprechend dem p-Wannenbildungsdotierungsbereich 103, dem p-Kanaltrennbereich 104 und dem p-Kanaldotierungsbereich 105 auf. Ein n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) weist eine Dotierungskonzentration an der Position zwischen dem p-Kanaltrennbereich 104 und dem p-Kanaldotierungsbereich 105 auf, die größer ist als die entsprechenden Werte darin. Das n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) weist einen pn-Übergangspunkt J in der Nähe eines Minimalwertes X des p-Dotierungskonzentrationsprofiles p(B) auf. Somit wird die Übergangsdurchbruchsspannung verbessert, und der Leckstrom aufgrund einer elektrischen Feldverringerung wird reduziert. In 26 ist ein n-Dotierungskonzentrationsprofil n(As), bei dem Arsen (As) derart eingebracht ist, daß der ursprüngliche Source-/Drainbereich gebildet ist, ebenfalls gezeigt.

In dem Speicherabschnitt eines DRAM, der ein Dotierungskonzentrationsprofil aufweist, das in 26 gezeigt ist, wird die Miniaturisierung des Feldeffekttransistors entsprechend dem Anstieg der Speicherkapazität vorangebracht. In einem DRAM mit einer Speicherkapazität von ungefähr 1 Gigabit weist das Gate eine Länge L von ungefähr 0,15 μm in dem in 25 gezeigten Feldeffekttransistor auf. Der Abstand D zwischen der Seitenwand des Kontaktloches 116 und der Seitenwand der Gateelektrode 109 wird so klein wie 0,075 μm. Entsprechend der Miniaturisierung eines Feldeffekttransistors wird ein p-Kanaldotierungsbereich 105 derart gebildet, daß er einen flachen und abrupten Konzentrationsgradienten in 26 aufweist. Daher wird, wie durch den Pfeil in 26 gezeigt ist, der n-Source-/Drainbereich 106 derart gebildet, daß er ein n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) aufweist, das eine höhere Dotierungskonzentration in dem flachen Bereich aufweist. Als Ergebnis wird der Bereich des n-Source-/Drainbereiches 106, bei dem Phosphor (P) derart eingebracht ist, daß das elektrische Feld verringert wird und daß die Übergangsdurchbruchsspannung verbessert wird, derart gebildet, daß er eine höhere Konzentration in dem flachen Bereich aufweist und daß er sich lateral ausbreitet, wie durch die Strichpunktlinie mit zwei Punkten in 25 gezeigt ist.

Das Bilden des obigen n-Source-/Drainbereiches 106 verursacht die im folgenden beschriebenen Schwierigkeiten.

Das laterale Ausdehnen des n-Source-/Drainbereiches 106, das durch die Strichpunktlinie mit zwei Punkten in 25 dargestellt ist, bedingt, daß der Feldeffekttransistor leicht bei einer Einsatzspannung, die niedriger ist als der bestimmte Wert, eingeschaltet wird. In anderen Worten wird die Eigenschaft des Feldeffekttransistors verändert. Zum Beispiel wird die Einsatzspannung reduziert. Als Ergebnis werden Elektronen des Speicherknotens 110 leicht herausfließen.

Ebenfalls bedingt die Änderung des Abstandes D in 25 eine Variation in dem Pegel des Effektes des Ausbreitens des n-Source-/Drainbereiches 106, das durch die Strichpunktlinie mit zwei Punkten dargestellt ist, und auf die Eigenschaften des Feldeffekttransistors. Dies bedeutet, daß die Eigenschaften des Feldeffekttransistors durch eine Variation in der Position des Kontaktloches 116 verändert werden. Daher werden die Eigenschaften des Feldeffekttransistors durch die Variation in dem Schritt des Bildens des Kontaktloches 116 und der Herstellungsprozeßbedingungen verändert. In anderen Worten sind die Eigenschaften des Feldeffekttransistors empfindlich auf die Variation in der Bildungsposition des Speicherknotens 116.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dotierungskonzentrationsprofil vorzusehen, das eine Verbesserung der Durchbruchsspannung des pn-Überganges erlaubt, während das elektrische Feld derart verringert wird, daß der Leckstrom verringert wird, ohne die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors zu verschlechtern.

Weiterhin soll eine pn-Übergangsdurchbruchsspannung an einem Kontakt der Speicherknotenseite eines DRAM verbessert werden, und das elektrische Feld soll so verringert werden, daß der Leckstrom verringert wird, ohne die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors zu verschlechtern.

Weiterhin soll ein Dotierungskonzentrationsprofil leicht gebildet werden, das eine Verbesserung der pn-Übergangsdurchbruchs spannung und eine Verringerung des elektrischen Feldes derart erlaubt, daß der Leckstrom reduziert wird, ohne die Eigenschaft eines Feldeffekttransistors zu verschlechtern.

Die Aufgabe wird durch die Halbleitereinrichtung des Anspruches 1 oder durch das Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung des Anspruches 10 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine Halbleitereinrichtung entsprechend einem Aspekt weist ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps mit einer Hauptoberfläche und einem Dotierungsbereich eines zweiten Leitungstyps, der derart gebildet ist, daß er ein Dotierungskonzentrationsprofil des zweiten Leitungstyps aufweist, das sich von der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in der Tiefenrichtung erstreckt, auf. Das Halbleitersubstrat weist ein Dotierungskonzentrationsprofil des ersten Leitungstyps, das sich von der Hauptoberfläche in der Tiefenrichtung erstreckt, auf. Das Dotierungskonzentrationsprofil des ersten Leitungstyps weist einen ersten Maximumspunkt einer Dotierungskonzentration in einer ersten Tiefe von der Hauptoberfläche, einen zweiten Maximumspunkt einer Dotierungskonzentration in einer zweiten Tiefe, die tiefer ist als die erste Tiefe, und einen Niedrigkonzentrationsbereich, der eine Dotierungskonzentration, die niedriger ist als die des ersten und zweiten Maximumspunkts, in einem Bereich, der tiefer ist als die zweite Tiefe, aufweist bzw. anzeigt, auf. Das Dotierungskonzentrationsprofil des zweiten Leitungstyps, der das Dotierungskonzentrationsprofil des ersten Leitungstyps kreuzt, bildet einen Übergangspunkt in dem Niedrigkonzentrationsbereich und weist eine Dotierungskonzentration eines zweiten Lei tungstyps in einem Bereich von der Hauptoberfläche bis zu dem Übergangspunkt auf, die höher ist als die Dotierungskonzentration, die durch das Dotierungskonzentrationsprofil des ersten Leitungstyps gezeigt ist. Das Dotierungskonzentrationsprofil des zweiten Leitungstyps weist einen Minimumspunkt oder einen Wendepunkt in einem Bereich zwischen der ersten Tiefe und der zweiten Tiefe auf.

Bei der Halbleitereinrichtung mit der oben beschriebenen Struktur bildet das Dotierungskonzentrationsprofil des zweiten Leitungstyps einen Übergangspunkt, der das Dotierungskonzentrationsprofil des ersten Leitungstyps in einem Bereich mit niedriger Dotierungskonzentration kreuzt. Daher kann die pn-Übergangsdurchbruchsspannung verbessert werden, das elektrische Feld geschwächt bzw. verringert werden und der Leckstrom reduziert werden. Bei der Halbleitereinrichtung weist das Dotierungskonzentrationsprofil des zweiten Leitungstyps eine Dotierungskonzentration des zweiten Leitungstyps, die größer ist als die Dotierungskonzentration, die durch das Dotierungskonzentrationsprofil des ersten Leitungstyps in einem Bereich von der Hauptoberfläche bis zu dem Übergangspunkt gezeigt ist, und einen Minimumspunkt oder Wendepunkt in einem Bereich zwischen der ersten Tiefe und der zweiten Tiefe auf. Das Vorhandensein dieses Minimumspunktes oder Wendepunktes sieht den Vorteil des Unterdrückens des Effektes des Dotierungskonzentrationsprofiles des zweiten Leitungstyps, das eine höhere Dotierungskonzentration in dem Gateelektrodenbildungsbereich des Feldeffekttransistors aufweist, vor. Als Ergebnis werden die Eigenschaften des Feldeffekttransistors nicht verändert. Zum Beispiel wird die Schwellenspannung des Feldeffekttransistors nicht reduziert.

Entsprechend einer Halbleitereinrichtung des vorliegenden Aspektes weist das Dotierungskonzentrationsprofil des ersten Leitungstyps bevorzugt einen dritten Maximumspunkt einer Dotierungskonzentration in einer dritten Tiefe, die tiefer ist als der Übergangspunkt, auf.

Weiterhin weist das Dotierungskonzentrationsprofil des zweiten Leitungstyps bevorzugt einen ersten Maximumspunkt der Dotierungskonzentration in der Nähe der ersten Tiefe und einen zweiten Maximumspunkt der Dotierungskonzentration in der Nähe der zweiten Tiefe auf.

In diesem Fall weisen der erste und der zweite Maximumspunkt des Dotierungskonzentrationsprofiles des zweiten Dotierungsbereiches bevorzugt eine Dotierungskonzentration auf, die größer ist als die des ersten bzw. zweiten Maximumspunktes des Dotierungskonzentrationsprofiles des ersten Leitungstyps.

Folglich kann ein Dotierungskonzentrationsprofil einfach gebildet werden, das die Verbesserung der Durchbruchsspannung des pn-Übergangs erlaubt und das die Verringerung des elektrischen Feldes erlaubt, ohne nachteilig die Eigenschaften des Feldeffekttransistors zu beeinflussen.

Weiterhin weisen der erste, zweite und dritte Maximumspunkt des Dotierungskonzentrationsprofiles des ersten Leitungstyps eine entsprechende Spitzenkonzentration des Dotierungsbereiches zum Einstellen der Schwellenspannung des Feldeffekttransistors, des Dotierungsbereiches zum Verhindern einer Inversion bzw. des Dotierungsbereiches zum Bilden einer Wanne auf.

Weiterhin weist eine Halbleitereinrichtung entsprechend einem Aspekt bevorzugt einen Feldeffekttransistor auf. Der Feldeffekttransistor enthält eine Gateelektrode und einen ersten und zweiten Source-/Drainbereich des zweiten Leitungstyps. Die Gateelektrode ist oberhalb der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates mit einem Gateisolierfilm darunter gebildet. Der erste und zweite Source-/Drainbereich ist an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates an beiden Seiten der Gateelektrode gebildet. Der erste Source-/Drainbereich weist den obigen Dotierungsbereich des zweiten Leitungstyps auf. Die Halbleitereinrichtung enthält ebenfalls eine leitende Schicht, die derart gebildet ist, daß sie in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich kommt.

Bei einer Halbleitereinrichtung der oben beschriebenen Struktur sind die Eigenschaften des Feldeffekttransistors nicht derart bezüglich des Dotierungskonzentrationsprofiles des ersten Source-/Drainbereiches empfindlich, daß es in einer Variation der Eigenschaften des Feldeffekttransistors resultiert. Die Schwellenspannung des Feldeffekttransistors wird beispielsweise nicht reduziert. Als Ergebnis wird verhindert, daß Elektronen in der leitenden Schicht, die in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich gebildet ist, zum Beispiel in dem Speicherknoten eines Kondensators, abfließen.

Bei der Halbleitereinrichtung der oben beschriebenen Struktur wird der Einfluß des Dotierungskonzentrationsprofiles des zweiten Leitungstyps auf den Feldeffekttransistor aufgrund einer Änderung der Position des Kontaktloches zum Bilden einer leitenden Schicht in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich unterdrückt. Daher werden die Eigenschaften des Feldeffekttransistors nicht durch eine Änderung in dem Herstellungsprozeß verändert.

Die Halbleitereinrichtung der oben beschriebenen Struktur enthält bevorzugt einen Dotierungsbereich zum Einstellen der Schwellenspannung in einem Bereich des Halbleitersubstrates unterhalb der Gateelektrode. Die Spitzenkonzentration dieses Dotierungsbereiches entspricht dem ersten Maximumspunkt des Dotierungskonzentrationsprofiles des ersten Leitungstyps.

Die obige leitende Schicht bildet bevorzugt die Elektrode eines Kondensators und ist derart gebildet, daß sie in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich kommt.

Die Halbleitereinrichtung der oben beschriebenen Struktur enthält bevorzugt einen Elementtrennisolierfilm zum elektrischen Trennen des Feldeffekttransistors und einen Dotierungsbereich zum Verhindern einer Inversion in einem Bereich des Halbleitersubstrates unterhalb des Elementtrennisolierfilmes. Die Spitzenkonzentration des Dotierungsbereiches entspricht dem zweiten Maximumspunkt des Dotierungskonzentrationsprofiles des ersten Leitungstyps.

Ein Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung entsprechend einem anderen Aspekt weist die folgenden Schritte auf.

(a) Bilden eines Elementtrennisolierfilmes an einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates des ersten Leitungstyps.
(b) Einen ersten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des ersten Leitungstyps mit einer ersten Dosis von der Hauptoberfläche zu einer ersten Tiefe derart, daß ein Dotierungsbereich des ersten Leitungstyps zum Verhindern einer Inversion in einem Bereich des Halbleitersub strates unterhalb des Elementtrennisolierfilmes gebildet wird.
(c) Einen zweiten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des ersten Leitungstyps mit einer zweiten Dosis zu einer zweiten Tiefe, die kleiner ist als die erste Tiefe, derart, daß ein Dotierungsbereich des ersten Leitungstyps zum Einstellen der Schwellenspannung in einem Bereich des Halbleitersubstrates zwischen den Elementtrennisolierfilmen gebildet wird.
(d) Bilden einer Gateelektrode in einem Bereich des Halbleitersubstrates zwischen den Elementtrennisolierfilmen mit einem Gateisolierfilm darunter.
(e) Bilden eines ersten und eines zweiten Source-/Drainbereiches eines zweiten Leitungstyps an einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates an beiden Seiten der Gateelektrode.
(f) Einen dritten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des zweiten Leitungstyps mit einer dritten Dosis, der eine Dotierungskonzentration erreicht, die höher ist als die durch die erste Dosis, in der Nachbarschaft der ersten Tiefe von der Oberfläche in dem ersten Source-/Drainbereich.
(g) Einen vierten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des zweiten Leitungstyps mit der vierten Dosis, der eine Dotierungskonzentration erreicht, die höher ist als die durch die zweite Dosis, in der Nachbarschaft der zweiten Tiefe von der Hauptoberfläche an dem ersten Source-/Drainbereich.

Bei dem obigen Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung kann ein Dotierungskonzentrationsprofil einfach realisiert werden, das die pn-Übergangsdurchbruchsspannung verbessert und das das elektrische Feld verringert und das die Eigenschaften des Feldeffekttransistors nicht nachteilig beeinflußt, ohne einen komplizierten Herstellungsprozeß zu verwenden.

Das Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung weist weiterhin vor dem ersten Implantationsschritt einen fünften Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des ersten Leitungstyps in einer dritten Tiefe, die tiefer ist als die erste Tiefe, derart, daß ein Wannenbereich des ersten Leitungstyps gebildet wird, auf.

Das obige Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung kann weiterhin einen Schritt des Bildens einer leitenden Schicht derart, daß sie in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich kommt, enthalten.

Der dritte und vierte Implantationsschritt des obigen Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung werden bevorzugt durch Ionenimplantierung von Dotierungen durch ein Kontaktloch, das derart gebildet ist, daß es die Oberfläche des ersten Source-/Drainbereiches freilegt, durchgeführt.

Entsprechend der Halbleitereinrichtung kann ein Dotierungskonzentrationsprofil verwirklicht werden, das eine Verbesserung der Durchbruchsspannung des pn-Übergangs erlaubt und das eine Reduzierung des Leckstroms durch Verringern des elektrischen Feldes erlaubt. Die Eigenschaft des Feldeffekttransistors wird nicht durch das Dotierungskonzentrationsprofil verschlechtert. Zum Beispiel bleibt die Schwellenspannung so, wie sie entworfen wurde. Als Ergebnis wird ein Elektronenleck von dem Speicherknoten, der mit dem Source-/Drainbereich verbunden ist, unterdrückt. Weiterhin werden die Eigenschaften des Feldeffekttransistors nicht durch die Änderung der Position des Kontaktloches, das den Kontakt mit dem Source-/Drainbereich bildet, verändert. Das bedeutet, daß die Eigenschaft des Feldeffekttransistors nicht durch Änderungen in den Bedingungen des Herstellungsprozesses verändert werden.

Entsprechend einem Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung kann das obige Dotierungskonzentrationsprofil leicht realisiert werden, ohne einen komplizierten Herstellungsprozeß zu verwenden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 eine Teilquerschnittsansicht einer Struktur einer Halbleitereinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform,
2 ein Dotierungskonzentrationsprofil in einer Position II von 1,
3–10 Teilquerschnittsansichten, die nacheinander entsprechende Schritte in einem Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigen,
11 eine Teilquerschnittsansicht, die ein Simulationsergebnis einer Struktur eines Feldeffekttransistors zeigt, der als eine Verwirklichung der vor liegenden Erfindung in einer zweiten Ausführungsform gezeigt ist,
12 ein Simulationsergebnis eines Dotierungskonzentrationsprofiles der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung in der zweiten Ausführungsform,
13 eine Teilquerschnittsansicht, die ein Simulationsergebnis einer Struktur eines Feldeffekttransistors einer der Anmelderin bekannten Verwirklichung in der zweiten Ausführungsform zeigt,
14 ein Simulationsergebnis eines Dotierungskonzentrationsprofiles einer der Anmelderin bekannten Verwirklichung in der zweiten Ausführungsform,
15 eine Teilquerschnittsansicht, die ein Simulationsergebnis einer Struktur eines Feldeffekttransistors einer vergleichenden Verwirklichung in der zweiten Ausführungsform zeigt,
16 ein Simulationsergebnis eines Dotierungskonzentrationsprofiles der vergleichenden Verwirklichung in der zweiten Ausführungsform,
17 ein Simulationsergebnis einer Gatespannung-Drainstrom-Eigenschaft eines Feldeffekttransistors der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, der der Anmelderin bekannten Verwirklichung und einer vergleichenden Verwirklichung,
18 ein Simulationsergebnis einer Gatespannung-Drainstrom-Eigenschaft eines Feldeffekttransistors der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, der der Anmelderin bekannten Verwirklichung und der vergleichenden Verwirklichung, wenn die Position eines Kontaktes verschoben ist,
19 ein Simulationsergebnis einer Drainspannung-Drainstrom-Eigenschaft eines Feldeffekttransistors der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, der der Anmelderin bekannten Verwirklichung und einer vergleichenden Verwirklichung,
20 ein Simulationsergebnis der Drainspannung-Drainstrom-Eigenschaft eines Feldeffekttransistors der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, der der Anmelderin bekannten Verwirklichung und der vergleichenden Verwirklichung, wenn die Position des Kontaktes verschoben ist,
21 eine Teilquerschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung mit einer der Anmelderin bekannten Kontaktstruktur zeigt,
22 ein Dotierungskonzentrationsprofil an der Position XXII von 21,
23 eine Teilquerschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung mit einem verbesserten vergleichenden Kontaktaufbau zeigt,
24 ein Dotierungskonzentrationsprofil an der Position XXIV von 23,
25 eine Teilquerschnittsansicht, die einen Speicherbereich eines DRAM, der eine verbesserte Vergleichskontaktstruktur aufweist, zeigt,
26 ein Dotierungskonzentrationsprofil an der Position XXVI von 25.
Erste Ausführungsform
Mit Bezug zu 1 ist ein Isoliertrennfilm 2 einer Grabenstruktur an einer Hauptoberfläche eines p-Siliziumsubstrates 1 gebildet. Ein p-Wannenbildungsdotierungsbereich 3, ein p-Kanaltrennbereich 4 (Inversionsverhinderungsbereich) und ein p-Kanaldotierungsbereich 5 (zum Einstellen einer Einsatzspannung) sind an entsprechenden vorbestimmten Tiefen in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet. Eine Gateelektrode 9 ist mit einem Gateoxidfilm 8 darunter auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet. Es sind n-Source-/Drainbereiche 6 und 7 an der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrates 1 an beiden Seiten der Gateelektrode 9 gebildet. Der n-Source-/Drainbereich 6 ist aus einem Arsenimplantationsbereich 61 in der Nachbarschaft der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrates 1, einem Phosphorimplantationsbereich 62 und einem Phosphorimplantationsbereich 63 gebildet. Ein Speicherknoten 10 ist derart gebildet, daß er in Kontakt mit der Oberfläche des n-Source-/Drainbereiches 6 kommt. Der Speicherknoten 10 ist aus einem Polysiliziumfilm, in dem Phosphor (P) dotiert ist, gebildet. Der Speicherknoten 10 ist derart gebildet, daß er in Kontakt mit der Oberfläche des n-Source-/Drainbereiches 6 über ein Kontaktloch 16, das in einem Zwischenschichtisolierfilm 15 gebildet ist, kommt. Ein dielektrischer Film 11 ist derart gebildet, daß er die Oberfläche des Speicherknotens 10 bedeckt. Eine Zellplatte 12 ist derart gebildet, daß sie die Oberfläche des dielektrischen Filmes 11 bedeckt. Somit ist der Kondensator, der mit dem n-Source-/Drainbereich 6 verbunden ist, aus dem Speicherknoten 10, dem dielektrischen Film 11 und der Zellplatte 12 gebildet. Eine Bitleitung 13 ist derart gebildet, daß sie in Kontakt mit der Oberfläche des n-Source-/Drainbereiches 7 kommt. Der n-Source-/Drainbereich 7 ist aus einem Bereich gebildet, in dem Arsen (As) implantiert ist. Die Bitleitung 13 ist mit dem n-Source-/Drainbereich 7 über ein Kontaktloch, das in dem Zwischenschichtisolierfilm 14 gebildet ist, verbunden.
Mit Bezug zu 2 weist ein p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B), das implantiertes Bor (B) aufweist, entsprechende Dotierungskonzentrationsspitzen entsprechend dem p-Wannenbildungsdotierungsbereich 3, dem p-Kanaltrennbereich 4 und dem p-Kanaldotierungsbereich 5 auf. Das p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B) weist einen Niedrigkonzentrationsdotierungsbereich auf, der tiefer angeordnet ist als die Dotierungskonzentrationsspitzenbereiche 4 und 5. In diesem Niedrigkonzentrationsdotierungsbereich kreuzt das p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B) ein n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) derart, daß ein Übergangspunkt J gebildet wird. Das n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P), das dotierten Phosphor (P) aufweist, weist Dotierungskonzentrationsspitzen entsprechend den Phosphorimplantationsbereichen 62 und 63 auf. In dem n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) ist die Konzentrationsspitze 64, die in der Nachbarschaft der Oberfläche des Siliziumsubstrates gesehen wird, durch Diffusion von in dem Speicherknoten dotierten Phosphor (P) zu dem Source-/Drainbereich erzeugt. Der Arsenimplantationsbereich 61, der den ursprünglichen n-Source-/Drainbereich 6 bildet, ist als ein n-Dotierungskonzentrationsprofil n(As) gezeigt.
Das n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) kreuzt das p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B) an dem Übergangspunkt J. Die Dotierungskonzentration des n-Dotierungskonzentrationsprofiles n(P) zeigt einen höheren Wert als die Dotierungskonzentration des p-Dotierungskonzentrationsprofiles p(B) an einem Bereich von der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 zu dem Übergangspunkt J. Die Dotierungskonzentrationsspitzen 62 und 63 des n-Dotierungskonzentrationsprofiles n(P) zeigen einen höheren Wert als der der Dotierungskonzentrationsspitzen 5 bzw. 4 des p-Dotierungskonzentrationsprofiles p(B). Das n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) weist einen Minimalpunkt oder Wendepunkt K in einem Bereich zwischen den Dotierungskonzentrationsspitzen 62 und 63 auf. Das n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) zeigt höhere Dotierungskonzentrationswerte als die des p-Dotierungskonzentrationsprofiles p(B) ebenfalls für diesen Minimalpunkt oder Wendepunkt K. Obwohl es in 2 nicht gezeigt ist, ist die Dotierungskonzentrationsspitze entsprechend dem p-Wannenbildungsdotierungsbereich 3 unterhalb des p-Dotierungskonzentrationsprofiles p(B) angeordnet.
Durch Bilden eines Übergangspunktes J des n-Dotierungskonzentrationsprofiles n(P), das das p-Dotierungskonzentrationsprofil p(B) in dem Niedrigkonzentrationsdotierungsbereich kreuzt, kann die Durchbruchsspannung des pn-Überganges verbessert werden und kann das elektrische Feld verringert bzw. abgeschwächt werden. Als Ergebnis kann ein Leckstrom an dem pn-Übergang unterdrückt werden.
Da das n-Dotierungskonzentrationsprofil n(P) von den Dotierungskonzentrationsprofilen von 2 einen Minimalpunkt oder einen Wendepunkt K aufweist, wird die Ausdehnung des n-Source-/Drainbereiches 6 von 1, speziell die Ausbreitung des Phosphorimplantationsbereiches 63, nicht nachteilig den Bereich des Siliziumsubstrates 1 unterhalb der Gateelektrode 9 beeinflussen. Als Ergebnis wird die Schwierigkeit der Reduzierung der Einsatzspannung des Feldeffekttransistors unterdrückt. Daher wird verhindert, daß die in dem Speicherknoten 10, der mit dem n-Source- /Drainbereich 6 verbunden ist, gespeicherten Elektronen ausfließen.
Weiterhin wird eine Variation der Eigenschaft des Feldeffekttransistors unterdrückt, was herkömmlicherweise durch eine Variation der Abmessungen der Länge der Gateelektrode 9, die extrem reduziert ist (0,15 μm), und des Abstandes zwischen den Seitenwänden der Gateelektrode 9 und einem Kontaktloch 16, der reduziert ist (0,075 μm), wenn ein DRAM derart hoch integriert ist, daß er eine Speicherkapazität von ungefähr 1 Gigabit aufweist, verursacht wurde. Genauer wird die Variation der Eigenschaft des Feldeffekttransistors unterdrückt, die herkömmlicherweise durch die Variation der Position des Kontaktloches 16 verursacht wurde. Das bedeutet, daß der Feldeffekttransistor nicht leicht anfällig auf Variationen in der Position, bei der der Speicherknoten 10 gebildet wird, ist. Somit ist in der Halbleitereinrichtung zum Beispiel der Feldeffekttransistor oder der Kondensator in dem Speicherbereich eines DRAM nicht leicht anfällig in den Eigenschaften von den Prozeßbedingungen des Herstellens derselben.
Ein Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform wird im folgender mit Bezug zu 3 bis 10 beschrieben.
Mit Bezug zu 3 wird ein p-Siliziumsubstrat 1 vorbereitet.
Mit Bezug zu 4 wird ein Trennisolierfilm 2 des Grabentyps gebildet. Es werden Borionen (B) in das Siliziumsubstrat 1 mit einer Beschleunigungsspannung von 700 keV und einer Dosis von 1,0 × 10¹³ cm^–2 implantiert. Als Ergebnis wird ein Dotierungsbereich 3 zum Bilden einer p-Wanne vorgesehen. Dann werden Bor ionen (B) in das Siliziumsubstrat 1 mit einer Beschleunigungsspannung von 100–180 keV und einer Dosis von 0,5 × 10¹² 8,0 × 10¹² cm^–2 implantiert. Als Ergebnis wird ein p-Kanaltrennbereich 4 derart gebildet, daß er in Kontakt mit der Bodenfläche des Trennsolierfilmes 2 kommt. Als nächstes werden Borionen (B) in das Siliziumsubstrat 1 mit einer Beschleunigungsspannung von 10–50 keV und einer Dosis von 1,0 × 10¹² ~ 5,0 × 10¹³ cm^–2 implantiert. Als Ergebnis wird ein p-Kanaldotierungsbereich 5 (zum Einstellen der Einsatzspannung) in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet.
Mit Bezug zu 5 wird eine Gateelektrode 9 mit einem Gateoxidfilm 8 darunter auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet. Die Gateelektrode 9 weist eine Länge von ungefähr 0,13–0,18 μm und eine Dicke von 50,0–100,0 nm (500–1000 Å) auf. Die Gateelektrode 9 wird aus polykristallinem Silizium, das eine Konzentration von ungefähr 10²⁰ cm^–3 eingebrachtes Phosphor (P) aufweist, gebildet. Der Gateoxidfilm 8 weist eine Dicke von 5,0–6,0 nm (50–60 Å) auf. Durch Implantieren von Arsenionen (As) in das Siliziumsubstrat 1 mit der Gateelektrode 9 als Maske werden ein Arsenimplantationsbereich 61 des n-Source-/Drainbereiches 6 und ein n-Source-/Drainbereich 7 gebildet.
Mit Bezug zu 6 wird ein Zwischenschichtisolierfilm 14 von dem Oxidfilm durch CVD gebildet. Die Bitleitung 13 wird derart gebildet, daß sie in Kontakt mit der Oberfläche des n-Source-/Drainbereiches 7 durch das Kontaktloch, das in dem Zwischenschichtisolierfilm 14 gebildet ist, kommt. Das Kontaktloch weist einen Durchmesser von ungefähr 0,07–0,1 μm auf. Die Bitleitung 13 ist aus einem polykristallinen Silizium, das Phosphor (P) aufweist, das mit einer Konzentration von ungefähr 10²⁰ cm^–3 dotiert ist, gebildet.
Mit Bezug zu 7 wird ein Zwischenschichtisolierfilm 15 durch CVD derart gebildet, daß er die Bitleitung 13 bedeckt. Es wird ein Kontaktloch 16 in dem Zwischenschichtisolierfilm 15 derart gebildet, daß die Oberfläche des Arsenimplantationsbereiches 61 freigelegt wird. Das Kontaktloch 16 weist einen Durchmesser von ungefähr 0,07–0,1 μμm auf.
Mit Bezug zu 8 werden Phosphorionen (P) zweimal durch das Kontaktloch 16 implantiert. Bei der ersten Ionenimplantation werden Phosphorionen (P) mit einer Beschleunigungsspannung von 30–50 keV und einer Dosis von 1,0 × 10¹³ ~ 5,0 × 10¹³cm^–2 implantiert. Diese Dosis wird so eingestellt, daß sie größer ist als die Dosis zum Bilden des p-Kanaldotierungsbereiches 5. Bei der zweiten Ionenimplantation werden Phosphorionen (P) mit einer Beschleunigungsspannung von 180–230 keV und einer Dosis von 1,0 × 10¹³ ~ 5,0 × 10¹³cm^–2 implantiert. Diese Dosis wird so eingestellt, daß sie größer ist als die Dosis zum Bilden des p-Kanaltrennbereiches 4. Somit werden die Phosphorimplantationsbereiche 62 und 63 gebildet. Der Phosphorimplantationsbereich 62 ist derart gebildet, daß er eine höhere n-Dotierungskonzentration als die p-Dotierungskonzentration des p-Kanaldotierungsbereiches 5 in einer Tiefe, die näherungsweise der des p-Kanaldotierungsbereiches 5 entspricht, aufweist. Der Phosphorimplantationsbereich 63 ist derart gebildet, daß er eine höhere n-Dotierungskonzentration als die p-Dotierungskonzentration des p-Kanaltrennbereiches 4 an einer gleichen Tiefe davon aufweist.
Mit Bezug zu 9 wird ein Speicherknoten 10, der aus Polysilizium mit dotiertem Phosphor (P) gebildet ist, derart vorgesehen, daß er in Kontakt mit der Oberfläche des n-Source-/Drainbereiches 6 durch das Kontaktloch 16 kommt.
Mit Bezug zu 10 wird ein dielektrischer Film 11 derart gebildet, daß er den Speicherknoten 10 bedeckt. Es wird eine Zellplatte 12 derart gebildet, daß sie die Oberfläche des dielektrischen Filmes 11 bedeckt. Damit wird ein Kondensator, der mit dem n-Source-/Drainbereich 6 verbunden ist, gebildet.
Es kann ein Feldeffekttransistor mit entworfenen Eigenschaften gebildet werden, unabhängig von den Bedingungen des Herstellungsprozesses des Kontaktloches 16 und ähnlichem und unempfindlich gegenüber dem Dotierungskonzentrationsprofil.
Zweite Ausführungsform
In der zweiten Ausführungsform wird das Simulationsergebnis eines Dotierungskonzentrationsprofiles beschrieben.
11 ist eine Querschnittsansicht, die das Simulationsergebnis eines Feldeffekttransistors mit einem Dotierungskonzentrationsprofil der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 zeigt das Simulationsergebnis des Dotierungskonzentrationsprofiles an einer Position XII von 11.
13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Simulationsergebnis eines Feldeffekttransistors mit einem herkömmlichen Dotierungskonzentrationsprofil zeigt. 14 zeigt ein Simulationsergebnis eines Dotierungskonzentrationsprofiles an einer Position XIV von 13.
15 ist eine Querschnittsansicht, die ein Simulationsergebnis eines Feldeffekttransistors mit einem Dotierungskonzentrationsprofil als vergleichende Verwirklichung der vorliegenden Erfindung zeigt. 16 zeigt ein Simulationsergebnis eines Dotierungskonzentrationsprofiles an einer Position XVI von 15.
Mit Bezug zu 11–16 ist eine Gateelektrode 9 mit einem Gateisolierfilm darunter auf einem Siliziumsubstrat gebildet. Es sind n-Source-/Drainbereiche 6 und 7 an der Oberfläche des Siliziumsubstrates an beiden Seiten der Gateelektrode gebildet. Eine Elektrode 17 ist derart gebildet, daß sie jeweils mit den n-Source-/Drainbereichen 6 und 7 verbunden ist.
Entsprechend dem Dotierungskonzentrationsprofil, das in 11 gezeigt ist, weist der n-Source-/Drainbereich 6 Phosphorimplantationsbereiche 62 und 63 auf. In der Nachbarschaft der Oberfläche des Siliziumsubstrates, die in 12 gezeigt ist, ist ein Bereich 64 vorgesehen, zu dem Phosphorionen der Elektrode 17 diffundiert sind. Entsprechend dem herkömmlichen Dotierungskonzentrationsprofil von 13 weist der n-Source-/Drainbereich 6 einen Phosphordiffusionsbereich 64 auf, der Phosphor von der Elektrode 17 aufweist, wie in 14 gezeigt ist. Entsprechend dem Dotierungskonzentrationsprofil einer vergleichenden Verwirklichung von 15 weist der n-Source-/Drainbereich 6 einen Phosphordiffusionsbereich 64 und einen Phosphorimplantationsbereich 65 auf.
Durch zweimaliges Ausführen der Phosphorimplantation in 11 und 12 werden Phosphorimplantationsbereiche 62 und 63 entsprechend zwei Spitzenkonzentrationen gebildet. In der vergleichenden Verwirklichung von 15 und 16 ist der Phosphorimplantationsbereich 65, der eine Dotierungskonzentrationsspitze aufweist, durch die Phosphorionenimplantation, die nur einmal ausgeführt wurde, gebildet.
Es wird angemerkt, daß in 12, 14 und 16 die Dotierungskonzentrationsprofile der Arsenimplantation nicht dargestellt sind. Weiterhin ist das Ladungsträgerkonzentrationsprofil, das die allgemeine Ansicht einer p-Dotierungskonzentration p(B) eines n-Dotierungskonzentrationsprofiles n(P) ist, als Nettodotierung 50 dargestellt.
Im Gegensatz zu der Verwirklichung von 12, bei der der pn-Übergangspunkt J an einem Bereich von niedriger Konzentration gezeigt ist, wird der Übergangspunkt J in einem flachen Bereich mit hoher Konzentration in der herkömmlichen Verwirklichung von 14 gesehen. Ein pn-Übergangspunkt J wird in einem Bereich niedriger Konzentration ebenfalls in der vergleichenden Verwirklichung von 16 gesehen. Da ein pn-Übergang in einem Bereich von niedriger Konzentration in der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung und der vergleichenden Verwirklichung dargestellt ist, kann die Übergangsdurchbruchsspannung verbessert werden. Auch kann der Leckstrom durch Abschwächen des elektrischen Feldes reduziert werden.
Es muß jedoch angemerkt werden, daß sich der p-Source-/Drainbereich 6 stark in dem Bereich des Siliziumsubstrates unterhalb der Gateelektrode ausbreitet, wie in 15 gezeigt ist, da die Spitzenkonzentration 65 des Phosphorimplantationsbereiches in einem relativ flachen Bereich in der vergleichenden Verwirklichung von 16 dargestellt ist. Daher wird die Eigenschaft des Feldeffekttransistors durch das Dotierungskonzentrationsprofil verschlechtert, sogar wenn die Übergangsdurchbruchsspannung verbessert wird und das elektrische Feld abgeschwächt wird. Im Gegensatz dazu ist bei der Verwirklichung von 12 das Ausbreiten des n-Source-/Drainbereiches 6 in dem flachen Bereich gering, da dort ein Minimalpunkt oder Wendepunkt zwischen den Phosphorimplantationsbereichen 62 und 63 ist. Daher ist die Ausbreitung in dem flachen Bereich des n-Source-/Drainbereiches 6 gering, wie in 11 gezeigt ist, so daß die Reduzierung der Eigenschaften des Feldeffekttransistors verhindert wird.
Die Simulationsergebnisse der Eigenschaften eines Feldeffekttransistors mit dem Dotierungskonzentrationsprofil der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, der herkömmlichen Verwirklichung bzw. der vergleichenden Verwirklichung wird im folgenden beschrieben.
17 zeigt die Simulationsergebnisse der Gatespannung-Drainstrom-Eigenschaft (Vg-Id) eines Feldeffekttransistors entsprechend der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung (A), der herkömmlichen Verwirklichung (B) und der vergleichenden Verwirklichung (C). Es ist von 17 ersichtlich, daß (A) und (B) ähnliche Eigenschaften zeigen und unempfindlich gegenüber implantiertem Phosphor zum Verbessern der Übergangsdurchbruchsspannung und der Abschwächung des elektrischen Feldes sind. Sie zeigen eine gute Gatespannung-Drainstrom-Eigenschaft. Im Gegensatz dazu zeigt (C) einen deutlichen Anstieg des Drainstromes gegenüber dem Anstieg der Gatespannung. Es ist gezeigt, daß die Gatespannung-Drainstrom-Eigenschaften gegenüber der ursprünglichen Eigenschaft verschlechtert ist.
18 zeigt die Simulationsergebnisse der Gatespannung-Drainstrom-Eigenschaft (Vg-Id), wenn die Position des Kontakts der Elektrode 17 um 0,025 μm zu der Gateelektrode 9 in 11, 13 und 15 verschoben ist. Von 18 ist ersichtlich, daß (A) die guten Eigenschaften ähnlich wie (B) hält. (C) zeigt jedoch weiterhin eine Auffälligkeit in dem Anstieg des Drainstromes gegen über dem Anstieg der Gatespannung. Es ist ersichtlich, daß die Gatespannung-Drainstrom-Eigenschaft in (C) verschlechtert ist.
19 zeigt die Simulationsergebnisse der Drainspannung-Drainstrom-Eigenschaften (Vd-Id) der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung (A), der herkömmlichen Verwirklichung (B) und der vergleichenden Verwirklichung (C). Es ist von 19 ersichtlich, daß (A) und (B) ähnliche Eigenschaften zeigen und nicht nachteilig durch das Dotierungskonzentrationsprofil beeinflußt sind. Im Gegensatz dazu zeigt (C) ein größeres Verhältnis des Anstieges des Drainstromes gegenüber der Drainspannung bei allen Gatespannungen (Vg). Die Drainspannung-Drainstrom-Eigenschaft in (C) ist verschlechtert.
Ähnlich zu 18 zeigt 20 die Simulationsergebnisse der Drainspannung-Drainstrom-Eigenschaften (Vd-Id) der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung (A), der herkömmlichen Verwirklichung (B) und der vergleichenden Verwirklichung (C), wenn die Position des Kontaktes um 0,025 μm zu der Gateelektrode 9 mit Bezug zu dem n-Source-/Drainbereich 6 der Elektrode 17 verschoben ist. Es ist von 20 ersichtlich, daß (A) und (B) gute Drainspannung-Drainstrom-Eigenschaften halten. Im Gegensatz dazu zeigt (C) einen starken Anstieg des Verhältnisses des Drainstromes gegenüber der Drainspannung bei allen Gatespannungen (Vg). Die Drainspannung-Drainstrom-Eigenschaft davon ist verschlechtert.
Entsprechend den obigen Simulationsergebnissen ist ersichtlich, daß die vergleichende Verwirklichung (C), die bei der pn-Übergangsdurchbruchsspannung verbessert ist und die das elektrische Feld im Bezug zu der herkömmlichen Verwirklichung (B) abschwächt, gegenüber dem Dotierungskonzentrationsprofil empfind lich ist, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaft des Feldeffekttransistors führt. Im Gegensatz dazu kann die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung (A) eine Verbesserung der Durchbruchsspannung des pn-Überganges und Abschwächung des elektrischen Feldes realisieren, während die Eigenschaft des Feldeffekttransistors gehalten wird, ohne nachteilig durch das Dotierungskonzentrationsprofil beeinflußt zu sein.

Claims

Halbleitereinrichtung mit einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps mit einer Hauptoberfläche und einem Dotierungsbereich (6) eines zweiten Leitungstyps, der derart gebildet ist, daß er ein Dotierungskonzentrationsprofil (n(P)) des zweiten Leitungstyps, das sich von der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (1) in einer Tiefenrichtung erstreckt, aufweist, bei der das Halbleitersubstrat (1) ein Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps, das sich von der Hauptoberfläche in die Tiefenrichtung erstreckt, aufweist, bei der das Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps einen ersten Maximumspunkt (5) einer Dotierungskonzentration an einer ersten Tiefe von der Hauptoberfläche, einen zweiten Maximumspunkt (4) einer Dotierungskonzentration an einer zweiten Tiefe, die tiefer ist als die erste Tiefe, und einen Niedrigkonzentrationsbereich, der eine niedrigere Dotierungskonzentration als der erste und zweite Maximumspunkt in einem Bereich tiefer als die zweite Tiefe aufweist, aufweist, bei der das Dotierungskonzentrationsprofil (n(P)) des zweiten Leitungstyps das Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps derart kreuzt, daß ein Übergangspunkt (J) in dem Niedrigkonzentrationsbereich gebildet ist, und eine höhere Dotierungskonzentration des zweiten Leitungstyps in einem Bereich von der Hauptoberfläche zu dem Übergangspunkt (J) als die Dotierungskonzentration, die das Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps aufweist, und einen Minimumspunkt oder Wendepunkt (K) in einem Bereich zwischen der ersten Tiefe und der zweiten Tiefe aufweist.
Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Dotierungskonzentrationsprofil (p(B)) des ersten Leitungstyps einen dritten Maximumspunkt (3) einer Dotierungskonzentration in einer dritten Tiefe, die tiefer ist als der Übergangspunkt (J), aufweist.
Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Dotierungskonzentrationsprofil (n(P)) des zweiten Leitungstyps einen ersten Maximumspunkt (62) einer Dotierungskonzentration in der Nachbarschaft der ersten Tiefe und einen zweiten Maximumspunkt (63) einer Dotierungskonzentration in einer Nachbarschaft der zweiten Tiefe aufweist.
Halbleitereinrichtung nach Anspruch 3, bei der der erste und der zweite Maximumspunkt (62, 63) des Dotierungskonzentrationsprofiles (n(P)) des zweiten Leitungstyps jeweils eine Dotierungskonzentration aufweist, die größer ist als die des ersten bzw. zweiten Maximumspunktes (5, 4) des Dotierungskonzentrationsprofiles (p(B)) des ersten Leitungstyps.
Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der erste, zweite und dritte Maximumspunkt (5, 4, 3) des Dotierungskonzentrationsprofiles (p(B)) des ersten Leitungstyps entsprechende Spitzenkonzentrationen eines Dotierungsbereiches zum Einstellen einer Einsatzspannung eines Feldeffekttransistors, eines Dotierungsbereiches zum Verhindern einer Inversion und eines Dotierungsbereiches zum Bilden einer Wanne aufweisen.
Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Feldeffekttransistor, bei der der Feldeffekttransistor eine oberhalb der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (1) mit einem darunterliegenden Gateisolierfilm (8) gebildete Gateelektrode (9) und einen ersten und zweiten Source-/Drainbereich (6, 7) des zweiten Leitungstyps, die an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (1) an beiden Seiten der Gateelektrode (9) gebildet sind, und eine leitende Schicht (10), die so gebildet ist, daß sie in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich (6) ist, aufweist, wobei der erste Source-/Drainbereich (6) den Dotierungsbereich (6) des zweiten Leitungstyps aufweist.
Halbleitereinrichtung nach Anspruch 6 mit einem Dotierungsbereich (5) zum Einstellen einer Einsatzspannung an einem Bereich des Halbleitersubstrates (1) unterhalb der Gateelektrode (9), bei der die Spitzenkonzentration dieses Dotierungsbereiches (5) dem ersten Maximumspunkt (5) des Dotierungskonzentrationsprofiles (p(B)) des ersten Leitungstyps entspricht.
Halbleitereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die leitende Schicht (10) eine Elektrode eines Kondensators bildet, die so gebildet ist, daß sie in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich (6) kommt.
Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, weiter mit einem Elementtrennisolierfilm (2) zum elektrischen Trennen des Feldeffekttransistors und einem Dotierungsbereich (4) zum Verhindern einer Inversion in einem Bereich des Halbleitersubstrates (1) unterhalb des Elementtrennisolierfilmes (2), bei der die Spitzenkonzentration dieses Dotierungsbereiches (4) dem zweiten Maximumspunkt des Dotierungskonzentrationsprofiles (p(B)) des ersten Leitungstyps entspricht.
Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung mit Bilden eines Elementtrennisolierfilmes (2) an einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates (1) eines ersten Leitungstyps, einem ersten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des ersten Leitungstyps mit einer ersten Dosis von der Hauptoberfläche zu einer ersten Tiefe derart, daß ein Dotierungsbereich (4) des ersten Leitungstyps zum Verhindern einer Inversion in einem Bereich des Halbleitersubstrates (1) unterhalb des Elementtrennisolierfilmes (2) gebildet wird, einem zweiten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des ersten Leitungstyps mit einer zweiten Dosis an einer zweiten Tiefe, die kleiner ist als die erste Tiefe, derart, daß ein Dotierungsbereich (5) des ersten Leitungstyps zum Einstellen einer Schwellenspannung in einem Bereich des Halbleitersubstrates (1) zwischen den Elementtrennisolierfilmen (2) gebildet wird, Bilden einer Gateelektrode (9) mit einem Gateisolierfilm (8) darunter in einem Bereich des Halbleitersubstrates (1) zwischen den Elementtrennisolierfilmen (2), Bilden eines ersten und eines zweiten Source-/Drainbereiches (6, 7) des zweiten Leitungstyps an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrat (1) an beiden Seiten der Gateelektrode (9), einem dritten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des zweiten Leitungstyps mit einer dritten Dosis, der eine höhere Dotierungskonzentration (63) als die Dotierungskon zentration durch die erste Dosis in der Nachbarschaft der ersten Tiefe von der Hauptoberfläche an dem ersten Source-/Drainbereich (6) erreicht, und einem vierten Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des zweiten Leitungstyps mit einer vierten Dosis, der eine höhere Dotierungskonzentration (62) als die Dotierungskonzentration durch die zweite Dosis in der Nachbarschaft der zweiten Tiefe von der Hauptoberfläche an dem ersten Source-/Drainbereich (6) erreicht.
Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 10, weiter mit einem fünften Implantationsschritt des Ionenimplantierens einer Dotierung des ersten Leitungstyps in einer dritten Tiefe, die tiefer ist als die erste Tiefe, derart, daß ein Wannenbereich (3) des ersten Leitungstyps gebildet wird, wobei der fünfte Implantationsschritt vor dem ersten Implantationsschritt ist.
Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, weiter mit dem Schritt des Bildens einer leitenden Schicht (10) derart, daß sie in Kontakt mit dem ersten Source-/Drainbereich (6) kommt.
Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der der dritte und vierte Implantationsschritt durch Ionenimplantation einer Dotierung durch ein Kontaktloch (16), das derart gebildet ist, daß eine Oberfläche des ersten Source-/Drainbereiches (6) freigelegt ist, durchgeführt werden.