DE3326534A1 - Schottkybarrieren-mos-bauelemente - Google Patents

Schottkybarrieren-mos-bauelemente

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Description

Beschreibung
Schottkybarrieren-MOS-Bauelemente
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung, insbesondere integrierte MOS-Transistorbauelemente, die Schottkybarrieren- (SB) Source- und -Drainkontakte besitzen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen derartiger Bauelemente.
Mit der Abkürzung "MOS" bezeichnet man für gewöhnlich Bauelemente mit einer Leiter-Isolator-Halbleiter-Struktur, in denen die Leitfähigkeit des Halbleiters durch an den Leiter angelegte Spannungen gesteuert wird. Der Leiter braucht nicht unbedingt aus einem Metall im üblicherweise verstandenen Sinne zu bestehen, und bei dem Isolator muß es sich nicht unbedingt um ein Oxid handeln.
Es ist bekannt, daß sich durch Verwendung von Schottkybarrieren-Kontakten für die Source und den Drain bei herkömmlichen P-Kanal- oder N-Kanal-MOS-Transistoren vom An-
reicherungstyp Vorteile hinsichtlich Betriebsverhalten und Herstellung erzielen lassen. (Im folgenden soll der Begriff Schottkybarriere mit SB abgekürzt werden.) Es ist außerdem bekannt, daß das Einbringen solcher Kontakte in eine herkömmliche integrierte Schaltung, in dor auf dem gleichen Substrat CMOS-Transistorbauelemente ausgebildet sind, bedeutende Vorteile mit sich bringt. Wie der US-PS 4 300 152 zu entnehmen ist, führt der Einschluß von SB-Source- und Drainkontakten in wenigstens ein Komplementärpaar der MOS-Bauelemente in einer CMOS-Struktur zu einer vorteilhaften Anordnung, die bei jeder beliebigen Packungsdichte keinen Latch-up-Effekt zeigt.
Es hat sich jedoch insbesondere bei einigen in der Praxis bedeutenden Niedrigspannung-Kurzkanal-MOS- und CMOS-Bauelementen gezeigt, daß weitere Verbesserungen der Arbeitskennlinien der bisher vorgeschlagenen SB-MOS- und SB-CMOS-Strukturei. von Vorteil wären. Insbesondere wurde von der Anmelderin festgestellt, daß Verbesserungen der Stromlieferfähigkeiten und des Leckstromverhaltens derartiger Bauelemente wünschenswert sind. Demzufolge wurden beträchtliche Anstrengungen darauf verwandt, die genannten Eigenschaften solcher Bauelemente zu verbessern.
ir
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stromliefereigenschaften derartiger Bauelemente zu verbessern, während deren praktische Unempfindlichkeit gegenüber parasitären
Bipolar-Transistor-Effekten (MOS-Bauelemente) und Latch-up-Effekten (CMOS-Bauelemente) erhalten bleibt.
Hierzu schafft die Erfindung eine integrierte Schaltung mit mehreren Schottkybarrieren-MOS-Bauelementen, die jeweils in einer Halbleiterzone des einen Leitungstyps gebildet sind und mit Abstand angeordnete Schottkybarrieren-Source- und -Drainkontakte besitzen sowie Mittel aufweisen, um einen Kanal vom entgegengesetzten Leitungstyp in einer Kanalzone zwischen den Source- und Drainkontakten elektrisch zu induzieren, wobei
an den Grenzflächen zwischen den Kontakten und der Halbleiterzone Zonen vorgesehen sind, die mit einem Fremdstoff
dotiert sind, der den entgegengesetzten Leitungstyp
zu erzeugen sucht, diese Dotierung schwach genug ist, um die Minoritätsträgerinjektion von den Kontakten in die
Halbleiterzone nicht wesentlich zu erhöhen, und wobei die
dotierten Zonen zum Erniedrigen der Kontakt-Kanal-Schottkybarrierenhöhe sich seitwärts "erstreckende Abschnitte in der Nachbarschaft der Kanalzone aufweist.
Die dotierten Zonen enthalten vorzugsweise weitere Abschnitte zwischen den Kontakten und der Halbleiterzone,
um Leckströme zwischen den Kontakten und der Halbleiterzone zu verringern.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Quer.schnittansicht eines Teils eines bekannten SB-MOS-Bauelements,
Fig. 2 bis 12 jeweils eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen P-Kanal-SB-MOS-Bauelements, wobei die verschiedenen Ansichten aufeinanderfolgende Stufen eines Herstellungsprozesses veranschaulichen, der eine Ein-Schritt-Implantation vorsieht,
Fig. 13 bis 15 eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen P-Kanal-SB-MOS-Bauelements, wobei die verschiedenen Ansichten aufeinanderfolgende Stufen eines Herstellungsvorgangs veranschaulichen, der eine Zwei-Schritt-Implantation umfaßt, und
Fig. 16 und 17 Querschnittansichten eines erfindungsgemäßen N-Kanal-SB-MOS-Bauelements, bei dessen Herstellung ebenfalls eine Zwei-Schritt-Implantation erfolgt.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines P-Kanal-SB-MOS-Bauelements gemäß dem Stand der Technik. Das Bauelement enthält ein η-leitendes Siliciumsubstrat 10, auf dem relativ dicke Feldoxidzonen 11 und 12, eine dotierte Polysiliciumzone 13, eine relativ dünne Gateoxidschicht 14 unterhalb der Polysiliciumzone 13 und zusätzliche Oxidabschnitte 15 und 16 an den Seitenwänden der Zone 13 ausgebildet sind.
Fig. 1 zeigt weiterhin eine die Polysiliciumzone 13 überdeckende Silicidschicht 17, die beispielsweise aus Platinsilicid besteht. Die Zone 13 und die Schicht 17 bilden gemeinsam in an sich bekannter Weise einen Gatekontakt, der einen vorteilhaft niedrigen spezifischen Widerstand besitzt. Platinsilicidschichten 18 und 19 dienen als Source- bzw. Drain-Kontakt, wie dies näher erläutert ist von M.P. Lepselter und S.M. Sze in "SB-IGFET: An Insulated-Gate Field-Effect Transistor Using Schottky Barrier Contacts for Source and Drain", Proceedings of the IEEE, August 1968, Seiten 1400 bis 14 02. ;
Wie in der oben erwähnten US-PS 4 3Ö0 152 beschrieben ist, können Strukturen des in Fig. 1 gezeigten Typs mit ähnlich aufgebauten Komplementär-N-Kanal-Stfukturen auf P-Substraten oder -Inseln Grundlage für die Schaffung von CMOS-Bauelementcn sein, die frei von Latch-up-Effekten sind. Es ver-
steht sich also, daß die im folgenden beschriebenen Strukturen und Methoden sich sowohl auf SB-MOS-Bauelemente vom P-Kanal-Typ oder vom N-Kanal-Typ als auch auf SB-CMOS-Bauelemente beziehen, die auf demselben Chipsubstrat P-Kanal- und N-Kanal-Abschnitte enthalten.
Bekannte SB-Transistorbauelemente der in Fig. 1 gezeigten Art besitzen vorteilhafte Eigenschaften. Allerdings besitzen diese Bauelemente, besonders die vom Kurzkanaltyp, insbesondere bei Niederspannungsbetrieb auch einige Eigenschaften, die ihre Verwendungsfähigkeiten beschränken. Zu diesen beschränkenden Eigenschaften zählen eine mangelhafte Stromlieferfähigkeit und in einigen Fällen ein unerwünscht starker Leckstrom von den Drainkontakten zu dem Substrat.
Die Anmelderin hat herausgefunden, daß die erwähnte mangelhafte Stromlieferfähigkeit der in Fig. 1 dargestellten Struktur wenigstens auf zwei Hauptfaktoren zurückzuführen ist. Erstens existiert unvermeidlich eine physikalische Trennung oder Lücke zwischen dem direkt unter dem Polysiliciumgate 13 elektrisch induzierten P-Kanal und den sich gegenüberliegenden Stirnseiten der Platinsilicidschichten 18 und 19. Zweitens existiert eine Schottkybarriere von 0,25 Elektronenvolt zwischen dem P-Kanal und den Schichten 18 und 19. Die kombinierte Wirkung dieser Faktoren begrenzt
wesentlich die Fähigkeit der Source eines solchen Bauelements, Strom in den Kanal zu injizieren.
Außerdem kann bei der Anordnung gemäß Fig. 1 der von dem Drainkontakt 19 in das Substrat 10 fließende Leckstrom relativ stark werden. Beispielsweise ist der Drain-Substrat-Leckstrom des SB-Bauelements typischerweise etwa 100 mal so hoch wie bei einem MOS-Bauelement mit in herkömmlicher Weise eindiffundierten oder implantierten Source- und Drainzonen.
Bei den zu beschreibenden Bauelementen ist die Stromlieferfähigkeit des SB-Transistorbauelements vergrößert. Weiterhin ist das Drain-Substrat-Leckstromverhalten des Bauelements verbessert, während aber gleichzeitig eine relativ kleine Emitter-Gummel-Zahl für die Injektion von Minoritätsträgern in das Substrat beibehalten wird. Demzufolge wird die praktische Unempfindlichkeit des Bauelements gegenüber parasitären Bipolartransistoreffekten (bei MOS-Bauelementen) und gegenüber Latch-up-Effekten (bei CMOS-Bauelementen) beibehalten .
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen P-Kanal-SB-Bauelements erfolgt ein Ein-Schritt-Implantationsvorgang zum schwachen Dotieren des Materials, wobei unmittelbar neben
die Seiten der Platinsilicidschichten 18 und 19 in die Silicid-Kanal-Zone eine dünne, stark konzentrierte Akzeptorenschicht eingebracht wird. Diese Dotierung verringert die Potentialbarriere zwir.chen dem P-Kanal und den Silicidschichten 18 und 19. Hierdurch können Ladungsträger durch die Barriere hindurchtunneln. Hierdurch wird die Höhe der Schottkybarriere zwischen dein P-Kanal und den Schichten 18 und 19 (auf beispielsweise 0,21 Elektronenvolt bei Fehlen einer Gatespannung) verringert, während außerdem die physikalische Trennung zwischen dom Kanal und den gegenüberliegenden Seiten der genannten Schichten überbrückt wird. Gleichzeitig hat diese schwache Akzeptordotierung die Wirkung, daß die Höhe der Schottkybarriere zwischen den Silicidschichten und dem η-leitenden Substrat 10 angehoben oder mit dem Substrat 10 ein PN-Uberqang gebildet wird, so daß hierdurch zu dem Substrat fließende Leckströme verringert werden, ohne daß die Emitter-Gummel-Zahl für die Injektion in das Substrat verringert wird. Bezüglich der die genannte Emitter-Gummel-Zahl betreffenden Einzelheiten wird verwiesen auf S. M. Sze, The Physics of Semiconductor Devices, (J. Wylie 1981), 2. Ausgabe, Seiten 140 und 145.
Die Absenkung der Höhe der Sehottkybarriere in der Source-Kanal-Zone ist eine wirksame Grundlage für die Erhöhung einer
- 1i
Strominjektion in den Kanal. Wenn an den Gatekontakt eines solchen Bauelements eine Spannung angelegt wird, erfolgt eine weitere Erniedrigung der Barrierenhöhe. Als Beispiel sei angegeben, daß die sich dann in der Source-Kanal-Zone einstellende Barrierenhöhe nur 0,05 Elektronenvolt beträgt.
In einem unten noch näher zu beschreibenden P-Kanal-SB-Bauelement erfolgt die schwache Akzeptordotierung in den die Silicidschichten 18 und 19 umgebenden Zonen im Rahmen einer Zwei-Schritt-Implantation. Auf diese Weise werden die im vorausgehenden Abschnitt erläuterten Vorteile erreicht, während gleichzeitig der weiter unten noch näher definierte sogenannte Serien- oder Uberlappungswiderstand verringert wird.
Mit der Zwei-Schritt-Implantation erreicht man auch bei einem N-Kanal-SB-Bauelement die oben geschilderten Verbesserungen.
Fig. 2 zeigt ein P-Kanal-SB-Bauelement in einem frühen Stadium des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Die in Fig. 2 dargestellte Struktur enthält ein n-leitendes Siliciumsubstrat 20, eine 25 Nanometer dicke Gateoxidschicht 21, 350 Nanometer dicke Feldoxidschichten 20 und 23, eine
350 Nanometer dicke dotierte Polysiliciumzone 24 und eine 1 Mikrometer dicke Resistmaterialschicht 25.
Wie Fig. 3 zeigt, werden in dom Substrat 20 als nächstes mit Abstand voneinander angeordnete, schwach dotierte P-Zonen 27 gebildet. Durch Pfeile 26 angedeutete auftreffende Ionen dringen in das Substrat 20 überall dort ein, wo die Oberfläche nur von der relativ dünnen Oxidschicht 21 bedeckt ist. Die gestrichelten Linien 27 bezeichnen die Umrisse dieser implantierten Zonen.
Beispielsweise wird auf die in Fig. 3 dargestellte Struktur Bor in Form von Bor-Difluorid mit einer relativ schwachen
1 3
Dosis von etwa 3 χ 10 Boratomen pro cm2 gegeben. Herkömmliche Source- und Drainimplantate werden typischerweise mit einer Dosis eingebracht, die 100 mal oder noch größer ist als der genannte Wert.
Die Konzentrationsspitze des implantierten Dotierstoffs wird so eingestellt, daß sie in dem Substrat 20 oder auf oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht 21 und dem Substrat 20 liegt. Eine Möglichkeit, dies zu bewerkstelligen, besteht darin, einfach die Dicke der Oxidschicht 21 zu messen und dann den Energiepegel der Ionenimplantation der-
art auszuwählen, daß die Konzentrationsspitze in der gewünschten Höhe liegt. Bei einer 25 Nanometer dicken Oxidschicht 21 (Fig. 3) beispielsweise wird bei einer Energie von etwa 30 000 Elektronenvolt für Bor-Difluorid die Konzentrationsspitze der implantierten Zone auf oder in der
Nähe der angegebenen Grenzfläche eingestellt. In einem beispielhaften Bauelement betrug diese Konzentration etwa
1 fi
1,5 χ 10 Boratome pro cm3 innerhalb eines etwa 10 Nanometer großen Bereichs von der Grenzfläche, wobei sich eine Gaussehe Verteilung abnehmender Konzentration von der
Grenzfläche in vertikaler und seitlicher Richtung ergab.
Weiter unten wird noch erläutert werden, warum es von Bedeutung ist, eine solche Konzentrationsspitze auf oder in der Nähe der Grenzfläche zu erzielen.
In einigen Fällen kann es vorkommen, daß die Dicke der
Oxidschicht 21 (Fig. 3) über den zu implantierenden Zonen aus praktischen Gründen nicht genügend gleichmäßig ist, um zu gewährleisten, daß das Implantat das gewünschte Profil erhält. In derartigen Fällen ist es vorteilhaft, die Schicht 21 fortzuätzen, um dann in einem separaten Reoxidationsschritt eine neue Schicht mit konstanter Dicke zu bilden. Das Implantieren durch diese neue Schicht gewährleistet
das gewünschte Profil in dem Substrat 20.
Als nächstes wird die Resistmaterialschicht 25 (Fig. 3) entfernt, und die gesamte Oberfläche der Struktur wird mit einer Siliciumdioxidschicht 28 (Fig. 4) überzogen. Die Schicht 28 wird beispielsweise durch herkömmliches chemisches Dampfniederschlagen (CVD-Methode) gebildet, die Schichtdicke beträgt mindestens etwa 50 Nanometer. In Fig. 4 kennzeichnen gestrichelte Linien 29 die Dicke der Oxidschicht 21 und die Dicken der Fcldoxidzonen 22 und 23, bevor die Oxidschicht 28 hinzugefügt wird.
Wenn alternativ eine dünnere Oxidschicht 28 gewünscht wird, wie es bei der in Fig. 1 gezeigten Struktur der Fall wäre, wenn eine minimale Trennung zwischen den Silicidschichten 18 und 19 und der Kanalzone einzustellen wäre, so könnte die Oxidniederschlagung durch das CVD-Verfahren ersetzt werden durch Sauerstoff-Rückzerstäuben der Oxidschicht 21 (Fig. 3). Durch eine solche Maßnahme kann man die dargestellte buruktur mit einer dünnen (bis zu 10 Nanometer dünnen) Oxidschicht überziehen, wie es im einzelnen in der DE-OS 32 45 276 beschrieben ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Struktur wird anschließend etwa 10 Minuten lang in einer Stickstoffatmosphäre bei 900 0C einer Warmbehandlung unterzogen. Dies dient zum Warmbehandeln der zuvor erwähnten Tiv.plantato, zum Verdichten der
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Oxidschicht 28 sowie zum Gettern von Störstellen aus dem Substrat 20.
Alternativ ist es bei einigen hochtemperaturfesten Siliciden (beispielsweise bei Kobaltdisilicid) von Vorteil, die Warmbehandlung zu einem späteren Zeitpunkt des Herstellungsprozesses vorzunehmen. Hierbei wird das Gettern von Störstellen wirksamer durchgeführt.
Anschließend wird die in Fig. 4 gezeigte Oxidschicht 28 beispielsweise durch Zerstäubungs-(oder Ionen-)Ätzen in einem CHF_.-Plasma unter einem Druck von etwa 68 Mikrometern mit einer Leistungsdichte an der zu ätzenden Oberfläche von 0,16 Watt pro cm2 unter einer Spannung von 600 Volt anisotrop geätzt. Das Ätzen dient zum vollständigen Entfernen der Schicht 2 8 und der Oxidschicht 31 von denjenigen Oberflächenbereichen des Silicxumsubstrats, die über den Implantaten liegen.
Die sich durch die oben geschilderten Schritte ergebende Struktur ist in Fig. 5 dargestellt. Die bleibenden Abschnitte der Oxidschicht 28 (Fig. 4) umfassen Schichten 30 auf den Seitenwänden der Polysiliciumzone 24. Diese dielektrischen Schichten 30 dienen als Isolatoren zwischen
anschließend gebildeten Silicidelementen und der Zone 24. Ohne die Schichten 30 könnte die Gatezone 24 durch die Silicidelemente elektrisch zu dem Substrat 20 kurzgeschlossen werden.
Danach folgt das Reinigen der freigelegten Oberflächenbereiche des Substrats 20. Dies geschieht beispielsweise durch herkömmliches Argon-Rückzerstäuben, wie es in Fig. angedeutet ist, in der Pfeile 31 auftreffende Argonionen darstellen. Beispielsweise werden in vertikaler Richtung etwa 15 Nanometer von den freiliegenden Substratoberflächenbereichen entfernt. Außerdem werden ähnliche Mengen von den Oberflächen der Feldoxidzonen 22 und 23, von den Oberflächen der Seitenwand-Oxidschichten 30 und von der Oberfläche der Polysiliciumzone 24 entfernt. Gestrichelte Linien 32 kennzeichnen die Lage der Oberflächen dieser Bereiche vor dem Zerstäuben.
Als nächstes wird (in Fig. 7 durch Pfeile 33 dargestelltes) Platin durch Zerstäuben auf die Struktur niedergeschlagen. Beispielsweise wird eine 16 Manometer dicke Schicht 34 aus Platin gebildet. Anschließend wird die niedergeschlagene Schicht etwa 6 Minuten lang bei 625 0C in 5 % Sauerstoff enthaltendem Argon gesintert. Hierdurch werden diejenigen Abschnitte der Schicht 34 in Platinsilicid um-
gewandelt, die direkt über dem Siliciumsubstrat 20 und der Polysiliciumzone 24 liegen. Dann wird durch Naßätzen mit Königswasser die gesamte Schicht 34 mit Ausnahme der in Platinsilicid umgewandelten Abschnitte entfernt. In diesem Herstellungsstadium hat die Struktur den in Fig. 8 gezeigten Aufbau.
In Fig. 8 bilden die Platinsilicidabschnitte 35 und 36 SB-Source- und -Drainkontakte mit niedrigem spezifischen Widerstand. Ein Platinsilicidabschnitt 37 bildet zusammen mit der Polysiliciumzone 24 einen Gatekontakt, der einen vorteilhaft niedrigen spezifischen Widerstand besitzt.
Die in Fig. 8 gezeigten Kontakte 35 und 36 aus Platinsilicid sind in implantierten Zonen eingebettet, die insgesamt schwach dotiert sind. Diese relativ schwach dotierten Zonen besitzen jedoch jeweils eine relativ hohe Dotierstoffkonzentration in unmittelbarer Nachbarschaft derjenigen Seite jedes Silicidkontakts, die der unter der Gateoxidschicht 21 liegenden Kanalzone zugewandt ist. Insbesondere wird die hohe Konzentration von Akzeptoren in der Nachbarschaft jeder Seite des Silicidkontakts eingestellt. Demzufolge wird die Silicid-Kanal-Schottkybarriere von einer viel niedrigeren Silicid-Implantat-Schottkybarriere ersetzt, die in Reihe bezüglich der das Gate überlappenden Endzone oder "Schwanz-
-■■·■; . - -; J J ι ο ο 6 /4
zone" des Implantats liegt. Diese Überlappungszone bildet eine Serienwiderstandkomponente, den sogenannten "Überlappungswiderstand" .
Darüberhinaus haben die Akzeptoren in den direkt unter den Silicid-Source- und -Drain-Kontakten 35 und 36 (Fig. 8) liegenden Zonen die Wirkung, die Höhe der Schottkybarriere zwischen Kontakten und dem Substrat 20 anzuheben. Dies ist der Fall, wenn eine hinreichende Akzeptoratomkonzentration innerhalb einer Entfernung von der Kontakt-Substrat-Grenzfläche vorliegt, die kleiner ist als die Verarmungsbreite in der Kontakt-Substrat-Zone. Alternativ kann die von dem Dotierstoff gebildete P-Zone mit dem N-Substrat einen PN-Übergang bilden. In jedem Fall wird hierdurch während des Betriebs der zu dem Substrat fließende Leckstrom im Vergleich zu undotierten SB-Kontakten wesentlich verringert. Gleichzeitig jedoch wird die Emitter-Gummel-Zahl für die Injektion von Minorität^trägern aus diesen schwach dotierten Zonen in das Substrat nicht wesentlich angehoben.
Der nächste Herstellungsschritt ist in Fig. 9 angedeutet. Eine Oxidschicht 38 und eine aufgedrückte Resistmaterialschicht 39 liegen über der oben beschriebenen Struktur. Die Oxidschicht 38 wird beispielsweise durch bei relativ
niedriger Temperatur (unterhalb von 600 0C) erfolgendes chemisches Dampfniederschlagen gebildet. Die Schicht 38 ist beispielsweise ebenso wie die Resistmaterialschicht 39 einen Mikrometer dick.
Anschließend wird entsprechend dem von A. C. Adams in "Plasma,Planarization", Solid State Technology, Vol. 24, Seiten 178 bis 181, April 1981 beschriebenen Verfahren die Schicht 39 sowie ein Abschnitt der Schicht 38 in Fig. 9 durch reaktives Zerstäubungsätzen entfernt. Die sich ergebende Struktur, die in Fig. 10 gezeigt ist, enthält eine verdünnte Oxidschicht 38, die vorteilhafterweise eine ebene Oberfläche aufweist.
Dann werden durch an sich bekannte, herkömmliche Verfahrensschritte in der Oxidschicht 38 gemäß Fig. 10 Kontaktfenster definiert. Wie Fig. 11 zeigt, wird eine mit einem Muster versehene Resistmaterialschicht 39 als Maske während eines anisotropen Xtzschritts verwendet, in welchem in der Schicht ein Fenster gebildet wird, welches in der Mitte bezüglich des Sourcekontakts 35 liegt. Dann wird nach dem Reinigen des freiliegenden Oberflächenabschnitts des Kontakts 35 durch herkömmliches Argon-Rückzerstäuben auf die gesamte Oberfläche der Struktur in Vorbereitung für
ein anschließendes Aluminium-Metallisieren eine drei Schichten umfassende Zwischenschichtmetallisierung aufgebracht .
Beispielsweise umfaßt die drei Schichten enthaltende Metallisierung gemäß Fig. 11 - von unten nach oben gesehen eine 20 Nanometer dicke Schicht 40 aus Titannitrid, eine 200 Nanometer dicke Schicht 41 aus Titan und eine weitere 20 Nanometer dicke Schicht 42 aus Titannitrid. Diejenigen Abschnitte dieser Metallisierung, die über der Resistmaterialschicht 39 liegen, werden ebenso wie das Resistmaterial selbst anschließend durch herkömmliche Abhebeverfahren entfernt. Selbstverständlich können auch andere Verfahren eingesetzt werden, um eine Barrierenschicht zwischen dem Silicid und dem anschließend aufgebrachten Aluminium zu bilden.
Nachfolgend wird auf der gesamten Oberseite der Struktur eine 1 Mikrometer dicke Schicht aus Aluminium niedergeschlagen und in üblicher Weise mit einem Muster versehen, so daß die in Fig. 12 dargestellte Struktur entsteht. Die mit einem Muster versehene Aluminiumschicht 43 stellt über die Drei-Schicht-Metallisierung eine Verbindung zu dem Sourcekontakt 35 dar. Ähnliche, nicht dargestellte Verbindungen existieren zu den übrigen Sourcekontakten sowie
zu den Drain- und Gatekontakten innerhalb der integrierten Schaltung.
Für einige Anwendungsfälle kann das P-Kanal-Bauelement des oben beschriebenen Typs einen unerwünscht hohen Überlappungs-Serienwiderstand in der Source-Kanal-Zone besitzen. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß dieser Widerstand auf die Endabschnitte der Dotierstoff-Konzentrationsverteilung zurückzuführen ist. Es wurde herausgefunden, daß dieser Widerstand dadurch verringert werden kann, daß man ein abrupteres Abfallen des Endboreichs der Konzentrationsverteilung in dem Source-Kanal-Uberlappungsbereich schafft. Insbesondere wird die Konzentrationsspitze so eingestellt, daß sie auf oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Seite jedes Silicid-Sourcekontakts und der P-Kanal-Zone liegt, wobei jedoch mit zunehmender Entfernung von der Grenzfläche in Richtung auf den Kanal ein abrupteres Abfallen der Dotierstoffkonzentration eingestellt wird.
Insbesondere läßt sich der Serienwiderstand eines P-Kanal-Bauelements dadurch verringern, daß man die Energie der auftreffenden Akzeptorionen herabsetzt. Man kann also bei gegenüber der oben angegebenen Dosis unveränderter Dosis, jedoch bei einer Energie von nur 5000 Elektronenvolt und ohne Implantationsoxid eine Verringerung des Serienwider-
stands um einen Faktor von etwa 6 erreichen, während eine größere Absenkung der Höhe der Schottkybarriere in der Source-Kanal-Zone erzielt wird. Die hierdurch gebildeten, relativ flach dotierten Zonen sind in Fig. 13 durch gestrichelte Linien 44 angedeutet. Die Akzeptorkonzentration beträgt beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 15 Nanometer bezüglich der Silicid-Kanal-Grenzflache im vor-
1 8
liegenden Fall etwa 2,5 χ 10 Akzeptoratome pro cm3.
Anschließend in der in Fig. 13 gezeigten Struktur gebildete Silicidkontakte, die in der oben geschilderten Weise hergestellt werden, können sich tatsächlich durch die flach dotierten Zonen hindurcherstrecken und das η-Substrat kontaktieren. Bei einem derartigen sogenannten Durchgriff gehen selbstverständlich die zuvor angegebenen besonderen Vorteile einer schwach dotierten P-Zone unterhalb der Silicidkontakte verloren.
Es ist also vorteilhaft, das zunächst beschriebene Verfahren zum Herstellen eines P-Kanal-Bauelements weiter dadurch zu modifizieren, daß man einen zweiten Schritt zum Implantieren von Akzeptoren durchführt. In diesem zweiten Schritt werden die Parameter des Implantats im Hinblick auf eine Minimierung des in das Substrat fließenden Leckstroms optimiert,
während eine niedrige Emitter-Gummel-Zahl für die Minoritätsträgerinjektion in das Substrat !beibehalten wird.
Wie in Fig. 14 angedeutet ist, können durch das Zerstäubungsreinigen der Oberfläche des Substrats 20 in den Source- und Drain-Zonen beträchtliche Oberflächeneinkerbungen entstehen. Diese Einkerbungen können für sich oder in Verbindung mit der anschließenden Bildung von Silicid während eines Sinterprozesses bis unter die Außenlinie 44 der ersten Implantationszonen reichen.
Es wird also die in Fig. 14 dargestellte Struktur einem zweiten ImplantierVorgang unterzogen (nach der Bildung der Seitenwand-Oxidabschnitte 30). Beispielsweise besteht das Implantat aus Bor-Difluorid, das bei einer relativ schwachen
13 *
Dosis von 10 Boratomen pro cm2 und einer Energie von 60.000 Elektronenvolt implantiert wird. Die Außenlinie dieser zweiten implantierten Zone ist in Fjg. 14 durch eine gestrichelte Linie 4 5 angedeutet. Die'mittlere Akzeptorkonzentration beträgt innerhalb dieser;Zone beispielsweise
in '·
etwa 1,5 χ 10 Akzeptoratome pro cm3.
Die in Fig. 14 dargestellte zweite implantierte Zone ist tief genug, um bei der anschließenden Bildung der Silicid-
kontakte einen Durchgriff zu verhindern. Dies ist in Fig. 15 dargestellt, gemäß der die dotierten Zonen unterhalb der Silicidkontakte 35 und 36 liegen.
Ein vorteilhaftes SB-M0S-Trani5istorbauelement vom N-Kanal-Typ wird durch ein Herstellungsverfahren hergestellt, welches ebenfalls eine Zwei-Schritt-Implantation vorsieht. Das Bauelement wird ähnlich wie das oben beschriebene Bauelement hergestellt, und es kommen viele der oben angegebenen Herstellungsmethoden zur Anwendung.
Als anschauliches Beispiel für ein Bauelement, das unter Verwendung einer Zwei-Schritt-Implantation hergestellt wird, zeigt Fig. 16 ein teilweise hergestelltes N-Kanal-Bauelement. Es besitzt ein p-leitendes Siliciumsubstrat 50, auf dem Feldoxidzonen 52 und 53, eine dotierte Polysiliciumzone 54 mit Seitenwand-Oxidabschnitten 55 und 56 und eine Gateoxidschicht 5 V gebildet sind.
In Fig. 16 deuten gestrichelte Linien 59 Abschnitte der ursprünglichen Oberfläche des Substrats 50 an. Während die Oberfläche sich dort befindet, wo die Linien 59 eingezeichnet sind, erfolgt ein erster Ionenimplantationsschritt.
Während des ersten Ionenimplantationsschrittes wird auf eine bezüglich Fig. 16 noch nicht so weit fortgeschrittene Struktur ein Donator-Dotierstoff wie beispielsweise Arsen
14
gegeben, und zwar mit einer Dosis von etwa 10 Arsenatomen pro cm2 bei einer Energie von etwa 10.000 Elektronenvolt. Hierdurch erhält man flache (etwa 30 Nanometer tiefe) implantierte Zonen, die jeweils eine relativ hohe Dotierstoffkonzentration unmittelbar unterhalb und an den Seiten der Oberflächenabschnitte 59 aufweisen. Die vertikale und seitliche Erstreckung der ersten ionenimplantierten Zonen sind in Fig. 16 durch gestrichelte Linien 60 angedeutet. Diese hohe Konzentration beträgt beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 10 Nanometer bezüglich der Oberfläche
1 9
59 2,5 χ 10 Arsenatome, und sie verringert die relativ hohe, 0,85 Elektronenvolt betragende Schottkybarriere, die ansonsten zwischen den nachfolgend gebildeten Silicidkontakten und der unter der Polysiliciumzone 54 befindlichen N-Kanal-Zone existierte.
Nach dem erfolgten ersten Ionenimplantieren werden beispielsweise in der oben beschriebenen Weise die Oxid-Seitenwände 55 und 56 gebildet. Als nächstes werden durch übliches reaktives Zerstäubungsätzen die Siliciumoberflächenabschnitte59 auf eine Tiefe von 60 Nanometer oder mehr anisotrop geätzt. An diesem Punkt innerhalb des Herstellungs-
Vorgangs sind die derart geätzten Oberflächenabschnitte in die Hauptoberfläche des Substrats 50 eingelassen, wie es in Fig. 16 gezeigt ist.
Nach dem Ätzen bleiben gemäß Fig. 16 in dem Substrat 50 nur seitliche Abschnitte der ersten implantierten Zonen stehen. In Fig. 16 sind die der Kanal zone benachbarten Seitenabschnitte durch das Bezugszeichen 61 kenntlich gemacht. Diese verbleibenden Seitenabschnitte 61 sind solche Abschnitte des ersten Implantats, welche die Schottkybarriere erniedrigen. Konzentration und Profil der Fremdatome in diesen Seitenabschnitten sind so eingestellt, daß die Strominjektion in den Kanal optimiert wird, während der Uberlappungswiderstand minimiert wird.
Anschließend werden in einem zweiten Ionenimplantationsschritt schwach dotierte Donatorzonen 6 2 in der in Fig. 16 gezeigten Struktur gebildet. Diese Zonen 62 dienen zum Optimieren der Besonderheit geringen Leckstroms des Bauelements. Das zweite Implantat besteht beispielsweise aus
1 2
einer Dosis von etwa 5 χ 10 Arsenatomen pro cm2 bei einer Energie, die von der gewünschten Siliciddicke abhängt. Hierdurch entstehen relativ tiefe und schwache Implantate, die in dem fertigen Bauelement die nachfolgend gebildeten Silicidkonteikte umgeben und dadurch den Leck-
strom von den Kontakten zu dein Substrat 50 spürbar begrenzen. Diese Implantate sind beispielsweise so eingestellt, daß unter den Kontakten PN-Ubergänge mit extrem niedrigen Leckströmen gebildet werden. Gleichzeitig sind die Implantate so ausgelegt, daß eine relativ niedrige Emitter-Gummel-Zahl für die Minoritätsträgerinjektion in das Substrat beibehalten wird.
Als nächstes werden nach einer in üblicher Weise durchgeführten Warmbehandlung Platinsilicid-Kontakte in der soweit gebildeten Struktur erzeugt. Dies kann in der oben beschriebenen Weise erfolgen. Fig. 17 zeigt die Source- und Drainkontakte 64 und 65. Beispielsweise beträgt die Dicke t jedes dieser Kontakte sowie die Dicke eines über der Polysiliciumzone 54 Hegenden Silicidabschnitts 66 etwa 100 Nanometer.
Danach werden elektrische Verbindungen an die Source-Drain- und Gatekontakte der in Fig. 17 gezeigten N-Kanal-Struktur gelegt. Dies kann beispielsweise in der anhand der Fig. 9 bis 12 beschriebenen Weise geschehen.
Abweichend von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch Modifizierungen möglich. Beispielsweise kann in den oben beschriebenen Zwei-Schritt-Implantationsvorgängen
in jedem Schritt zwar derselbe Dotierstofftyp, jedoch möglicherweise eine andere Spezies verwendet werden. Darüber hinaus können außer Platinsilicid andere Silicide verwendet werden. Wird beispielsweise für ein N-Kanal-Bauelement Kobaltdisilicid verwendet, so wird die beim ersten Implantationsschritt innerhalb des Zwei-Schritt-Verfahrens verwendete Dosis (typischerweise um einen Faktor von etwa 2) gegenüber der Dosis bei Platinsilicid verringert. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Kobaltdisilicid-N-Kanal-Barriere 0,68 Elektronenvolt beträgt gegenüber 0,85 Elektronenvolt bei Platinsilicid. Weiterhin kann bei Kobaltdisilicid nach dem anisotropen Ätzen der Source- und Drainabschnitte in dem Siliciumsubstrat (vgl. Fig. 16) Kobaltdisilicid bei gleichzeitiger Warmbehandlung des ersten Implantats gebildet werden. Anschließend erfolgt der zweite Implantationsschritt durch das Kobaltdisilicid hindurch, wobei eine ausreichend höhere Energie vorgesehen wird, um das Kobaltdisiliciu vollständig einzubetten. Dann kann die Warmbehandlung des zweiten Implantats erfolgen, nachdem das darüberliegende Dielektrikum (Schicht 38 in Fig. 9) niedergeschlagen wurde, Hierdurch wird bei der zuletzt erwähnten Warmbehandlung der Getterungseffekt verbessert. Da Außerdem Disilicid höhere Temperaturen besser verträgt als Platinsilicid, kann für den Einschluß des Bauelements ein Über-
zugs-Dielektrikum ausgewählt werden, welches ein besonders vorteilhaftes Passivierungsvermögen aufweist (dies wird erreicht durch Hochtemperaturverdichtung des Dielektrikums)
Leerseite

Claims (23)

  1. Patentansprüche
    / 1.I Integrierte Schaltung mit mehreren Schottkybarrieren-MOS-Bauelementen, die je in einer Halbleiterzone (20, 50) des einen Leitungstyps gebildet sind und mit Abstand angeordnete Schottkybarrieren-Source- und -Drainkontakte (35, 36, 64, 65) besitzen sowie Mittel aufweisen, um einen Kanal vom entgegengesetzten Leitungstyp in einer Kanal- : zone zwischen den Source- und Drainkontakten elektrisch zu induzieren,
    dadurch gekennzeichnet, daß an den Grenzflächen zwischen den Kontakten (35, 36, 64, 65) und der Halbleiterzone (20, 50) Zonen (27, 44, 45, 61, 62) vorgesehen sind, die mit einem Fremdstoff dotiert sind, der den entgegengesetzten Leitungstyp zu erzeugen sucht, daß diese Dotierung schwach gc-nug ist, Minoritätsträgerinjektion von den Kontakten in die Halbleiterzone nicht wesentlich zu erhöhen, und daß die dotierten
    Radeckest.-aOa 43 BCu."-München 60 Tf;lclai ίθ;;·! "' ν-i'Si'* " "·. le'.nx S?:?li'i Telegramme Paicnicon^ult
    Sonnenberger SlraGe 43 67Z0 Wiesbaden Tei..-;cn (■>■;'·") i',?9*h/~?'' 1798 Telex 41M?J7 Tcit-gramms Pa"entconsult
    telefax lCCITT 2) Wiesbaden und Wuncion [V) ·· '1 --.1S Auktion Pd'.enlconsult
    Zonen zum Erniedrigen der Kontakt-Kanal-Schottkybarrierenhöhe sich seitwärts erstreckende Abschnitte (44, 61) in der Nachbarschaft der Kanalzone aufweisen.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dotierten Zonen weitere Abschnitte (45, 62) zwischen den Kontakten (35, 36, 64, 65) und der Halbleiterzone (20, 50) aufweisen, um Leckströme zwischen den Kontakten und der Halbleiterzone zu verringern.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentrationsspitze des Dotierstoffs in jedem der weiteren Abschnitte (45, 62) von der Grenzfläche weniger weit entfernt ist, als es der Verarmungsbreite zwischen dem Drainkontakt und der Halbleiterzone entspricht.
  4. 4. Schaltung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß die weiteren dotierten Abschnitte (45, 62) mit der Halbleiterzone pn-Ubergänge bilden.
  5. 5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Halbleiterzone aus η-leitendem Silicium besteht, und daß die dotierten Zonen dadurch gebildet sind, daß in einem einzigen Ionenimplantationsschritt Akzeptoren implantiert wurden.
  6. 6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentrationsspitze des Dotierstoffs in jedem der sich seitwärts erstreckenden Abschnitte (44, 61) von der Grenzfläche weniger weit entfernt ist als es der Verarmungsbreite zwischen dem Sourcekontakt und der Kanalzone entspricht.
  7. 7. Schaltung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Kontakte aus Platinsilicid bestehen, daß die dotierte Zone mit Bor dotiert ist, daß die Borkonzentration in den sich seitwärts erstreckenden dotierten Abschnitten
    18
    , etwa 2,5 χ 10 Boratome pro cm3 in dem sich von der Grenzfläche etwa 15 Nanometer erstreckenden Bereich beträgt, und daß die durchschnittliche Borkonzentration
    1 8 in den weiteren dotierten Abschnitten etwa 1,5 χ 10 Boratome pro cm3 innerhalb des sich unter dem Silicid bis zu etwa 0,1 Mikrometer erstreckenden Bereich beträgt.
  8. 8. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennze ichnet , daß die Halbleiterzone aus p-leitendem Silicium besteht, und daß die dotierte Zone dadurch gebildet ist, daß Donatoren durch zwei Ionenimplantationsschritte implantiert wurden.
  9. 9. Schaltung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Kontakte aus Platinsilicid oder Kobaltdisilicid bestehen, daß die dotierte Zone mit Arsen dotiert ist, daß die Arsenkonzentration in den sich seitwärts erstreckenden
    1 Q
    dotierten Abschnitten etwa 4 χ 10 Arsenatome pro cm3 in dem sich von der Grenzfläche bis zu etwa 10 Nanometer erstreckenden Bereich beträgt, und daß die mittlere Arsenkonzentration in den weiteren dotierten Abschnitten etwa
    1 R
    1,5 χ 10 Arsenatome pro cm3 in dem sich unterhalb des Silicids bis zu etwa 0,1 Mikrometer erstreckenden Bereich beträgt.
  10. 10. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit mehreren Schottkybarrieren-MOS-Bauelementen, die jeweils Schottkybarrrieren-Source- und -Drainkontakte (35, 36, 64, 65V besitzen und eine Gateelektrode (24, 37, 54, 66) aufweisen, um in einer Kanalzone zwischen den Source-
    ^1 er
    und Drainkontakten innerhalb eines Halbleiterkörpers elektrisch einen Kanal zu induzieren, dadurch gekennze ichnet , daß die sich von dem Sourcekontakt (35, 64) seitwärts zu der Kanalzone in jedem Bauelement erstreckende Zone (44, 61) in unmittelbarer Nähe des Sourcekontakts dotiert wird, um die Schottkybarrierenhöhe zwischen dem Sourcekontakt und der Kanalzone zu verringern, und daß eine jeden der Kontakte einbettende Zone dotiert wird, um Leckströme zu dem Halbleiterkörper zu vermindern, ohne die Emitter-Gummel-Zahl für die Minoritätsträgerinjektion in den Körper wesentlich anzuheben.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Dotieren der sich seitwärts erstreckenden Zonen und der Einbettungs2onen durch eine Ionenimplantation erfolgt, die nur einen Schritt umfaßt.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkörper (20) aus η-leitendem Silicium besteht, daß die Source- und Drain-Kontakte (35, 36) aus Platinsilicid bestehen, und daß der in dem einen Schritt eingebrachte Do;tierstoff Bor ist.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Borkonzentration in den sich seitwärts erstreckenden
    1 R
    Zonen auf etwa 2,5 χ 10 Boratome pro cm3 innerhalb des sich von der Grenzfläche zwischen dem Sourcekontakt und der sich seitwärts erstreckenden Zone bis zu etwa 10 Nanometer erstreckenden Bereich eingestellt wird, und daß die mittlere Borkonzentration in den Einbettungs-
    1 8
    zonen auf etwa 1,5 χ 10 Boratome pro cm3 innerhalb des sich bis zu etwa 0,1 Mikrometer unterhalb des Silicids erstreckenden Bereich eingestellt wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Dotieren der sich seitwärts erstreckenden Bereiche und der Einbettungsbereiche im wesentlichen durch eine zwei Schritte umfassende Ionenimplantation erfolgt.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennze ichnet , daß der Halbleiterkörper (20) aus η-leitendem Silicium besteht, daß die Source- und Drainkontakte (36) aus Platinsilicid bestehen, und daß der in jedem der beiden Implantationsschritte eingebrachte Dotierstoff Bor ist.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet , daß in dem ersten Schritt in jedem der sich seitwärts erstreckenden Zonen (44) innerhalb eines etwa 15 Nanometer betragenden Bereichs von der Grenzfläche zwischen jedem anschließend gebildeten Sourcekontakt und der Sourcekontakt/Kanal-Zone eine Borkonzentration von etwa
    1 8
    2,5 χ 10 Atomen pro cm3 eingestellt wird.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet , daß anschließend an den ersten Schritt dielektrische Seitenwände (30) derart auf den Gateelektroden (24) gebildet werden, daß sie über den sich seitwärts erstreckenden Zonen liegen, und daß dann der zweite Ionenimplantationsschritt durchgeführt wird, um in jeder der Einbettungs-
    1 R zonen eine Borkonzentration von etwa 1,5 χ 10 Atomen pro cm3 einzustellen.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet , daß im Anschluß an den zweiten Schritt die Silicidkontakte (36) innerhalb der Einbettungszonen (45) in Oberflächenabschnitten des Körpers gebildet werden.
    3326634
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennze ichnet , daß der Halbleiterkörper (50) aus p-leitendera Silicium besteht, daß die Source- und Drainkontakte (65) aus Platinsilicid bestehen, und daß der in jedem Schritt des zwei Schritte umfassenden Ionenimplantationsvorgangs eingebrachte Dotierstoff Arsen ist.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Schritt eine flache implantierte Zone gebildet wird, deren Arsenkonzentration in jeder der sich seitwärts erstreckenden Zonen (61) innerhalb eines Bereichs von etwa 10 Nanometer von der Grenzfläche zwischen jedem'anschließend gebildeten Sourcekontakt und der
    1 9
    Sourcekontakt/Kanal-Zone etwa 2,5 χ 10 Atome pro cm3 beträgt.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den ersten Schritt auf der Gateelektrode (54) dielektrische Seitenwände (56) gebildet werden, die über den sich seitwärts erstreckenden Zonen (61) liegen.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächenteile des Körpers geätzt werden, um alle flachen implantierten Zonen mit Ausnahme der von den dielektrischen Seitenwänden (56) maskierten Bereiche zu entfernen, und daß dann der zweite Implantationsschritt ausgeführt wird, um eine mittlere Arsenkonzen-
    1 R
    tration von etwa 1,5 χ 10 Atomen pro cm3 in jeder der Einbettungszonen (2) einzustellen.
  23. 23. Verfahren nach Anspruch 22,
    dadurch gekenn ze ichnet , daß im Anschluß an den zweiten Schritt die Silicidkontakte (65) innerhalb der Einbettungszonen in Oberflächenabschnitten des Körpers gebildet werden.
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