DE19749378B4 - MOS transistor and method for its production - Google Patents

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Abstract

MOS-Transistor,
– mit Source, einer Gateelektrode, Drain und einem Kanal,
– wobei die Source und die Drain durch dotierte Bereiche eines Halbleitermaterials gebildet werden,
– wobei sich das Halbleitermaterial auf einem Substrat befindet, das mindestens im Bereich einer Hauptfläche eine ebene Scheibe aus einem Einkristall enthält,
– wobei unterhalb der Source und/oder der Drain ein Schichtstapel aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) aus isolierenden Materialien angeordnet ist, wobei der Schichtstapel aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) bis an den Kanal reicht und höchstens unterhalb eines Teils der Fläche zwischen der Source und der Drain angeordnet ist, und
– wobei die oberste Schicht (80) des Schichtstapels aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) Stickstoff oder eine Stickstoffverbindung enthält.
MOS transistor,
With source, a gate electrode, drain and a channel,
Wherein the source and the drain are formed by doped regions of a semiconductor material,
Wherein the semiconductor material is located on a substrate which contains a planar disk of a single crystal at least in the region of a main surface,
- wherein below the source and / or the drain, a layer stack of a plurality of superimposed layers (70, 80) of insulating materials is arranged, wherein the layer stack of several superimposed layers (70, 80) extends to the channel and at most below one Part of the area between the source and the drain is arranged, and
- Wherein the top layer (80) of the layer stack of a plurality of superimposed layers (70, 80) nitrogen or a nitrogen compound.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen MOS-Transistor, mit Source, einer Gateelektrode, Drain und einem Kanal, wobei die Source und die Drain durch dotierte Bereiche eines Halbleitermaterials gebildet werden, und wobei sich das Halbleitermaterial auf einem Substrat befindet, das mindestens im Bereich einer Hauptfläche eine ebene Scheibe aus einem Einkristall enthält, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The The invention relates to a MOS transistor, with source, a gate electrode, Drain and a channel, wherein the source and the drain through doped regions a semiconductor material are formed, and wherein the semiconductor material is located on a substrate which at least in the region of a main surface of a flat disc of a single crystal contains, as well as a method to its production.

Ein derartiger MOS-Transistor kann beispielsweise in einer CMOS-Logikschaltung als n-Kanal-Transistor oder als p-Kanal-Transistor eingesetzt werden. Es besteht ein hoher Bedarf, die Schaltgeschwindigkeit eines derartigen Transistors zu erhöhen und den Leistungsumsatz zu verringern. Da es bekannt ist, daß eine große Kapazität zwischen dem aktiven Gebiet des MOS-Transistors und dem Substrat zu einer geringen Schaltgeschwindigkeit und zu einem großen Leistungsverbrauch des Transistors führt, wird die Kapazität zwischen dem aktiven Gebiet des Transistors und dem Substrat möglichst klein gehalten.One Such MOS transistor can be used, for example, in a CMOS logic circuit be used as an n-channel transistor or as a p-channel transistor. It exists a high demand, the switching speed of such a transistor to increase and to reduce the power turnover. Since it is known that a large capacity between the active region of the MOS transistor and the substrate to a low switching speed and high power consumption of the Transistor leads, will the capacity between the active region of the transistor and the substrate as possible kept small.

Zur Erzielung einer hohen Schaltgeschwindigkeit ist es bekannt (J.-P. Colinge, Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI, Kluwer Academic Publishers, Boston/Dordrecht/London, 1991, S. 107–117), einen MOS-Transistor auf der Basis eines SOI(SILICON ON INSULATOR)-Substrats aufzubauen. Der Einsatz eines derartigen SOI-Substrats ist mit zwei Vorteilen verbunden. Die laterale und vertikale Isolation durch den Isolator verhindert den sogenannten Latch-up Effekt. Bei dem Latch-up Effekt handelt es sich um das Auftreten eines Zündstroms bei der Polung eines Emitter-Basis-pn-Übergangs in Flußrichtung. Der hohe Zündstrom kann zur lokalen Zerstörung der integrierten Schaltung führen, beispielsweise durch ein Aufschmelzen der Metallisierung. Durch die Vermeidung des Latch-up Effektes ist es möglich, n-Kanal- und p-Kanal-MOS-Transistoren so dicht aneinander zu setzen, wie es die Auflösung des Lithographieverfahrens erlaubt. Ein weiterer Vorzug des Einsatzes von SOI-Substraten besteht darin, daß es fast keine parasitären pn-Kapazitäten gibt, die bei den auftretenden Schaltvorgängen umgeladen werden müssen. Ein derartiger auf einem SOI-Substrat aufgebauter MOS-Transistor zeichnet sich somit durch eine hohe Schaltgeschwindigkeit aus.to Achieving a high switching speed is known (J.-P. Colinge, Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI, Kluwer Academic Publishers, Boston / Dordrecht / London, 1991, pp. 107-117), a MOS transistor based on an SOI (SILICON ON INSULATOR) substrate build. The use of such an SOI substrate is two Benefits connected. The lateral and vertical isolation through The isolator prevents the so-called latch-up effect. In which Latch-up effect is the occurrence of an ignition current the polarity of an emitter-base pn junction in the direction of flow. The high ignition current can cause local destruction lead the integrated circuit, for example, by melting the metallization. By avoiding the latch-up effect, it is possible to n-channel and p-channel MOS transistors so close together as the resolution of the lithographic process allowed. Another advantage of using SOI substrates is in that it almost no parasitic pn capacity There are, which must be reloaded at the occurring switching operations. One such on a SOI substrate constructed MOS transistor draws thus characterized by a high switching speed.

Dieser Aufbau des Transistors ist jedoch mit mehreren Nachteilen verbunden. Zum einen kommt es zu einem Aufheizen des Transistors während des Betriebs, zum anderen weist das SOI-Material aufgrund seines Herstellungsverfahrens eine höhere Defektdichte in der oberen Siliziumschicht auf als ein massives Silizium-Substrat. Hierdurch kann es zu Ausfällen und damit zu Ausbeuteproblemen in der Serienproduktion kommen.This Structure of the transistor, however, has several disadvantages. On the one hand, there is a heating of the transistor during operation, on the other hand, the SOI material due to its manufacturing process, a higher defect density in the upper one Silicon layer on as a massive silicon substrate. hereby it can cause failures and thus come to yield problems in mass production.

Es ist ferner bekannt, ein Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors so durchzuführen, daß die Isolationsgebiete in einem Abstand von mindestens 0,3 μm von der Gateelektrode erzeugt werden. Die Source und die Drain wachsen epitaktisch auf, wobei eine Verbindung zwischen der Source und der Drain mit dem Kanal erzeugt wird (K. Imai et al. Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, IEEE 1996, pp. 172–173). Ferner befindet sich unterhalb des Kanals eine δ-dotierte Schicht. Unter δ-Dotierung wird hierbei verstanden, daß es sich um eine dünne, hochdotierte Schicht handelt. Eine solche Schicht weist in lateraler Richtung eine gute Leitfähigkeit auf. In vertikaler Richtung weisen die Grenzflächen zwischen der δ-dotierten Schicht und den an ihr anliegenden Halbleiterbereichen jedoch eine Isolationseigenschaft auf. Hierdurch tritt in vertikaler Richtung eine ähnliche elektrische Isolation wie bei einem SOI-Substrat auf. Die δ-dotierte Schicht verbessert zusätzlich die Kurzkanaleigenschaften des Transistors. Die Kurzkanaleigenschaften des Transistors resultieren daraus, daß die Dicke des Ladungsträger- oder Ver armungsgebiets in der Größenordnung der Kanallänge liegt. Eine in der Praxis besonders störende Kurzkanaleigenschaft ist das Entstehen von Kurzschlüssen. Der Einsatz einer unterhalb des Kanals angeordneten δ-dotierten Schicht ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß die Kapazität zwischen dem aktiven Gebiet des Transistors und dem Substrat nur geringfügig unterdrückt wird. Außerdem wirken sich Schwankungen der Verfahrensparameter bei dem zu der Erzeugung der Isolationsgebiete verwendeten Lithographieprozeß unmittelbar auf die Kapazität aus. Die Schalteigenschaften verschiedener Transistoren des gleichen Typs weisen dadurch eine unerwünscht hohe Schwankungsbreite auf.It is also known, a method for producing a MOS transistor perform so that the isolation areas generated at a distance of at least 0.3 microns from the gate electrode become. The source and drain grow epitaxially, wherein a connection between the source and the drain with the channel (K. Imai et al Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, IEEE 1996, pp. 172-173). It is also located below the channel a δ-doped layer. Under δ-doping It is understood here that it is around a thin, highly doped layer is. Such a layer points in lateral Direction a good conductivity on. In the vertical direction, the interfaces between the δ-doped However, layer and the semiconductor regions adjacent to it one Isolation property on. This occurs in the vertical direction a similar electrical insulation as in an SOI substrate. The δ-doped layer improves additionally the short-channel characteristics of the transistor. The short channel properties of the transistor result from the fact that the thickness of the charge carrier or Depletion area in the order of magnitude the channel length lies. A particularly disturbing short channel characteristic in practice is the emergence of shorts. The use of a arranged below the channel δ-doped However, layer is associated with the disadvantage that the capacity between is suppressed only slightly in the active region of the transistor and the substrate. In addition, act Fluctuations in the process parameters in which the generation the isolation areas used lithography process directly on the capacity out. The switching characteristics of different transistors of the same Type thereby have an undesirable high fluctuation range.

US 4,523,213 beschreibt ein MOS-Halbleiterbauelement, bei dem sich ein in einem Substrat vergrabenes Gebiet aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid teilweise unter dem Kanalgebiet eines MOS-Transistors erstreckt. Ein Feldoxid ist auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet und umschließt das Source-, Drain- und Kanalgebiet. Zur Ausbildung der vergrabenen Schicht werden Sauerstoffionen in das Substrat implantiert und danach wird ein Temperschritt durchgeführt, so dass ein vergrabenes Siliziumoxidgebiet geformt wird. Das vergrabene Siliziumoxidgebiet kann sich nur unter dem Source- oder dem Drain-Bereich erstrecken. US 4,523,213 describes a MOS semiconductor device in which a region of silicon oxide or silicon nitride buried in a substrate extends partially below the channel region of a MOS transistor. A field oxide is formed on the silicon substrate and encloses the source, drain and channel regions. For forming the buried layer, oxygen ions are implanted in the substrate, and thereafter, an annealing step is performed so that a buried silicon oxide region is formed. The buried silicon oxide region may extend only below the source or drain region.

US 5,043,778 beschreibt ein MOS-Bauelement, bei dem die Source-/Drain-Gebiete nahezu komplett durch ein Dielektrikum isoliert sind. Dazu wird zunächst ein Feldoxid und ein Dummygate gebildet und Vertiefungen zwischen dem Dummmygate und dem Feldoxid geätzt. Danach werden die Vertiefungen mit einem Dielektrikum bedeckt und anschließend durch Abscheidung von Siliziumoxid gefüllt. Alternativ dazu können die Vertiefungen ganz durch ein gewachsenes Dielektrikum gefüllt werden. Die Vertiefungen werden durch konforme Abscheidung von amorphem Silizium, Polysilizium oder Metall aufgefüllt und danach zurückgeätzt, so dass die Oberflächen der Source-/Drain-Kontaktgebiete koplanar mit dem Gateoxid sind. Dann wird das Dielektrikum auf den Source-/Drain-Kontaktgebieten durch Ätzung entfernt, wodurch Rillen am Rand der Source-/Drain-Kontaktgebiete gebildet werden. Danach werden die Rillen durch Abscheidung einer dünnen Polysiliziumschicht gefüllt. Die Nitridabstandsschichten werden entfernt und Oxidabstandsschichten werden geformt. Danach werden Source-/Drain-Gebieten durch Implantierung von Dotierstoffen und einem anschließenden Temperschritt gebildet. US 5,043,778 describes a MOS device in which the source / drain regions are almost completely isolated by a dielectric. For this purpose, first a field oxide and a dummy gate gebil et et wells etched between the Dummmygate and the field oxide. Thereafter, the wells are covered with a dielectric and then filled by deposition of silicon oxide. Alternatively, the wells can be completely filled by a grown dielectric. The recesses are filled in by conformal deposition of amorphous silicon, polysilicon or metal and then etched back so that the surfaces of the source / drain contact regions are coplanar with the gate oxide. Then, the dielectric on the source / drain contact regions is removed by etching, whereby grooves are formed at the edge of the source / drain contact regions. Thereafter, the grooves are filled by deposition of a thin polysilicon layer. The nitride spacers are removed and oxide spacers are formed. Thereafter, source / drain regions are formed by implanting dopants and a subsequent annealing step.

US 5,620,912 A betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Gemäß US 5,620,912 A wird in einem Substrat ein Feldoxid zur Definition eines aktiven Gebiets ein Gatestapel mit Abstandshaltern ausgebildet. In einem weiteren Schritt wird das Substrat selektiv gegenüber den Abstandshaltern und dem Feldoxid isotrop geätzt, wodurch Gräben ausgebildet werden. Dann wird eine Nitridschicht auf das gesamte Substrat aufgebracht und anschließend anisotrop geätzt, so dass die Nitridschicht lediglich in den Gräben unterhalb der Abstandhalter verbleibt. Bei einem darauf folgenden Oxidationsschritt wird eine Oxidschicht in den Gräben ausgebildet, wobei die Nitridschicht unterhalb der Abstandshalter eine Oxidation dieser Abschnitte der Gräben verhindert. Dann wird die verbleibende Nitridschicht entfernt, und ein Polysiliziumfilm wird auf der gesamten Oberfläche des Substrats ausgebildet. Anschließend wird der Polysiliziumfilm zurückgeätzt, so dass der Polysiliziumfilm lediglich in den Gräben verbleibt. Dann wird der Polysiliziumfilm dotiert und eine Wärmebehandlung wird durchgeführt. US 5,620,912 A relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same. According to US 5,620,912 A In a substrate, a field oxide for defining an active region, a gate stack is formed with spacers. In a further step, the substrate is selectively isotropically etched relative to the spacers and field oxide, thereby forming trenches. Then a nitride layer is applied to the entire substrate and then anisotropically etched so that the nitride layer remains only in the trenches below the spacers. In a subsequent oxidation step, an oxide layer is formed in the trenches, wherein the nitride layer below the spacers prevents oxidation of these portions of the trenches. Then, the remaining nitride layer is removed, and a polysilicon film is formed on the entire surface of the substrate. Subsequently, the polysilicon film is etched back so that the polysilicon film remains only in the trenches. Then, the polysilicon film is doped and a heat treatment is performed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten MOS-Transistor, der eine möglichst hohe Schaltgeschwindigkeit aufweist und dessen Leistungsumsatz möglichst gering ist und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben. Insbesondere soll ein Aufheizen des MOS-Transistors möglichst weitgehend vermieden werden. Ferner soll eine möglichst geringe und gleichzeitig genau definierbare elektrische Kapazität zwischen dem aktiven Gebiet des Transistors und dem Substrat erreicht werden.Of the Invention is based on the object, an improved MOS transistor, the one possible has high switching speed and its power conversion as possible is low and specify a method for its production. Especially should a heating of the MOS transistor as much as possible avoided become. Furthermore, a possible low and at the same time precisely definable electrical capacity between the active region of the transistor and the substrate can be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen MOS-Transistor nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention this Task by a MOS transistor according to the features of the claim 1 solved.

Die Erfindung sieht also vor, einen MOS-Transistor zu schaffen, bei dem die unterhalb der Source und/oder der Drain befindlichen Gebiete anders gestaltet sind als der unterhalb des Kanals befindliche Bereich.The The invention thus provides to provide a MOS transistor, at the areas below the source and / or drain are different are designed as the area located below the channel.

Das Heranreichen der isolierenden Schicht an den Kanal umfaßt sowohl den Fall, daß sich unterhalb des Kanals keine isolierende Schicht befindet als auch den Fall, daß sich ein Teil der isolierenden Schicht unterhalb eines Teils des Kanals erstreckt.The Reaching the insulating layer to the channel includes both the case that is below the channel no insulating layer is located as well the case that is a portion of the insulating layer below a portion of the channel extends.

Der Teil der Schicht, der sich unterhalb des Kanals erstreckt, beträgt vorzugsweise weniger als die Hälfte der Fläche des Kanals. Dies ermöglicht eine gute Wärmeableitung aus dem aktiven Gebiet des Transistors. Hierdurch wird eine Aufheizung des Transistors während des Betriebes vermieden, so daß es nicht zu einer unerwünschten Absenkung des Drain-Stroms kommt.Of the Part of the layer extending below the channel is preferably less than the half the area of the canal. This allows a good heat dissipation from the active region of the transistor. This will cause a heating of the transistor during of the operation avoided, so that it not to an undesirable Lowering the drain current comes.

Zweckmäßigerweise ist die Flächenausdehnung der Schicht begrenzt. Diese Begrenzung kann auf verschiedene Weise erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, daß eine durchgehende Schicht unterbrochen ist, oder daß eine oder mehrere flächenmäßig begrenzte Schichten jeweils unter bestimmten Gebieten, beispielsweise jeweils unterhalb der Source oder der Drain angeordnet sind. Vorzugsweise dehnt sich die Schicht in ihrem äußeren Bereich bis zu einer Isolationsstruktur aus, die den Transistor gegenüber anderen Schaltungselementen wie beispielsweise benachbarten Transistoren isoliert.Conveniently, is the area extent limited to the layer. This limit can be different in different ways respectively. For example, it is possible for a continuous layer is interrupted, or that one or several areal limited Layers each under certain areas, for example, respectively are arranged below the source or the drain. Preferably stretches the layer is in its outer area up to an isolation structure that is the transistor over others Circuit elements such as adjacent transistors isolated.

Grundsätzlich kann die Schicht aus einem beliebigen isolierenden Material bestehen. Vorzugsweise ist die Dielektrizitätskonstante der Schicht jedoch möglichst gering.Basically the layer consist of any insulating material. Preferably, however, the dielectric constant of the layer is preferably low.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Schicht Stickstoff oder eine Stickstoffverbindung enthält. Dies hat den Vorteil, daß auf der Schicht die Gebiete für die Source und die Drain durch selektive Epitaxie aufwachsen können. Als Beispiele für stickstoffhaltige Schichten kommen Nitride wie Si3N4, nitridierte Oxide oder in NO, N2O aufgewachsene oder nachbehandelte Oxide in Betracht. Abhängig vom Herstellungsverfahren lagern sich die Stickstoffatome an beiden Grenzflächen (d.h. polykristallines Silizium/Oxid und Silizium-Substrat/Oxid) an, bzw. werden zumindest bevorzugt nahe einer Grenzfläche zu einer Siliziumschicht angereichert.A particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the layer contains nitrogen or a nitrogen compound. This has the advantage that on the layer the regions for the source and the drain can grow up by selective epitaxy. Examples of nitrogen-containing layers include nitrides such as Si 3 N 4 , nitrided oxides or oxides grown or post-treated in NO, N 2 O. Depending on the manufacturing process, the nitrogen atoms are deposited at both interfaces (ie polycrystalline silicon / oxide and silicon substrate / oxide), or are at least preferably enriched near a boundary surface to form a silicon layer.

Es ist besonders zweckmäßig, daß die Stickstoff oder eine Stickstoffverbindung enthaltende Schicht die oberste Schicht von mehreren übereinanderliegenden Schichten bildet. Eine derartige Schichtenfolge vereint den Vorteil, daß die Gebiete für die Source und die Drain gut aufwachsen können mit einer niedrigen wirksamen Dieelektrizitätskonstante. Als Material für eine oder mehrere der weiteren Schichten kommen insbesondere Oxide wie SiO2 in Betracht. Während eine Nitridschicht eine relative Dieelektrizitätskonstante von 7,5 aufweist, beträgt die relative Dieelektrizitätskonstante von einer nach dem TEOS-Verfahren hergestellten SiO2-Schicht lediglich 4.It is particularly convenient that the layer containing nitrogen or a nitrogen compound forms the topmost layer of several superimposed layers. Such a Schich The advantage is that the regions for the source and the drain can grow up well with a low effective dielectric constant. As a material for one or more of the other layers are in particular oxides such as SiO 2 into consideration. While a nitride layer has a relative dielectric constant of 7.5, the relative dielectric constant of an SiO 2 layer prepared by the TEOS method is only 4.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die isolierende Schicht eine Dicke von mindestens 20 nm, vorzugsweise mindestens 50 nm aufweist. Eine Mindestdicke der isolierenden Schicht von ungefähr 50 nm hat den Vorteil, daß die Kapazität zwischen den Source/Drain-Gebieten und dem Substrat um mehr als die Hälfte abnimmt.It is also advantageous that the insulating layer has a thickness of at least 20 nm, preferably at least 50 nm. A minimum thickness of the insulating layer of about 50 nm has the advantage that the capacity between the source / drain regions and the substrate by more than the half decreases.

Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen MOS-Transistors zeichnet sich dadurch aus, daß er zwei Schichten aus einem isolierenden Material enthält, wobei die eine Schicht unterhalb der Source und die andere Schicht unterhalb der Drain angeordnet ist.A expedient embodiment draws the MOS transistor according to the invention characterized by the fact that he contains two layers of an insulating material, wherein one below the source and the other below the drain is arranged.

Bei dem Vorhandensein von mehreren Schichten ist es zweckmäßig, daß die Schichten auf gleicher Höhe angeordnet sind. Dies ist herstellungstechnisch besonders einfach zu realisieren und hat gleichzeitig den Vorteil, daß der Wert der verbleibenden Restkapazität sehr genau festgelegt werden kann.at the presence of several layers, it is expedient that the layers at the same height are arranged. This is manufacturing technology particularly simple to realize and at the same time has the advantage that the value the remaining capacity remaining can be determined very precisely.

Bei den erfindungsgemäßen Transistoren kann es sich sowohl um p-Kanal-Transistoren als auch um n-Kanal-Transistoren han deln. Es ist somit möglich, sämtliche Transistoren einer CMOS-Schaltung auf die erfindungsgemäße Weise zu gestalten. Bei einem beabsichtigten unterschiedlichen Schaltungsverhalten der einzelnen Transistoren genügt es jedoch, daß nur einer oder wenige der Transistoren auf die erfindungsgemäße Weise gestaltet sind.at the transistors according to the invention can These are both p-channel transistors and n-channel transistors to do something. It is thus possible all Transistors of a CMOS circuit in the inventive manner to design. For an intended different circuit behavior the individual transistors is sufficient it only that one or a few of the transistors in the manner according to the invention are designed.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors, wobei auf einem Substrat ein Halbleitermaterial abgeschieden wird, und wobei in dem Halbleitermaterial dotierte Gebiete für Source und Drain gebildet werden. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß so durchgeführt, daß unterhalb der Source und/oder der Drain wenigstens eine Schicht aus einem isolierenden Material aufgebracht wird, wobei die Schicht so aufgebracht wird, daß sie bis an den Kanal reicht.The The invention further relates to a method for producing a MOS transistor, wherein on a substrate, a semiconductor material is deposited, and wherein doped regions in the semiconductor material for source and drain are formed. This method is carried out according to the invention so that below the source and / or the drain at least one layer of a insulating material is applied, the layer being applied she will reaches to the canal.

Vorzugsweise wird zu der Herstellung des MOS-Transistors in dem Substrat eine Isolationsstruktur gebildet, die ein aktives Gebiet für den MOS-Transistor umgibt. Innerhalb der Isolationsstruktur wird eine Gateelektrode gebildet, die an Flanken mit isolierenden Abstandsstücken (Spacer) versehen werden. Durch selektives Ätzen werden anschließend Gräben gebildet. Das Ätzen erfolgt selektiv zur Isolationsstruktur und zu den isolierenden Abstandsstücken. Dadurch reichen die Gräben von der Isolationsstruktur bis zu der mit den isolierenden Abstandsstücken versehenen Gateelektrode. Die Schicht aus isolierendem Material wird anschließend in den Gräben gebildet. Dabei wird die Höhe der Schicht so bemessen, daß sie geringer als die Tiefe der Gräben ist. Dadurch liegt unterhalb der Gateelektrode in den Gräben mindestens eine Flanke aus dem Halbleitermaterial des Substrats frei. Anschließend wird oberhalb der Schicht aus dem isolierenden Material durch selektive Epitaxie Halbleitermaterial abgeschieden. Durch die selektive Epitaxie wächst das Halbleitermaterial ausgehend von der in den Gräben freiliegenden Flanke des Substrats monokristallin. Oberhalb der Schicht aus isolierendem Materi al wächst es polykristallin auf. In dem in den Gräben des durch selektive Epitaxie abgeschiedenen Halbleitermaterial werden Source/Drain-Gebiete gebildet. Die Source/Drain-Gebiete werden durch in situ-Dotierung bei der selektiven Epitaxie oder durch nachfolgende Implantation dotiert. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, daß die Gräben selbstjustiert zu der Gateelektrode und der Isolationsstruktur gebildet werden und daß das abgeschiedene Halbleitermaterial, in dem die Source/Drain-Gebiete gebildet werden, selbstjustiert zur Lage der Gräben gebildet werden. Die Schicht des isolierenden Material, die in den Gräben gebildet wird, und das abgeschiedene Halbleitermaterial in den Gräben weisen die gleiche Weite auf. D.h. die Schicht aus isolierendem Material, die die parasitäre Junction-Substrat-Kapazität reduziert, ist bezüglich ihrer Breite auf selbstjustierte Weise optimiert.Preferably becomes the production of the MOS transistor in the substrate a Insulation structure formed, which is an active area for the MOS transistor surrounds. Within the isolation structure becomes a gate electrode formed, which provided on flanks with insulating spacers (spacers) become. By selective etching will be afterwards trenches educated. The etching occurs selectively to the isolation structure and to the insulating spacers. Thereby the trenches last from the insulation structure to that provided with the insulating spacers Gate electrode. The layer of insulating material is then in the trenches educated. This is the height of the layer so that they less than the depth of the trenches is. As a result, at least below the gate electrode in the trenches an edge of the semiconductor material of the substrate free. Subsequently, will above the layer of insulating material by selective Epitaxial semiconductor material deposited. By the selective epitaxy that grows Semiconductor material from the exposed in the trench edge of the Substrate monocrystalline. Above the layer of insulating Materi al grows it is polycrystalline. In that in the trenches of through selective epitaxy deposited semiconductor material, source / drain regions are formed. The source / drain regions be by in situ doping in selective epitaxy or doped by subsequent implantation. This procedure offers the advantage that the trenches self-aligned to the gate electrode and the isolation structure are formed and that deposited semiconductor material in which the source / drain regions be formed, self-aligned to the location of the trenches are formed. The layer of the insulating material that is formed in the trenches, and that deposited semiconductor material in the trenches have the same width. That the layer of insulating material that reduces the parasitic junction-substrate capacitance is in terms of their width optimized in a self-aligned manner.

Weitere Vorteile, zweckmäßige Weiterbildungen und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.Further Advantages, expedient further education and features of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of a preferred embodiment with reference the drawings.

Von den Zeichnungen zeigtFrom the drawings shows

1 einen Querschnitt durch das Substrat 5 während der Wannen- und Kanalimplantation, 1 a cross section through the substrate 5 during the tub and canal implantation,

2 das in 1 dargestellte Substrat nach dem Aufwachsen des Gateoxids und von polykristallinem Silizium, 2 this in 1 shown substrate after the growth of the gate oxide and polycrystalline silicon,

3 einen Querschnitt durch das Substrat nach Abscheidung einer Nitridschicht, 3 a cross section through the substrate after deposition of a nitride layer,

4 einen Querschnitt durch das Substrat nach der Strukturierung der Gateelektrode, 4 a cross section through the substrate after the structuring of the gate electrode,

5 einen Querschnitt durch das Substrat nach Abschei dung eines Abstandsstücks (Spacer) an der Gateelektrode, 5 a cross section through the substrate after deposition of a spacer on the gate electrode,

6 einen Querschnitt durch das Substrat nach der Ätzung von Isolationsgräben, 6 a cross section through the substrate after the etching of isolation trenches,

7 einen Querschnitt durch das Substrat nach Auffüllung der Gräben, 7 a cross section through the substrate after filling the trenches,

8 einen Querschnitt durch das Substrat während der Durchführung eines Planarisierungsvorgangs, 8th a cross section through the substrate during the implementation of a planarization process,

9 einen Querschnitt durch das Substrat nach Entfernung der Nitridschicht auf der Gateelektrode 9 a cross section through the substrate after removal of the nitride layer on the gate electrode

10 einen Querschnitt durch das Substrat nach Entfernen von Oxidresten an den Flanken des Abstandsstücks und 10 a cross section through the substrate after removal of oxide residues on the flanks of the spacer and

11 einen Querschnitt durch das Substrat nach Aufwachsen einer Siliziumschicht. 11 a cross section through the substrate after growth of a silicon layer.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beginnt mit einer herkömmlichen Isolation der aktiven Gebiete durch die Erzeugung einer Isolationsstruktur 10, beispielsweise mit einem LOCOS- oder STI (Shallow-Trench-Isolation)-Prozeß.A particularly preferred embodiment of the invention begins with a conventional isolation of the active regions by the creation of an isolation structure 10 For example, with a LOCOS or STI (shallow trench isolation) process.

Nachfolgend wird der Prozeß auf der Basis einer Isolationsstruktur, die nach dem STI-Verfahren hergestellt wurde, erläutert. Es könnte aber technologisch auch eine LOCOS oder Recessed LOCOS-Isolation verwendet werden.following the process goes on the base of an insulation structure produced by the STI process was explained. It could but technologically also a LOCOS or Recessed LOCOS isolation be used.

Danach werden Wannen- und Kanalgebiete durch Ionenimplantation mit Bor im Fall eines NMOS-Transistors oder mit Phosphor im Fall eines PMOS-Transistors erzeugt (siehe 1). Anschließend wird ein Gatedielektrikum 20, das vorzugsweise ein Oxid enthält, aufgewachsen. Anschließend wird ein Gatestapel abgeschieden, beispielsweise durch Abscheidung einer polykristallinen Siliziumschicht 25 und einer Nitridschicht 28 (siehe 2 und 3).Thereafter, well and channel regions are formed by ion implantation with boron in the case of an NMOS transistor or with phosphor in the case of a PMOS transistor (see 1 ). Subsequently, a gate dielectric 20 which preferably contains an oxide grown. Subsequently, a gate stack is deposited, for example by deposition of a polycrystalline silicon layer 25 and a nitride layer 28 (please refer 2 and 3 ).

Im nächsten Prozeßschritt wird durch Strukturierung der polykristallinen Siliziumschicht 25 und der Nitridschicht 28 eine Gateelektrode 30 gebildet (siehe 4) und gegebenenfalls Dotierstoff in einer leicht ansteigenden Konzentration implantiert (LDD-Implantation). Ein derart flaches Konzentrationsgefälle verlängert die Lebensdauer des Transistors.In the next process step is by structuring the polycrystalline silicon layer 25 and the nitride layer 28 a gate electrode 30 formed (see 4 ) and optionally dopant implanted in a slightly increasing concentration (LDD implantation). Such a flat concentration gradient prolongs the life of the transistor.

Danach folgt die Bildung von Abstandsstücken 40, vorzugsweise durch die Abscheidung von SiO2 durch Zersetzung von Tetra-Ethyl-Ortho-Silikat (SiO(OC2H5)4; TEOS), und anschließendes anisotropes Ätzen, was als TEOS-Spacer-Bildung bezeichnet wird (siehe 5).This is followed by the formation of spacers 40 , preferably by the deposition of SiO 2 by decomposition of tetra-ethyl-ortho-silicate (SiO (OC 2 H 5 ) 4 ; TEOS), and subsequent anisotropic etching, which is referred to as TEOS spacer formation (see 5 ).

Im folgenden werden mit einer Lackmaske 50 Diffusionsgebiete für Wannenkontakte, die sich außerhalb der Isolationsstruktur 10 befinden, abgedeckt und Silizium plasmageätzt (siehe 6). Die Plasmaätzung erfolgt selektiv zu der Isolationsstruktur 10, den Abstandsstücken 40 und der Nitridschicht 28. Als Ätzmittel ist HBr, Chlor und Helium geeignet. Die Ätzung erfolgt bei 100 bis 500 mTorr und 10 bis 50°C. Es entstehen selbstjustiert ungefähr 300 nm tiefe Gräben 60, die von der mit den Abstandsstücken 40 versehenen Gateelektrode 30 bis zu der Isolationsstruktur 10 reichen. Nachfolgend wird eine dünne Oxidschicht 70 gebildet, was beispielsweise durch Abscheidung nach dem TEOS-Verfahren oder durch thermische Oxidation erfolgen kann. Es folgt die Abscheidung einer Nitridschicht 80, die so dick ist, daß sie die Gräben 60 füllt und die Gateelektrode 30 bedeckt (siehe 7). Vorzugsweise ist die Nitridschicht 80 ungefähr 600 nm dick. Die Nitridschicht 80 erlaubt selektiv zu einer Oxidschicht ein Aufwachsen von Silizium.The following are with a resist mask 50 Diffusion areas for well contacts that are outside the isolation structure 10 are located, covered and silicon plasma etched (see 6 ). The plasma etching is selective to the isolation structure 10 , the spacers 40 and the nitride layer 28 , As etchant HBr, chlorine and helium is suitable. The etching takes place at 100 to 500 mTorr and 10 to 50 ° C. Self-aligned, about 300 nm deep trenches are created 60 that of the with the spacers 40 provided gate electrode 30 up to the insulation structure 10 pass. Subsequently, a thin oxide layer 70 formed, which can be done for example by deposition by the TEOS process or by thermal oxidation. This is followed by the deposition of a nitride layer 80 that is so thick that they are the trenches 60 fills and the gate electrode 30 covered (see 7 ). Preferably, the nitride layer 80 about 600 nm thick. The nitride layer 80 allows growth of silicon selectively to an oxide layer.

Mit Hilfe eines CMP (chemisch-mechanisches Polieren)-Schrittes werden Unebenheiten in der Oberfläche der Nitridschicht 80 entfernt und die Nitridschicht 80 auf eine Zieldicke von ungefähr 100 nm bis 200 nm auf der Gateelektrode 30 gebracht (siehe 8). Der CMP-Schritt wird gestoppt, bevor es zu einer Entfernung der auf der oberen Oberfläche der Gateelektrode 30 befindlichen dünnen Oxidschicht, des sogenannten Dünnoxid-Nitrid-Deckels, kommen kann.With the help of a CMP (chemical-mechanical polishing) step, unevenness in the surface of the nitride layer 80 removed and the nitride layer 80 to a target thickness of about 100 nm to 200 nm on the gate electrode 30 brought (see 8th ). The CMP step is stopped before there is a removal on the upper surface of the gate electrode 30 located thin oxide layer, the so-called thin oxide nitride lid, can come.

Beim darauffolgenden naßchemischen Dünnen der Nitridschicht wird auch der Dünnoxid-Nitrid-Deckel auf der Gateelektrode 30 entfernt, so daß die Oberfläche der Gateelektrode 30 freigelegt wird (siehe 9). Hierbei wird eine Zieldicke der Nitridschicht 80 erreicht, die geringer als die Höhenausdehnung der isolierenden Gräben 60 ist. Die Zieldicke der Nitridschicht 80 beträgt ungefähr 100 nm bis 200 nm, wobei 150 nm bevorzugt sind. Ein kurzer Ätzschritt entfernt noch Oxidreste an der Flanke zum Abstandsstück (Spacer) 40 und eventuell vorhandene Nitridreste auf der Gateelektrode 30 (siehe 10).During subsequent wet-chemical thinning of the nitride layer, the thin-oxide nitride cap also becomes on the gate electrode 30 removed so that the surface of the gate electrode 30 is exposed (see 9 ). Here, a target thickness of the nitride layer becomes 80 achieved, which is less than the height extent of the insulating trenches 60 is. The target thickness of the nitride layer 80 is about 100 nm to 200 nm, with 150 nm being preferred. A short etching step removes oxide residues on the flank to the spacer (spacer) 40 and any nitride residues on the gate electrode 30 (please refer 10 ).

Es folgt nun ein Epitaxieschritt, bei dem ein Halbleitermaterial 90, vorzugsweise Silizium (je nach Anwendungszweck in situ dotiert oder undotiert), selektiv nur auf Nitrid und Silizium, nicht jedoch auf dem Oxid wächst. Die selektive Epitaxie erfolgt mit einem H2, SiH2Cl2 und HCl enthaltenden Prozeßgas, dem in dem Fall der in situ-Dotierung Dotiergase zugegeben werden, im Temperaturbereich zwischen 750 und 950°C und im Druckbereich zwischen 1 und 100 Torr. Das Wachstum erfolgt dabei monokristallin auf Silizium und polykristallin auf Nitrid. Es bildet sich eine Halbleiterschicht, vorzugsweise eine Polysiliziumschicht, auf der Nitridschicht mit monokristallinem Anschluß an den Kanalbereich unterhalb der Gateelektrode 30. Gleichzeitig wächst das Halbleitermaterial 90 auf der Gateelektrode 30 (siehe 11).There now follows an epitaxy step in which a semiconductor material 90 , preferably silicon (depending on the application in situ doped or undoped), selectively grows only on nitride and silicon, but not on the oxide. The selective epitaxy is carried out with a H 2 , SiH 2 Cl 2 and HCl-containing process gas to which doping gases are added in the case of in-situ doping, in the temperature range between 750 and 950 ° C and in the pressure range between 1 and 100 Torr. The growth takes place monocrystalline on silicon and polycrystalline on nitride. A semiconductor layer, preferably a polysilicon layer, is formed on the nitride layer with monocrystalline connection to the channel region below the gate electrode 30 , At the same time, the semiconductor material is growing 90 on the gate electrode 30 (please refer 11 ).

Erfolgt das Aufwachsen des Halbleitermaterials in situ do tiert, so bildet das seitlich der Gateelektrode 30 aufgewachsene Halbleitermaterial Source/Drain-Gebiete 91. Erfolgt das Aufwachsen des Halbleitermaterials 90 undotiert, so werden Source/Drain-Gebiete 91 durch Implantation mit Phosphor im Fall eines NMOS-Transistors oder mit Bor im Fall eines PMOS-Transistors und anschließendes Tempern.If the growth of the semiconductor material is performed in situ, this forms laterally of the gate electrode 30 grown semiconductor material source / drain regions 91 , Is the growth of the semiconductor material 90 undoped, so are source / drain regions 91 by implantation with phosphorus in the case of an NMOS transistor or with boron in the case of a PMOS transistor and subsequent annealing.

Im Anschluß an die dargestellten Prozeßschritte wird der Transistor durch die üblichen Verfahrensschritte wie Aufbringen einer Passivierungsschicht, Kontaktlochöffnung und Kontaktbildung fertiggestellt (nicht dargestellt).in the Connection to the illustrated process steps the transistor will go through the usual Process steps such as applying a passivation layer, contact hole opening and Contact formation completed (not shown).

Durch das vorgestellte Verfahren befindet sich unter sämtlichen Source/Drain-Gebieten eine isolierende Schicht, die die parasitäre Junction-Substrat-Kapazität drastisch reduziert.By the proposed method is located under all source / drain regions an insulating layer that dramatically reduces the parasitic junction-substrate capacitance reduced.

Claims (8)

MOS-Transistor, – mit Source, einer Gateelektrode, Drain und einem Kanal, – wobei die Source und die Drain durch dotierte Bereiche eines Halbleitermaterials gebildet werden, – wobei sich das Halbleitermaterial auf einem Substrat befindet, das mindestens im Bereich einer Hauptfläche eine ebene Scheibe aus einem Einkristall enthält, – wobei unterhalb der Source und/oder der Drain ein Schichtstapel aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) aus isolierenden Materialien angeordnet ist, wobei der Schichtstapel aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) bis an den Kanal reicht und höchstens unterhalb eines Teils der Fläche zwischen der Source und der Drain angeordnet ist, und – wobei die oberste Schicht (80) des Schichtstapels aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) Stickstoff oder eine Stickstoffverbindung enthält.MOS transistor, - with source, a gate electrode, drain and a channel, - wherein the source and the drain are formed by doped regions of a semiconductor material, - wherein the semiconductor material is located on a substrate which at least in the region of a major surface of a flat disc from a single crystal, wherein below the source and / or the drain a layer stack of several superimposed layers ( 70 . 80 ) is arranged from insulating materials, wherein the layer stack of several superimposed layers ( 70 . 80 ) extends to the channel and is arranged at most below a part of the area between the source and the drain, and - wherein the uppermost layer ( 80 ) of the layer stack of several superimposed layers ( 70 . 80 ) Contains nitrogen or a nitrogen compound. MOS-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtstapel aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) eine Dicke von mindestens 20 nm aufweist.MOS transistor according to claim 1, characterized in that the layer stack consists of several superimposed layers ( 70 . 80 ) has a thickness of at least 20 nm. MOS-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei der Schichtstapel aus mehreren übereinander liegenden Schichten (70, 80) enthält, wobei der eine Schichtstapel unterhalb der Source und der andere Schichtstapel unterhalb der Drain angeordnet ist.MOS transistor according to one of claims 1 to 2, characterized in that it comprises two of the layer stacks of a plurality of superimposed layers ( 70 . 80 ), wherein one layer stack is arranged below the source and the other layer stack below the drain. MOS-Transistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtstapel auf gleicher Höhe angeordnet sind.MOS transistor according to Claim 3, characterized that the layer stacks are arranged at the same height. Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors umfassend: – Ausbilden einer Isolationsstruktur (10) in einem Substrat (5), wobei die Isolationsstruktur (10) ein aktives Gebiet für den MOS-Transistor umgibt, – Abscheiden einer polykristallinen Siliziumschicht (25) und einer Nitridschicht (28) – Strukturieren der polykristallinen Siliziumschicht (25) und der Nitridschicht (28) und dabei Ausbilden einer Gateelektrode (30), – Ausbilden von isolierenden Abstandsstücken (40) auf Flanken der Gateelektrode (30), – Ausbilden von Gräben (60) in dem Substrat, die von der mit den Abstandsstücken (40) versehenen Gateelektrode (30) bis zu der Isolationsstruktur (10) reichen, durch selektives Ätzen von Silizium gegenüber der Isolationsstruktur (10), den Abstandsstücken (40) und der Nitridschicht (28), – Ausbilden einer Oxidschicht (70), – Abscheiden einer Nitridschicht (80), wobei die Nitridschicht (80) die Gräben (60) füllt und die Gateelektrode (30) bedeckt, – Einebnen der Nitridschicht (80) durch chemisch mechanisches Polieren, – Dünnen der Nitridschicht (80) und dabei Freilegen einer Oberfläche der Gateelektrode (30), – selektives Aufwachsen eines Halbleitermaterials (90) auf Nitrid und auf Silizium, dabei Ausbildung einer Halbleiterschicht auf der Nitridschicht und auf der Gateelektrode (30).Method for producing a MOS transistor comprising: forming an insulation structure ( 10 ) in a substrate ( 5 ), the insulation structure ( 10 ) surrounds an active region for the MOS transistor, - depositing a polycrystalline silicon layer ( 25 ) and a nitride layer ( 28 ) - structuring the polycrystalline silicon layer ( 25 ) and the nitride layer ( 28 ) and thereby forming a gate electrode ( 30 ), - forming insulating spacers ( 40 ) on flanks of the gate electrode ( 30 ), - formation of trenches ( 60 ) in the substrate, that of the with the spacers ( 40 ) provided gate electrode ( 30 ) to the isolation structure ( 10 ) by selectively etching silicon with respect to the isolation structure ( 10 ), the spacers ( 40 ) and the nitride layer ( 28 ), - forming an oxide layer ( 70 ), - deposition of a nitride layer ( 80 ), wherein the nitride layer ( 80 ) the trenches ( 60 ) and the gate electrode ( 30 ), - leveling the nitride layer ( 80 ) by chemical mechanical polishing, - thinning of the nitride layer ( 80 ) while exposing a surface of the gate electrode ( 30 ), - selective growth of a semiconductor material ( 90 ) on nitride and on silicon, thereby forming a semiconductor layer on the nitride layer and on the gate electrode ( 30 ). Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das selektive Aufwachsen des Halbleitermaterials (90) mit einem H2, SiH2Cl2 und HCL enthaltenden Prozessgas erfolgt.Method according to Claim 5, in which the selective growth of the semiconductor material ( 90 ) With a H 2 , SiH 2 Cl 2 and HCL-containing process gas. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das selektive Aufwachsen des Halbleitermaterials (90) in einem Temperaturbereich zwischen 750 und 950°C erfolgt.Method according to Claim 6, in which the selective growth of the semiconductor material ( 90 ) takes place in a temperature range between 750 and 950 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem das selektive Aufwachsen des Halbleitermaterials (90) in einem Druckbereich zwischen 1 und 100 Torr erfolgt.Method according to one of claims 6 or 7, in which the selective growth of the semiconductor material ( 90 ) takes place in a pressure range between 1 and 100 Torr.
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