DE4121456C2 - LDD-Transistor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen LDD-Transistor und ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
Die Strukturen herkömmlicher LDD-Transistoren sind in den
Fig. 1 und 2 dargestellt. Der LDD-Transistor der Fig. 1
wird in der folgenden beschriebenen Weise hergestellt:
Dabei wird eine Gate-Oxidschicht 3 auf einem Substrat 1 vom p-Typ aufgewachsen. Dann wird eine Gateelektrode 4 durch Abscheiden von Polysilizium ausgebildet. Darauffolgend wird eine Wanne 6 vom p-Typ und ein n⁻-Bereich 7 mittels Ionenimplantation von Bor bzw. Phosphor ausgebildet. Darauffolgend wird ein Seitenwandbegrenzer bzw. Spacer 11 mittels reaktiven Ionenätzens nach dem Abscheiden einer Niedertem peratur-Oxidschicht ausgebildet. Danach wird Arsen (As) ionenimplantiert, um einen n⁺-Bereich 8 und dabei einen LDD-Transistor auszubilden.
Dabei wird eine Gate-Oxidschicht 3 auf einem Substrat 1 vom p-Typ aufgewachsen. Dann wird eine Gateelektrode 4 durch Abscheiden von Polysilizium ausgebildet. Darauffolgend wird eine Wanne 6 vom p-Typ und ein n⁻-Bereich 7 mittels Ionenimplantation von Bor bzw. Phosphor ausgebildet. Darauffolgend wird ein Seitenwandbegrenzer bzw. Spacer 11 mittels reaktiven Ionenätzens nach dem Abscheiden einer Niedertem peratur-Oxidschicht ausgebildet. Danach wird Arsen (As) ionenimplantiert, um einen n⁺-Bereich 8 und dabei einen LDD-Transistor auszubilden.
Mittlerweile werden die LDD-Transistoren gemäß Fig. 2 in
der im folgenden beschriebenen Weise hergestellt. Dabei
werden Borionen unter Verwendung einer Maske lediglich
in den Abschnitt eines Kanals 12 eines Substrates 1 vom p-
Typ implantiert. Darauffolgend wird eine Gate-Oxidschicht
3 auf dem Substrat 1 aufgewachsen. Dann wird eine Gateelektrode 4
durch Abscheiden von Polysilizium und
darauffolgend ein n⁻-Bereich 7 durch Ionenimplantation
von Phosphor ausgebildet. Darauffolgend wird ein
Seitenwandbegrenzer 11 unter Durchführung eines reaktiven
Ionenätzungsprozesses nach Abscheiden einer Niedertempera
tur-Oxidschicht ausgebildet, worauf dann Arsen (As)
ionenimplantiert wird, um einen n⁺-Bereich 8 auszubil
den und damit einen LDD-Transistor herzustellen.
Bei den in zuvor beschriebener Weise hergestellten LDD-
Transistoren entsteht bei Reduzierung der Größe der
Transistoren das ernsthafte Problem eines Durchgriffs
(sog. punch-through-Effekt). Bei dem Versuch, dieses Problem zu
meistern, wird meist eine p-Typ-Wannenbildung vorgenommen
oder die Dotierungs-Konzentration des Kanals 12 bei den Source- und
Drain-Bereichen 7, 8 erhöht. In den Fällen jedoch, in
denen p-Typ-Taschen (pocketings) für die Source- und
Drain-Bereiche vorgesehen sind, entsteht das Problem, daß
die Sperrschichtkapazität zwischen dem n⁺-Bereich und dem
Substrat vom p-Typ aufgrund der Existenz der p-Typ Wanne
6 erhöht wird.
Mittlerweile gibt es im Falle der Erhöhung der Dotierungs-Konzentra
tion des Kanales eine Grenze für die Schwellenspannung Vt,
wodurch eine Grenze bei der Erhöhung der Dotierungskonzentrati
on des Kanals besteht. Selbst wenn die Schwellenspannung Vt auf einem
geeigneten Niveau gehalten wird, besteht desweiteren das
Problem, daß der Body-Effekt (die Änderung von
Vt aufgrund der in Sperrichtung gepolten Vorspannung)
vergrößert wird.
Transistoren der zuvor beschriebenen Art sind beispielsweise
aus der US-Z: IBM Technical Disclosure Bulletin,
Bd. 27, 1984, S. 1413-1414 und aus der US 4 697 198
bekannt.
Weiterhin ist in der US-Z: IBM Technical Disclosure Bulletin,
Bd. 27, 1985, S. 6622-6623 ein LDD-Transistor mit p-Wannen
zur Vermeidung von Punch-through-Effekten beschrieben,
die jeweils in der Nähe von Source- bzw. Drainbereichen
angeordnet sind. Dabei sind jedoch die n-LDD-Source-
bzw. Drainbereiche nicht vollständig in den p-Wannen eingebettet,
so daß keine effektive Reduzierung der Raumladungszone
der Source- bzw. Drainkanten erfolgt.
Schließlich sind auch aus der
EP 0
083 447 A2
LDD-Strukturen auf p-Substraten bekannt, die p-Wannen im
Bereich der Source- bzw. Draingebiete zur Behebung von
Kurzkanaleffekten einsetzen. Dabei sind die p-Wannen so
angeordnet, daß sie die niedrig dotierten LDD-Bereiche der
Source- bzw. Drain-Elektroden nur teilweise umgeben. Außerdem
verursachen die Grenzflächen zwischen den hochdotierten
n⁺-Source- bzw. Drain-Bereichen und den anliegenden p-Wannen
eine unerwünscht hohe Sperrschichtkapazität, was die
Schaltzeit des Transistors negativ beeinflußt.
Es ist daher Ziel der Erfindung, einen LDD-Transistor
mit verbessertem Kurzkanalverhalten
bereitzustellen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2
erreicht. Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
3 bis 6 beschrieben.
Vorteilhaft werden der Substratverspannungseffekt
("Body-Effekt") und die Sperrschichtkapazität reduziert.
Neben der Darstellung des Standes der Technik, ist ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnungen
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Es zeigen:
Fig. 1 und 2 die Strukturen herkömmlicher LDD-Transistoren
und
Fig. 3A-3G das Verfahren zur Herstellung des LDD-Transi
stors gemäß der vorliegenden Erfindung.
Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der
Zeichnungen nach Aufbau und ggf. auch nach Wirkungsweise
der dargestellten Erfindung.
Wie in Fig. 3A gezeigt, wird eine Nitridschicht 13 auf
einem Substrat 1 vom p-Typ abgeschieden, woraufhin eine
Feldoxidschicht 2 nach Durchführung eines Ätzprozesses
unter Verwendung einer Maske auf dem Abschnitt der
Nitridschicht 13, wo die Feldoxidschicht ausgebildet
werden soll, auch ausgebildet wird. Wie dann in Fig. 3B
gezeigt, wird eine Gate-Oxidschicht 3 nach Entfernung der
Nitridschicht 13 aufgewachsen, woraufhin eine Polysiliciumschicht 4a,
eine Nitridschicht 14 und eine Polysiliciumschicht 4b nacheinander auf
der Gate-Oxidschicht 3 abgeschieden und eine Gateelektrode
durch Anwendung einer Maske ausgebildet werden.
Wie in Fig. 3C gezeigt, wird dann ein Seitenwandbegrenzer bzw. Spacer
11 ausgebildet, eine undotierte Polysiliciumschicht 5 darauf abgeschieden.
Darauffolgend wird eine Dotierung (ein Element
mit einem Valenzwert von 5, beispielsweise Arsen oder
Phosphor) ionenimplantiert.
Wie in Fig. 3D gezeigt, wird das Polysilicium 5 unter Verwendung
einer Maske von der Feldoxidschicht 2 mit Ausnahme
der Feldoxidausläufer abgetragen. Dann wird ein Photolack 15 darüber
verteilt, woraufhin eine Abflachung durchgeführt wird
unter Durchführung eines Rückätzens, bis das Polysilicium 5
freigelegt ist.
Wie in Fig. 3E gezeigt, werden die Polysiliciumschichten 4b und 5 in
einer stufenweisen Auswahlrate (selection rate) geätzt,
bis die Nitridschicht 14 freigelegt ist. Wie in Fig. 3F
gezeigt, ist der Seitenwandbegrenzer 11 weggeätzt und der
Photolack 15 entfernt. Desweiteren wird eine p-Typ Wanne
6 durch Ionenimplantation eines Dotier- bzw. Fremdatoms (ein Element
mit einem Valenzwert von 3, beispielsweise Bor oder
BF2) in den Abschnitt, wo der Seitenwandbegrenzer 11
positioniert war, ausgebildet. Danach wird ein n⁻-Bereich
7 durch Ionenimplantation eines Fremdatoms (ein Element
mit einem Valenzwert von 5 wie beispielsweise Arsen oder
Phosphor) ausgebildet. Dann wird, wie in Fig. 3G gezeigt,
eine Isolierschicht (SOG, BPSG) 9 abgeschieden und eine
Endbehandlung durchgeführt, wobei ein n⁺-Bereich 8
ausgebildet wird mit einem flachen Fremdatombereich, der
aus der Polysiliciumschicht 5 diffundiert.
Dann wird ein Kontaktloch "gebohrt" und eine Metallisierung 10 abgela
gert. Danach werden Verbindungen untereinander durchge
führt, wobei ein LDD-Transistor ausgebildet wird.
Bei dem durch das zuvor beschriebene Verfahren ausgebilde
ten LDD-Transistor existiert der p-Typ Abschnitt hoher
Konzentration lediglich nahe dem Gate, das den Endab
schnitt der Source und des Drains bildet.
Auf diese
Weise können die Sperrschichtkapazität der Source und der
Drain, wie aber auch der Body-Effekt reduziert
werden, wodurch die betrieblichen Charakteristiken des
Transistors, wie aber auch die Chip-Geschwindigkeit
verbessert werden.
Claims (6)
1. LDD-Transistor mit:
- a) einem Substrat (1), auf dem eine lokale Feldoxidschicht (2) aufgebracht ist;
- b) einer Gatestruktur bestehend aus einer Gateoxidschicht (3) und einer darauf liegenden Gateelektrode (4a) im feldoxidfreien Bereich auf dem Substrat (1);
- c) Polysiliziumkontakten (5) zu Source- bzw. Drainregionen, die in einem Abstand von der Gateelektrode (4a) angeordnet sind;
- d) flache n⁺-Regionen (8) im Substrat (1) unterhalb der Polysiliziumkontakte (5);
- e) n₋-Regionen (7) im Substrat (1), die sich jeweils von den n⁺-Regionen (8) in den Kanalbereich des Transistors erstrecken und p-Wannen (6), welche die n⁻-Regionen (7) jeweils nahezu vollständig umgeben, wobei die Schichtdicke der n⁺-Regionen (8) von Source und Drain geringer ist als diejenige der n⁻-Regionen (7); und
- f) einer abdeckenden Isolierschicht (9) mit Kontaktlöchern zu den Polysiliziumkontakten, die mit einer Metallelektrode (10) aufgefüllt sind.
2. Verfahren zur Herstellung eines LDD-Transistors,
das nacheinander die folgenden
Schritte umfaßt:
- a) lokales Ausbilden einer Feldoxidschicht (2) auf einem Substrat (1), Ausbilden einer Gate-Oxidschicht (3) auf dem feldoxidfreien Bereich des Substrats (1) sowie nacheinander Abscheiden und Strukturieren einer Polysiliziumschicht (4a), einer Nitridschicht (14) sowie einer Polysiliziumschicht (4b), um eine Gatestruktur auszubilden;
- b) Ausbilden von Seitenwandbegrenzern (11) an der Gatestruktur, ganzflächiges Abscheiden einer undotierten Polysiliziumschicht (5), die anschließend durch Ionenimplantation dotiert wird;
- c) wenigstens teilweises Abtragen der Polysiliziumschicht (5) auf der Feldoxidschicht (2);
- d) Abscheiden einer Fotolackschicht (15) und Rückätzen derselben, bis die Polysiliziumschicht, welche die Gatestruktur bedeckt, freiliegt, und anschließendes Rückätzen der Polysiliziumschichten (5, 4b), bis die Nitridschicht (14) freiliegt;
- e) Wegätzen der Seitenwandbegrenzer (11), Entfernen des Fotolacks (15) und Erzeugen von p-Wannen (6) und anschließend von n⁻-Bereichen (7), die innerhalb der p-Wannen (6) liegen, durch Ionenimplantation, wobei die Rest-Polysiliziumschicht (5) und die Gatestruktur als Maske dienen;
- f) ganzflächiges Abscheiden einer Isolierschicht (9) und Durchführen einer Hitzebehandlung zur Ausbildung eines flachen n⁺-Bereiches (8) im Substrat unterhalb der Rest-Polysiliziumschicht (5); und
- g) Ausbilden von Kontaktlöchern in der Isolierschicht (9) und Auffüllen mit einer Metallisierung (10).
3. Verfahren zur Herstellung eines LDD-Transistors nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polysiliziumschicht
(5) durch Ionenimplantation mit Phosphor
dotiert wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines LDD-Transistors nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polysiliziumschicht
(5) durch Ionenimplantation mit Arsen (As)
dotiert wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines LDD-Transistors nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Wanne (6)
durch Ionenimplantation mit Bor (B) ausgebildet wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines LDD-Transistors nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Wanne
(6) durch Dotierung mit BF₂⁺ ausgebildet wird.
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