WO1998042015A1 - Method of producing a vertical mos transistor - Google Patents

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WO1998042015A1
WO1998042015A1 PCT/EP1998/001405 EP9801405W WO9842015A1 WO 1998042015 A1 WO1998042015 A1 WO 1998042015A1 EP 9801405 W EP9801405 W EP 9801405W WO 9842015 A1 WO9842015 A1 WO 9842015A1
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layer
opening
insulating layer
mask
sequence
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PCT/EP1998/001405
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Inventor
Thomas Aeugle
Wolfgang RÖSNER
Lili Vescan
Dag Behammer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Forschungszentrum Jülich GmbH
RUHR-UNIVERSITäT BOCHUM
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
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    • H01L29/66666Vertical transistors
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    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827Vertical transistors

Definitions

  • the invention is therefore based on the problem of specifying a method for producing a vertical MOS transistor in which the high-frequency and logic properties of the vertical MOS transistor can be compared with those of planar MOS transistors.
  • a mask with an opening is formed on a main surface of a semiconductor substrate, the main surface of the semiconductor substrate being exposed within the opening.
  • a layer sequence is grown by selective epitaxy, each of which has a layer for a lower source / drain region, a channel region and an upper source / drain region.
  • facets are formed at the edge of the layer sequence, so that the thickness of the layers at the edge of the opening is less than in the middle.
  • Gate dielectric and gate electrode are formed at the edge of the layer sequence.
  • This property of selective epitaxy is used to reduce the thickness of the layers at the edge of the layer sequence than to realize in the middle of the layer sequence. It is thereby achieved that the base width of the parasitic bipolar transistor, which forms in the middle of the layer sequence, is larger than the channel width of the vertical MOS transistor, which is formed at the edge of the layer sequence. The channel properties are therefore decoupled from the volume properties in the layer sequence. Since the parasitic bipolar transistor has a larger base width than the channel length of the vertical MOS transistor, the vertical MOS transistor determines the properties of the structure.
  • the mask preferably has SiO 2 and / or Si3N4 at least on the surface.
  • the thickness ratio between the middle and the edge of the layer sequence can be set between 2 and 3 depending on the growth conditions.
  • first insulating layer a conductive layer and a second insulating layer over the entire surface when the mask is formed, in which the opening is produced.
  • the gate dielectric is formed on the exposed surface of the conductive layer.
  • the gate electrode is formed from the conductive layer.
  • the lower source / drain region is preferably grown at such a height that it closes with the first insulating layer at the edge of the opening.
  • the channel region is grown in height such that it ends at the edge of the opening with the "conductive layer. In this way the advertising, the parasitic capacitances of the gate electrode is minimized, resulting in a further improvement in high frequency characteristics.
  • the gate electrode is formed, for example, by depositing and structuring a conductive layer.
  • the mask is preferably formed from insulating material, in this case from a first insulating layer and a second insulating layer.
  • the first insulating layer is arranged on the main surface of the substrate.
  • the second insulating layer is arranged on the first insulating layer.
  • the second insulating layer can be etched selectively with respect to the first insulating layer and the layer sequence.
  • the lower source / drain region is grown to such a height that it is flush with the first insulating layer at the edge of the opening.
  • an opening is formed in the second insulating layer, which surrounds the channel region in a ring. After the gate dielectric has been formed, the opening is filled with a conductive layer.
  • the gate electrode is finally formed by structuring the conductive layer, for example with the aid of planarization steps.
  • the opening in the second insulating layer protrude significantly beyond the layer sequence on at least one side of the layer sequence allow.
  • the opening has an expansion on at least one side of the layer sequence.
  • island-shaped auxiliary structures made of the material of the second insulating layer are arranged.
  • the opening in the region of the widening has a lattice-shaped cross section.
  • the conductive layer also fills the opening in the area of the expansion.
  • the gate electrode also has a grid-shaped cross section, at least in part.
  • a contact hole to the gate electrode can subsequently be opened, which can be considerably coarser in its structural fineness than the structures of the opening. In this way, the contact hole can be dimensioned such that electrical properties of the gate contact are optimized.
  • a further improvement of the high-frequency properties by minimizing the parasitic capacitances is achieved in that the layer sequence is structured in a ring shape and the ring structure layer sequence is provided with an insulating filling.
  • the removal of the semiconductor material in the interior of the layer sequence suppresses the formation of space charge zones, which in turn cause parasitic capacitances.
  • FIG. 1 shows a section through a semiconductor substrate with a connection region and a mask.
  • FIG. 2 shows the section through the semiconductor substrate after formation of a layer sequence by selective epitaxy.
  • FIG. 3 shows the section after the formation of an opening which surrounds the layer sequence in a ring and the formation of a gate dielectric.
  • FIG. 4 shows a top view of FIG. 3.
  • Figure 5 shows the section shown in Figure 3 after filling the opening with a conductive layer and creating a planarizing insulation layer.
  • FIG. 6 shows the section after formation of a gate electrode by structuring the conductive layer.
  • Figure 7 shows the section after opening of contact holes.
  • FIG. 8 shows the section after the formation of metal silicide connection surfaces, a passivation layer and contacts.
  • FIG. 9 shows a section through a semiconductor substrate with a connection region and a mask.
  • Figure 10 shows the section after formation of a layer sequence by selective epitaxy.
  • FIG. 11 shows the section after forming an opening which surrounds the layer sequence in a ring.
  • FIG. 12 shows the section after formation of a gate electrode, a passivation layer and contacts.
  • Figure 13 shows a section through a semiconductor substrate having a terminal area and a mask having a conductivity "compatible layer, is formed on the surface of a Ga tedielektrikum.
  • FIG. 14 shows the section after formation of a layer sequence by selective epitaxy and deposition and planarization of an insulating layer.
  • FIG. 15 shows the section after etching back the insulating layer and forming spacers on the side walls of the mask.
  • FIG. 16 shows the section after the layer sequence has been structured in a ring using the spacer as a mask, the surface of the connection region being exposed.
  • FIG. 17 shows the section after the annularly structured layer sequence has been provided with an insulating filling and after the formation of contacts.
  • a connection region 12 is placed in a substrate 11 made of monocrystalline silicon, for example a monocrystalline silicon wafer or the monocrystalline silicon layer of an SOI substrate, by implantation with arsenic or phosphorus with 5 ⁇ 10 1 ⁇ c 2 # 40 k e y and Subsequent annealing to activate the dopant is formed (see Figure 1).
  • a mask 13 is then formed on the substrate 11.
  • a silicon nitride layer 131 with a thickness of, for example, 70 nm is applied over the entire surface and a silicon oxide layer 132 with a thickness of, for example, 500 nm is applied thereon.
  • the silicon oxide layer 132 and the silicon nitride layer 131 are subsequently patterned by anisotropic etching, an opening 130 being formed.
  • the surface of the connection region 12 is exposed within the opening 130.
  • a layer sequence 14 is grown by selective epitaxy, which has a first layer 141 for a lower source / drain region, a second layer 142 for a channel region and a third layer 143 for an upper source / drain region (see Figure 2).
  • the first layer 141 is grown, for example, from n-doped silicon with a dopant concentration of 5 ⁇ 10 - ⁇ - 9 c ⁇ 3 in a layer thickness of 100 nm.
  • the second layer 142 is grown, for example, from p-doped silicon with a dopant concentration of lO 1 ⁇ cm ⁇ 3 in a layer thickness of 100 nm.
  • the third layer 143 is of n-doped silicon with a dopant concentration of 5 x lO ⁇ 1 cm ⁇ 3 nm grown in a layer thickness of 200th
  • the selective epitaxy is carried out in such a way that facets are formed at the edge of the opening 130.
  • the first layer 141, second layer 142 and the third layer 143 have a smaller layer thickness at the edge of the opening 130 than in the center of the opening 130.
  • the specified layer thicknesses apply to the center of the opening.
  • the selective epitaxy is carried out, for example, using the following process gases Si2H2Cl2 B2H, ASH3, PH3, HC1, H2 in the temperature range between 700 to 950 ° C. and the pressure range between 5 to 20,000 Pa on silicon wafers with a [110] fat orientation .
  • the first layer 141 is grown in such a way that its thickness at the edge of the opening 130 approximately corresponds to the thickness of the silicon nitride layer 131.
  • an opening 15 is then formed in the silicon oxide layer 132 which covers the side walls of the
  • Layer sequence 14 exposed (see Figure 3 and supervision in Figure 4).
  • the surface of the silicon nitride layer 131 is exposed in the opening 15.
  • the opening 15 has a widening 150 to the side of the layer sequence 14, in which inseil-shaped structures 132 'made of the material of the silicon oxide layer
  • the insular structures 132 are arranged (see Figure 4).
  • the insular structures 132 ' are arranged in a matrix, so that the opening 15 has a lattice-shaped cross section in the area of the widening 150.
  • the opening 15 overlaps the layer sequence 14 laterally. Since the adjustment in lithographic processes is more precise than the minimum structure size, the distance between the layer sequence 14 and the structured silicon oxide layer 132 is less than a minimum structure size.
  • the distance between the layer sequence 14 and the silicon oxide layer 132 or the island-shaped structures 132 ′ is, for example, 0.3 ⁇ m.
  • the structure size of the island-shaped structures 132 ' is in each case a minimum structure size, for example 0.6 ⁇ m.
  • a thermal dielectric is subsequently formed on the exposed surface of the second layer 142 and the third layer 143 from SiO 2 in a layer thickness of 3 to 5 nm.
  • a conductive layer 17 is then deposited over the entire surface. The thickness of the conductive layer 17 is adjusted so that the space between the layer sequence 14 and the silicon oxide layer 132 is filled. All materials that are suitable as gate electrodes are suitable for the conductive layer 17, in particular doped polysilicon, metal silicide, metal.
  • the conductive layer 17 is formed, for example, from n-doped polysilicon in a layer thickness of 400 nm (see FIG. 5).
  • a planarization layer 18 is then formed on the conductive layer 17, for example from photoresist or another spin-on material. The surface of the conductive layer 17 is leveled, for example, by planarization etching or chemical mechanical polishing. Subsequently, the conductive layer 17 is etched highly selectively to SiO 2. It will be from a conductive electrode 170 is formed in the conductive layer 17 (see FIG. 6).
  • a further SiO 2 layer is then applied over the entire surface in a layer thickness of, for example, 70 nm and structured with the aid of a photoresist mask 19.
  • the surface of the connection region 12, the gate electrode 170 and the third layer 143 are partially exposed (see FIG. 7).
  • Self-aligned siliconization for example in a salicide process with titanium, forms silicide connections 110 on the exposed surface of the connection region 12, the gate electrode 170 and the third layer 143 (see FIG. 8).
  • the silicide connections 110 each serve to reduce the parasitic series resistances.
  • contacts 112 to the connection region 12 are formed by forming a metal layer and structuring the metal layer third layer 143, which forms the upper source / drain region, and to the gate electrode 170.
  • the contact hole to the gate electrode 170 is not visible in the section shown in FIG. 8. It is located in the area of the widening 150 (see FIG. 4). Due to the grid-like structure of the gate electrode 170 in the area of the widening 150 (see FIG.
  • the contact hole to the gate electrode 170 it is possible to provide the contact hole to the gate electrode 170 with a larger cross section than corresponds to the structure sizes of the gate electrode 170 in this area.
  • the contact hole to the gate electrode 170 overlaps one or more of the island-shaped structures 132 '.
  • SOI substrate is formed, for example, by masked implantation and subsequent tempering to heal the implantation damage.
  • a mask 23 is then formed on the surface of the substrate 21, which has an opening 230 in which the surface of the connection region 22 is exposed (see FIG. 9).
  • connection layer 231 a connection layer 231, a silicon nitride layer 232 and a silicon oxide layer 233 are applied to the substrate 21.
  • the connection layer 231 is formed, for example, from highly doped polysilicon in a layer thickness of 50 nm. All electrically conductive materials, in particular doped polysilicon, silicide, metal, are suitable for the connection layer 231.
  • the silicon nitride layer 232 is applied in a layer thickness of 20 nm.
  • the silicon oxide layer 233 is applied in a layer thickness of, for example, 500 nm.
  • connection layer 231, the silicon nitride layer 232 and the silicon oxide layer are structured by anisotropic etching, for example with CHF3, O2 (for nitride, oxide) HBr, CI2 He, O2 (for polysilicon).
  • the opening 230 is thereby formed.
  • Silicon oxide spacers 234 are subsequently formed on the side walls of the connection layer 231, the silicon nitride layer 232 and the silicon oxide layer 233 facing the opening 230 by conformal deposition and anisotropic etching back.
  • the silicon oxide spacers have a width of 10 nm (see FIG. 9).
  • a layer sequence " 24 is grown in the opening 230, which has a first layer 241 for a lower source / drain region, a second layer 242 for a channel region and a third layer 243 for an upper source / drain region (see FIG 10) .
  • Layer 312 contacts 312 to the gate electrode 370, to the polysilicon layer 35 and to the connection region 32 are subsequently formed.

Abstract

In order to produce a vertical MOS transistor, a mask (13) with an opening is formed on a semiconductor substrate. Grown in the opening by selective epitaxy is a layer sequence (14) comprising a lower source/drain region (141), a channel region (142) and an upper source/drain region (143). Facets are formed at the edge such that the layers are thinner at the edge than in the centre. A gate dielectric (16) and gate electrode are formed at the edge of the layer sequence.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung eines vertikalen MOS-Transistors.Method of manufacturing a vertical MOS transistor.
Im Hinblick auf immer schnellere Bauelemente bei höherer Integrationsdichte nehmen die Strukturgrößen integrierter Schaltungen von Generation zu Generation ab. Dieses gilt auch für die CMOS-Technologie. Es wird allgemein erwartet (siehe zum Beispiel Roadmap of Semiconductor Technology, Solid State Technology 3, (1995)), daß um das Jahr 2010 MOS-Transistor mit einer Gatelänge von weniger als 100 nm eingesetzt werden.With regard to ever faster components with a higher integration density, the structure sizes of integrated circuits decrease from generation to generation. This also applies to CMOS technology. It is generally expected (see, for example, Roadmap of Semiconductor Technology, Solid State Technology 3, (1995)) that MOS transistors with a gate length of less than 100 nm will be used around the year 2010.
Einerseits wird versucht, durch Skalierung der heute üblichen CMOS-Technologie planare MOS-Transistoren mit derartigen Ga- telängen zu entwickeln (siehe zum Beispiel A. Hori, H. Nakao- ka, H. Umimoto, K. Yamashita, M. Takase, N. Shimizu, B. Mizu- no, S. Odanaka, A 0,05 μ -CMOS with Ultra Shallow Sour- ce/Drain Junctions Fabricated by 5 keV Ion Implantation and Rapid Thermal Annealing, IEDM 1994, 485 und H. Hu, L. T. Su, Y. Yang, D. A. Antoniadis, H. I. Smith, Channel and Sour- ce/Drain Engineering in High-Performance sub-0,1 um NMOSFETs using X-Ray lithography, Sympl . VLSI Technology, 17, (1994)). Derartige planare MOS-Transistoren mit Kanallängen unter 100 nm herzustellen, erfordert den Einsatz von Elektronenstrahl- lithographie und ist bisher nur im Labormaßstab möglich. Der Einsatz der Elektronenstrahllithographie führt zu einer überproportionalen Steigerung der Entwicklungskosten.On the one hand, attempts are being made to develop planar MOS transistors with such gate lengths by scaling today's common CMOS technology (see, for example, A. Hori, H. Nakakaka, H. Umimoto, K. Yamashita, M. Takase, N Shimizu, B. Mizuno, S. Odanaka, A 0.05 μ-CMOS with Ultra Shallow Source / Drain Junctions Fabricated by 5 keV Ion Implantation and Rapid Thermal Annealing, IEDM 1994, 485 and H. Hu, LT Su, Y. Yang, DA Antoniadis, HI Smith, Channel and Source / Drain Engineering in High-Performance sub-0.1 um NMOSFETs using X-Ray lithography, Sympl. VLSI Technology, 17, (1994)). Producing such planar MOS transistors with channel lengths below 100 nm requires the use of electron beam lithography and has so far only been possible on a laboratory scale. The use of electron beam lithography leads to a disproportionate increase in development costs.
Parallel dazu werden zur Realisierung kurzer Kanallängen ver- tikale Transistoren untersucht (siehe zum Beispiel L. Risch, W. H. Krautschneider, F. Hofmann, H. Schäfer, Vertical MOS Transistor with 70 nm Channel length, ESSDERC 1995, Seite 101 bis 104) . Dabei werden Schichtenfolgen entsprechend Source, Kanal und Drain gebildet, die ringförmig von Gatedielektrikum und Gateelektrode umgeben sind. Diese vertikalen MOS- Transistoren sind im Vergleich zu planaren MOS-Transistoren bezüglich ihrer Hochfrequenz- und Logikeigenschaften bisher unbefriedigend. Dieses wird einerseits auf parasitären Kapazitäten des überlappenden Gates und andererseits auf die Ausbildung eines parasitären Bipolartransistors in der vertikalen Schichtenfolge zurückgeführt .At the same time, vertical transistors are being investigated to achieve short channel lengths (see, for example, L. Risch, WH Krautschneider, F. Hofmann, H. Schäfer, Vertical MOS Transistor with 70 nm Channel length, ESSDERC 1995, pages 101 to 104). Layer sequences corresponding to source, channel and drain are formed, which are surrounded in a ring by the gate dielectric and gate electrode. These vertical MOS transistors have been compared to planar MOS transistors in terms of their high-frequency and logic properties unsatisfactory. This is attributed on the one hand to parasitic capacitances of the overlapping gate and on the other hand to the formation of a parasitic bipolar transistor in the vertical layer sequence.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines vertikalen MOS-Transistors anzugeben, bei dem die Hochfrequenz- und Logikeigenschaften des vertikalen MOS-Transistors mit denen planarer MOS-Transistoren ver- gleichbar werden.The invention is therefore based on the problem of specifying a method for producing a vertical MOS transistor in which the high-frequency and logic properties of the vertical MOS transistor can be compared with those of planar MOS transistors.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.This problem is solved according to the invention by a method according to claim 1. Further refinements of the invention emerge from the remaining claims.
In dem Verfahren wird auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats eine Maske mit einer Öffnung gebildet, wobei innerhalb der Öffnung die Hauptfläche des Halbleitersubstrats freiliegt. In dieser Öffnung wird durch selektive Epitaxie eine Schichtenfolge aufgewachsen, die jeweils eine Schicht für ein unteres Source-/Draingebiet , ein Kanalgebiet und ein oberes Source/Drain-Gebiet aufweist. Beim Aufwachsen der Schichtenfolge werden am Rand der Schichtenfolge Facetten gebildet, so daß die Dicke der Schichten am Rand der Öffnung geringer ist als in der Mitte. Gatedielektrikum und Gateelektrode werden am Rand der Schichtenfolge gebilde .In the method, a mask with an opening is formed on a main surface of a semiconductor substrate, the main surface of the semiconductor substrate being exposed within the opening. In this opening, a layer sequence is grown by selective epitaxy, each of which has a layer for a lower source / drain region, a channel region and an upper source / drain region. When the layer sequence is grown, facets are formed at the edge of the layer sequence, so that the thickness of the layers at the edge of the opening is less than in the middle. Gate dielectric and gate electrode are formed at the edge of the layer sequence.
In dem Verfahren wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß sich bei der selektiven Epitaxie an den Rändern einer Maske Facetten ausbilden, da an diesen Rändern die Aufwachsrate bei der se- . lektiven Epitaxie geringer ist . Eine Untersuchung über die Ausbildung von Facetten bei der selektiven Epitaxie ist zum Beispiel aus L. Vescan, Radiative recombination in SiGe/Si dots...r, Mater. Science and Eng. B28, 1-8 (1994), bekannt.In the process, the knowledge is exploited that facets form in the selective epitaxy at the edges of a mask, since the growth rate at the edges at these edges. selective epitaxy is lower. An investigation into the formation of facets in selective epitaxy is, for example, from L. Vescan, Radiative recombination in SiGe / Si dots ... r, Mater. Science and Eng. B28, 1-8 (1994).
Diese Eigenschaft der selektiven Epitaxie wird ausgenutzt, um die Dicke der Schichten am Rand der Schichtenfolge geringer als in der Mitte der Schichtenfolge zu realisieren. Dadurch wird erzielt, daß die Basisweite des parasitären Bipolartransistors, der sich in der Mitte der Schichtenfolge bildet, größer ist als die Kanalweite des vertikalen MOS-Transistors, der am Rand der Schichtenfolge gebildet wird. Die Kanaleigenschaften sind daher von den Volumeneigenschaften in der Schichtenfolge entkoppelt. Da der parasitäre Bipolartransistor eine größere Basisweite hat, als es der Kanallänge des vertikalen MOS-Transistors entspricht, bestimmt der vertikale MOS-Transistor die Eigenschaften der Struktur.This property of selective epitaxy is used to reduce the thickness of the layers at the edge of the layer sequence than to realize in the middle of the layer sequence. It is thereby achieved that the base width of the parasitic bipolar transistor, which forms in the middle of the layer sequence, is larger than the channel width of the vertical MOS transistor, which is formed at the edge of the layer sequence. The channel properties are therefore decoupled from the volume properties in the layer sequence. Since the parasitic bipolar transistor has a larger base width than the channel length of the vertical MOS transistor, the vertical MOS transistor determines the properties of the structure.
Vorzugsweise weist die Maske mindestens an der Oberfläche Siθ2 und/oder Si3N4 auf. Unter Verwendung einer Maske aus diesen Materialien läßt sich das Dickenverhältnis zwischen Mitte und Rand der Schichtenfolge je nach Wachstumsbedingungen zwischen 2 und 3 einstellen.The mask preferably has SiO 2 and / or Si3N4 at least on the surface. Using a mask made of these materials, the thickness ratio between the middle and the edge of the layer sequence can be set between 2 and 3 depending on the growth conditions.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, bei der Bildung der Maske ganzflächig eine erste isolierende Schicht, eine leitfähige Schicht und eine zweite isolierende Schicht zu bilden, in denen die Öffnung erzeugt wird. Vor der selektiven Epitaxie zur Bildung der Schichtenfolge wird an der freigelegten Oberfläche der leitfähigen Schicht das Gatedielektrikum gebildet. Aus der leitfähigen Schicht wird die Gateelektrode gebildet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Seitenwand derIt is within the scope of the invention to form a first insulating layer, a conductive layer and a second insulating layer over the entire surface when the mask is formed, in which the opening is produced. Before the selective epitaxy to form the layer sequence, the gate dielectric is formed on the exposed surface of the conductive layer. The gate electrode is formed from the conductive layer. This method has the advantage that the side wall of the
Schichtenfolge bei der Herstellung des Gatedielektrikums und der Gateelektrode nicht mehr einem Ätzprozeß unterworfen wird.Layer sequence in the manufacture of the gate dielectric and the gate electrode is no longer subjected to an etching process.
Vorzugsweise wird dabei das untere Source-/Draingebiet in einer solchen Höhe aufgewachsen, daß es am Rand der Öffnung mit der ersten isolierenden Schicht abschließt. Das Kanalgebiet wird in der Höhe so aufgewachsen, daß es am Rand der Öffnung mit der"leitfähigen Schicht abschließt. Auf diese Weise wer- den die parasitären Kapazitäten der Gateelektrode minimiert, was zu einer weiteren Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften führt. Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, die Maske aus isolierendem Material zu bilden. Nach der Bildung der Schichtenfolge wird dann die Seitenwand des Kanalgebietes so freige- legt, daß die Seitenwand des unteren Source-/Draingebietes von dem isolierenden Material der Maske im wesentlichen bedeckt bleibt . An der freigelegten Seitenwand des Kanalgebietes werden anschließend das Gatedielektrikum und die Gateelektrode gebildet, wobei die Gateelektrode in der Höhe vorzugsweise auf die Höhe des Kanalgebiets abgestimmt wird.The lower source / drain region is preferably grown at such a height that it closes with the first insulating layer at the edge of the opening. The channel region is grown in height such that it ends at the edge of the opening with the "conductive layer. In this way the advertising, the parasitic capacitances of the gate electrode is minimized, resulting in a further improvement in high frequency characteristics. It is also within the scope of the invention to form the mask from insulating material. After the layer sequence has been formed, the side wall of the channel region is then exposed such that the side wall of the lower source / drain region remains essentially covered by the insulating material of the mask. The gate dielectric and the gate electrode are then formed on the exposed side wall of the channel region, the height of the gate electrode preferably being matched to the height of the channel region.
Auch in dieser Ausführungsform werden die Kapazitäten der Gateelektrode minimiert, was zu einer Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften führt. Die Gateelektrode wird zum Beispiel durch Abscheiden und Strukturieren einer leitfähigen Schicht gebildet.In this embodiment too, the capacitances of the gate electrode are minimized, which leads to an improvement in the high-frequency properties. The gate electrode is formed, for example, by depositing and structuring a conductive layer.
Vorzugsweise wird die Maske aus isolierendem Material, dabei aus einer ersten isolierenden Schicht und einer zweiten isolierenden Schicht gebildet. Die erste isolierende Schicht ist dabei auf der Hauptfläche des Substrats angeordnet. Die zweite isolierende Schicht ist auf der ersten isolierenden Schicht angeordnet. Die zweite isolierende Schicht ist selektiv zur ersten isolierenden Schicht und zur Schichtenfolge ätzbar. Das untere Source-/Draingebiet wird in diesem Fall in einer solchen Höhe aufgewachsen, daß es am Rand der Öffnung in der Höhe mit der ersten isolierenden Schicht abschließt. Nach dem Aufwachsen der Schichtenfolge wird in der zweiten isolierenden Schicht eine Öffnung gebildet, die das Kanalgebiet ringförmig umgibt. Nach Bildung des Gatedielektrikums wird die Öffnung mit einer leitfähigen Schicht aufgefüllt.The mask is preferably formed from insulating material, in this case from a first insulating layer and a second insulating layer. The first insulating layer is arranged on the main surface of the substrate. The second insulating layer is arranged on the first insulating layer. The second insulating layer can be etched selectively with respect to the first insulating layer and the layer sequence. In this case, the lower source / drain region is grown to such a height that it is flush with the first insulating layer at the edge of the opening. After the layer sequence has grown, an opening is formed in the second insulating layer, which surrounds the channel region in a ring. After the gate dielectric has been formed, the opening is filled with a conductive layer.
Durch Strukturieren der leitfähigen Schicht, zum Beispiel mit Hilfe von Planarisierungsschritten, wird schließlich die Gateelektrode gebildet.The gate electrode is finally formed by structuring the conductive layer, for example with the aid of planarization steps.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Öffnung in der zweiten isolierenden Schicht an mindestens einer Seite der Schichtenfolge über die Schichtenfolge deutlich hinausragen zu lassen. Die Öffnung weist in diesem Fall an mindestens einer Seite der Schichtenfolge eine Aufweitung auf. Im Bereich dieser Aufweitung werden inselförmige Hilfsstrukturen aus dem Material der zweiten isolierenden Schicht angeordnet . Dadurch weist die Öffnung im Bereich der Aufweitung einen gitterför- migen Querschnitt auf. Die leitfähige Schicht füllt die Öffnung auch im Bereich der Aufweitung auf. Dadurch weist auch die Gateelektrode mindestens teilweise einen gitterförmigen Querschnitt auf. Im Bereich der Aufweitung kann nachfolgend ein Kontaktloch zur Gateelektrode geöffnet werden, das in seiner Strukturfeinheit wesentlich gröber sein kann als die Strukturen der Öffnung. Auf diese Weise kann das Kontaktloch so bemessen werden, daß elektrische Eigenschaften des Gatekontakts optimiert werden.It is particularly advantageous here for the opening in the second insulating layer to protrude significantly beyond the layer sequence on at least one side of the layer sequence allow. In this case, the opening has an expansion on at least one side of the layer sequence. In the area of this expansion, island-shaped auxiliary structures made of the material of the second insulating layer are arranged. As a result, the opening in the region of the widening has a lattice-shaped cross section. The conductive layer also fills the opening in the area of the expansion. As a result, the gate electrode also has a grid-shaped cross section, at least in part. In the area of the widening, a contact hole to the gate electrode can subsequently be opened, which can be considerably coarser in its structural fineness than the structures of the opening. In this way, the contact hole can be dimensioned such that electrical properties of the gate contact are optimized.
Eine weitere Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften durch Minimierung der parasitären Kapazitäten wird dadurch erzielt, daß die Schichtenfolge ringförmig strukturiert wird und die ringförmig strukturierte Schichtenfolge mit einer isolieren- den Füllung versehen wird. Durch das Entfernen des Halbleitermaterials im Inneren der Schichtenfolge wird die Ausbildung von Raumladungszonen, die wiederum parasitäre Kapazitäten bewirken, unterdrückt.A further improvement of the high-frequency properties by minimizing the parasitic capacitances is achieved in that the layer sequence is structured in a ring shape and the ring structure layer sequence is provided with an insulating filling. The removal of the semiconductor material in the interior of the layer sequence suppresses the formation of space charge zones, which in turn cause parasitic capacitances.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert .The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments which are illustrated in the figures.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Halbleitersubstrat mit einem Anschlußgebiet und einer Maske.FIG. 1 shows a section through a semiconductor substrate with a connection region and a mask.
Figur 2 zeigt den Schnitt durch das Halbleitersubstrat nach Bildung einer Schichtenfolge durch selektive Epitaxie. Figur 3 zeigt den Schnitt nach Bildung einer Öffnung, die die Schichtenfolge ringförmig umgibt und Bildung eines Gatedielektrikums .FIG. 2 shows the section through the semiconductor substrate after formation of a layer sequence by selective epitaxy. FIG. 3 shows the section after the formation of an opening which surrounds the layer sequence in a ring and the formation of a gate dielectric.
Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf die Figur 3.FIG. 4 shows a top view of FIG. 3.
Figur 5 zeigt den in Figur 3 dargestellten Schnitt nach Auffüllen der Öffnung mit einer leitfähigen Schicht und Erzeugung einer planarisierenden Isolationsschicht.Figure 5 shows the section shown in Figure 3 after filling the opening with a conductive layer and creating a planarizing insulation layer.
Figur 6 zeigt den Schnitt nach Bildung einer Gateelektrode durch Strukturierung der leitfähigen Schicht.FIG. 6 shows the section after formation of a gate electrode by structuring the conductive layer.
Figur 7 zeigt den Schnitt nach Öffnung von Kontaktlöchern.Figure 7 shows the section after opening of contact holes.
Figur 8 zeigt den Schnitt nach Bildung von Metallsilizidan- schlußfl chen, einer Passivierungsschicht und Kontakten.FIG. 8 shows the section after the formation of metal silicide connection surfaces, a passivation layer and contacts.
Figur 9 zeigt einen Schnitt durch ein Halbleitersubstrat mit einem Anschlußgebiet und einer Maske.FIG. 9 shows a section through a semiconductor substrate with a connection region and a mask.
Figur 10 zeigt den Schnitt nach Bildung einer Schichtenfolge durch selektive Epitaxie.Figure 10 shows the section after formation of a layer sequence by selective epitaxy.
Figur 11 zeigt den Schnitt nach Bildung einer Öffnung, die die Schichtenfolge ringförmig umgibt.FIG. 11 shows the section after forming an opening which surrounds the layer sequence in a ring.
Figur 12 zeigt den Schnitt nach Bildung einer Gateelektrode, einer Passivierungsschicht und Kontakten.FIG. 12 shows the section after formation of a gate electrode, a passivation layer and contacts.
Figur 13 zeigt einen Schnitt durch ein Halbleitersubstrat mit einem Anschlußgebiet und einer Maske, die eine leit- "fähige Schicht aufweist, an deren Oberfläche ein Ga- tedielektrikum gebildet ist. Figur 14 zeigt den Schnitt nach Bildung einer Schichtenfolge durch selektive Epitaxie und Abscheidung und Planarisierung einer isolierenden Schicht.Figure 13 shows a section through a semiconductor substrate having a terminal area and a mask having a conductivity "compatible layer, is formed on the surface of a Ga tedielektrikum. FIG. 14 shows the section after formation of a layer sequence by selective epitaxy and deposition and planarization of an insulating layer.
Figur 15 zeigt den Schnitt nach Rückätzen der isolierenden Schicht und Bildung von Spacern an den Seitenwänden der Maske.FIG. 15 shows the section after etching back the insulating layer and forming spacers on the side walls of the mask.
Figur 16 zeigt den Schnitt nachdem die Schichtenfolge unter Verwendung des Spacers als Maske ringförmig strukturiert wurde, wobei die Oberfläche des Anschlußgebietes freigelegt wird.FIG. 16 shows the section after the layer sequence has been structured in a ring using the spacer as a mask, the surface of the connection region being exposed.
Figur 17 zeigt den Schnitt, nachdem die ringförmig struktu- rierte Schichtenfolge mit einer isolierenden Füllung versehen wurde und nach der Bildung von Kontakten.FIG. 17 shows the section after the annularly structured layer sequence has been provided with an insulating filling and after the formation of contacts.
Die Darstellungen in den Figuren sind nicht maßstäblich.The representations in the figures are not to scale.
In einem Substrat 11 aus monokristallinem Silizium, zum Beispiel einer monokristallinen Siliziumscheibe oder der monokristallinen Siliziumschicht eines SOI-Substrates, wird in einem ersten Ausführungsbeispiel ein Anschlußgebiet 12 durch Implantation mit Arsen oder Phosphor mit 5 x lO1^ c 2 # 40 key und anschließendes Tempern zur Aktivierung des Dotierstoffes gebildet (siehe Figur 1) .In a first exemplary embodiment, a connection region 12 is placed in a substrate 11 made of monocrystalline silicon, for example a monocrystalline silicon wafer or the monocrystalline silicon layer of an SOI substrate, by implantation with arsenic or phosphorus with 5 × 10 1 ^ c 2 # 40 k e y and Subsequent annealing to activate the dopant is formed (see Figure 1).
Auf dem Substrat 11 wird anschließend eine Maske 13 gebildet. Dazu wird ganzflächig eine Siliziumnitridschicht 131 in einer Dicke von zum Beispiel 70 nm und darauf eine Siliziumoxidschicht 132 in einer Dicke von zum Beispiel 500 nm aufgebracht. Die Siliziumoxidschicht 132 und die Siliziumnitridschicht 131 werden anschließend durch anisotropes Ätzen strukturiert, wobei eine Öffnung 130 gebildet wird. Innerhalb der Öffnung 130 liegt die Oberfläche des Anschlußgebietes 12 frei . Innerhalb der Öffnung 130 wird durch selektive Epitaxie eine Schichtenfolge 14 aufgewachsen, die eine erste Schicht 141 für ein unteres Source-/Draingebiet , eine zweite Schicht 142 für ein Kanalgebiet und eine dritte Schicht 143 für ein obe- res Source-/Draingebiet aufweist (siehe Figur 2). Die erste Schicht 141 wird zum Beispiel aus n-dotiertem Silizium mit einer Dotierstoffkonzentration von 5 x 10-^-9 c ~3 in einer Schichtdicke von 100 nm aufgewachsen. Die zweite Schicht 142 wird zum Beispiel aus p-dotiertem Silizium mit einer Dotier- Stoffkonzentration von lO1^ cm~3 in einer Schichtdicke von 100 nm aufgewachsen. Die dritte Schicht 143 wird aus n- dotiertem Silizium mit einer Dotierstoffkonzentration von 5 x lO1^ cm~3 in einer Schichtdicke von 200 nm aufgewachsen. Die selektive Epitaxie wird dabei so geführt, daß es am Rand der Öffnung 130 zur Facettenbildung kommt. Das heißt, die erste Schicht 141, zweite Schicht 142 und die dritte Schicht 143 weisen am Rand der Öffnung 130 eine geringere Schichtdicke als in der Mitte der Öffnung 130 auf. Die angegebenen Schichtdicken gelten für die Mitte der Öffnung. Die selektive Epitaxie wird zum Beispiel unter Verwendung folgender Prozeßgase Si2H2Cl2 B2H , ASH3, PH3, HC1, H2 im Temperaturbereich zwischen 700 bis 950°C und dem Druckbereich zwischen 5 bis 20000 Pa auf Silizium-Wafern mit einer [110] -Fiat-Orientierung durchgeführt. Die erste Schicht 141 wird so aufgewach- sen, daß ihre Dicke am Rand der Öffnung 130 in etwa mit der Dicke der Siliziumnitridschicht 131 übereinstimmt.A mask 13 is then formed on the substrate 11. For this purpose, a silicon nitride layer 131 with a thickness of, for example, 70 nm is applied over the entire surface and a silicon oxide layer 132 with a thickness of, for example, 500 nm is applied thereon. The silicon oxide layer 132 and the silicon nitride layer 131 are subsequently patterned by anisotropic etching, an opening 130 being formed. The surface of the connection region 12 is exposed within the opening 130. Within the opening 130, a layer sequence 14 is grown by selective epitaxy, which has a first layer 141 for a lower source / drain region, a second layer 142 for a channel region and a third layer 143 for an upper source / drain region (see Figure 2). The first layer 141 is grown, for example, from n-doped silicon with a dopant concentration of 5 × 10 - ^ - 9 c ~ 3 in a layer thickness of 100 nm. The second layer 142 is grown, for example, from p-doped silicon with a dopant concentration of lO 1 ^ cm ~ 3 in a layer thickness of 100 nm. The third layer 143 is of n-doped silicon with a dopant concentration of 5 x lO ^ 1 cm ~ 3 nm grown in a layer thickness of 200th The selective epitaxy is carried out in such a way that facets are formed at the edge of the opening 130. That is, the first layer 141, second layer 142 and the third layer 143 have a smaller layer thickness at the edge of the opening 130 than in the center of the opening 130. The specified layer thicknesses apply to the center of the opening. The selective epitaxy is carried out, for example, using the following process gases Si2H2Cl2 B2H, ASH3, PH3, HC1, H2 in the temperature range between 700 to 950 ° C. and the pressure range between 5 to 20,000 Pa on silicon wafers with a [110] fat orientation . The first layer 141 is grown in such a way that its thickness at the edge of the opening 130 approximately corresponds to the thickness of the silicon nitride layer 131.
Unter Verwendung einer photolithographisch erzeugten Maske (nicht dargestellt) wird anschließend eine Öffnung 15 in der Siliziumoxidschicht 132 gebildet, die die Seitenwände derUsing a photolithographically generated mask (not shown), an opening 15 is then formed in the silicon oxide layer 132 which covers the side walls of the
Schichtenfolge 14 freilegt (siehe Figur 3 und Aufsicht in Figur 4) . In der Öffnung 15 wird die Oberfläche der Siliziumnitridschicht 131 freigelegt. Die Öffnung 15 weist seitlich der Schichtenfolge 14 eine Aufweitung 150 auf, in der inseiförmi- ge Strukturen 132' aus dem Material der SiliziumoxidschichtLayer sequence 14 exposed (see Figure 3 and supervision in Figure 4). The surface of the silicon nitride layer 131 is exposed in the opening 15. The opening 15 has a widening 150 to the side of the layer sequence 14, in which inseil-shaped structures 132 'made of the material of the silicon oxide layer
132 angeordnet sind (siehe Figur 4) . Die inseiförmigen Strukturen 132' sind matrixförmig angeordnet, so daß die Öffnung 15 im Bereich der Aufweitung 150 einen gitterförmigen Querschnitt aufweist.132 are arranged (see Figure 4). The insular structures 132 'are arranged in a matrix, so that the opening 15 has a lattice-shaped cross section in the area of the widening 150.
Die Öffnung 15 überlappt die Schichtenfolge 14 seitlich. Da die Justierung in lithographischen Verfahren genauer ist als die minimale Strukturgröße, beträgt der Abstand zwischen der Schichtenfolge 14 und der strukturierten Siliziumoxidschicht 132 weniger als eine minimale Strukturgröße. Bei Verwendung einer Lithographie mit einer minimalen Strukturgröße von 0,6 um und einer Justiergenauigkeit von 0,2 um beträgt der Abstand zwischen der Schichtenfolge 14 und der Siliziumoxidschicht 132 bzw. den inselförmigen Strukturen 132' zum Beispiel 0,3 um. Die Strukturgröße der inselförmigen Strukturen 132' beträgt jeweils eine minimale Strukturgröße, zum Bei- spiel 0,6 um.The opening 15 overlaps the layer sequence 14 laterally. Since the adjustment in lithographic processes is more precise than the minimum structure size, the distance between the layer sequence 14 and the structured silicon oxide layer 132 is less than a minimum structure size. When using a lithography with a minimum structure size of 0.6 μm and an alignment accuracy of 0.2 μm, the distance between the layer sequence 14 and the silicon oxide layer 132 or the island-shaped structures 132 ′ is, for example, 0.3 μm. The structure size of the island-shaped structures 132 'is in each case a minimum structure size, for example 0.6 µm.
Durch thermische Oxidation wird anschließend an der freiliegenden Oberfläche der zweiten Schicht 142 sowie der dritten Schicht 143 ein Gatedielektrikum 16 aus Siθ2 in einer Schichtdicke von 3 bis 5 nm gebildet.A thermal dielectric is subsequently formed on the exposed surface of the second layer 142 and the third layer 143 from SiO 2 in a layer thickness of 3 to 5 nm.
Anschließend wird ganzflächig eine leitfähige Schicht 17 abgeschieden. Die Dicke der leitfähigen Schicht 17 wird so eingestellt, daß der Zwischenraum zwischen der Schichtenfolge 14 und der Siliziumoxidschicht 132 aufgefüllt wird. Für die leitfähige Schicht 17 sind alle Materialien geeignet, die als Gateelektrode in Frage kommen, insbesondere dotiertes Polysi- lizium, Metallsilizid, Metall. Die leitfähige Schicht 17 wird zum Beispiel aus n-dotiertem Polysilizium in einer Schicht- dicke von 400 nm gebildet (siehe Figur 5) . Anschließend wird auf die leitfähige Schicht 17 eine Planarisierungsschicht 18 zum Beispiel aus Photolack oder einem anderen Spin-on Material gebildet. Die Oberfläche der leitfähigen Schicht 17 wird zum Beispiel durch Planarisierungsätzen oder chemisch- mechanisches Polieren eingeebnet. Anschließend wird die leitfähige Schicht 17 hochselektiv zu Siθ2 geätzt. Dabei wird aus der leitfähigen Schicht 17 eine Gateelektrode 170 gebildet (siehe Figur 6) .A conductive layer 17 is then deposited over the entire surface. The thickness of the conductive layer 17 is adjusted so that the space between the layer sequence 14 and the silicon oxide layer 132 is filled. All materials that are suitable as gate electrodes are suitable for the conductive layer 17, in particular doped polysilicon, metal silicide, metal. The conductive layer 17 is formed, for example, from n-doped polysilicon in a layer thickness of 400 nm (see FIG. 5). A planarization layer 18 is then formed on the conductive layer 17, for example from photoresist or another spin-on material. The surface of the conductive layer 17 is leveled, for example, by planarization etching or chemical mechanical polishing. Subsequently, the conductive layer 17 is etched highly selectively to SiO 2. It will be from a conductive electrode 170 is formed in the conductive layer 17 (see FIG. 6).
Anschließend wird ganzflächig eine weitere Siθ2-Schicht in einer Schichtdicke von zum Beispiel 70 nm aufgebracht und mit Hilfe einer Photolackmaske 19 strukturiert. Dabei werden die Oberfläche des Anschlußgebietes 12, der Gateelektrode 170 sowie der dritten Schicht 143 teilweise freigelegt (siehe Figur 7) .A further SiO 2 layer is then applied over the entire surface in a layer thickness of, for example, 70 nm and structured with the aid of a photoresist mask 19. The surface of the connection region 12, the gate electrode 170 and the third layer 143 are partially exposed (see FIG. 7).
Durch selbstjustierte Silizierung zum Beispiel in einem Sali- cideproezß mit Titan werden an der freigelegten Oberfläche des Anschlußgebietes 12, der Gateelektrode 170 und der dritten Schicht 143 Silizidanschlüsse 110 gebildet (siehe Figur 8) . Die Silizidanschlüsse 110 dienen jeweils der Reduzierung der parasitären Serienwiderstände.Self-aligned siliconization, for example in a salicide process with titanium, forms silicide connections 110 on the exposed surface of the connection region 12, the gate electrode 170 and the third layer 143 (see FIG. 8). The silicide connections 110 each serve to reduce the parasitic series resistances.
Nach ganzflächigem Aufbringen einer Passivierungsschicht 111 zum Beispiel aus Siθ2 in der Kontaktlöcher zu den Silizidan- Schlüssen 110 zum Anschlußgebiet 12 sowie zur dritten Schicht 143 und zur Gateelektrode 170 geöffnet werden, werden durch Bildung einer Metallschicht und Strukturierung der Metallschicht Kontakte 112 zum Anschlußgebiet 12, zur dritten Schicht 143, die das obere Source-/Draingebiet bildet, sowie zur Gateelektrode 170 gebildet. Das Kontaktloch zur Gateelektrode 170 ist in dem in Figur 8 dargestellten Schnitt nicht sichtbar. Es befindet sich im Bereich der Aufweitung 150 (vergleiche Figur 4) . Durch die gitterförmige Struktur der Gateelektrode 170 im Bereich der Aufweitung 150 (vergleiche Figur 4) ist es möglich, das Kontaktloch zur Gateelektrode 170 mit einem größeren Querschnitt vorzusehen, als es den Strukturgrößen der Gateelektrode 170 in diesem Bereich entspricht. Das Kontaktloch zur Gateelektrode 170 überlappt eine oder mehrere der inselförmigen Strukturen 132'.After application of a passivation layer 111 over the entire surface, for example made of SiO 2 in the contact holes to the silicide connections 110 to the connection region 12 and to the third layer 143 and to the gate electrode 170, contacts 112 to the connection region 12 are formed by forming a metal layer and structuring the metal layer third layer 143, which forms the upper source / drain region, and to the gate electrode 170. The contact hole to the gate electrode 170 is not visible in the section shown in FIG. 8. It is located in the area of the widening 150 (see FIG. 4). Due to the grid-like structure of the gate electrode 170 in the area of the widening 150 (see FIG. 4), it is possible to provide the contact hole to the gate electrode 170 with a larger cross section than corresponds to the structure sizes of the gate electrode 170 in this area. The contact hole to the gate electrode 170 overlaps one or more of the island-shaped structures 132 '.
In einem Substrat 21, zum Beispiel einer monokristallinen Siliziumscheibe oder der monokristallinen Siliziumschicht eines SOI-Substrates wird in einem zweiten Ausführungsbeispiel zum Beispiel durch maskierte Implantation und nachfolgende Temperung zur Ausheilung der Implantationsschäden ein Anschlußgebiet 22 gebildet. Anschließend wird auf der Oberfläche des Substrats 21 eine Maske 23 gebildet, die eine Öffnung 230 aufweist, in der die Oberfläche des Anschlußgebietes 22 freiliegt (siehe Figur 9).In a substrate 21, for example a monocrystalline silicon wafer or the monocrystalline silicon layer one In a second exemplary embodiment, SOI substrate is formed, for example, by masked implantation and subsequent tempering to heal the implantation damage. A mask 23 is then formed on the surface of the substrate 21, which has an opening 230 in which the surface of the connection region 22 is exposed (see FIG. 9).
Zur Bildung der Maske 23 wird auf das Substrat 21 eine An- schlußschicht 231, eine Siliziumnitridschicht 232 und eine Siliziumoxidschicht 233 aufgebracht. Die Anschlußschicht 231 wird zum Beispiel aus hochdotiertem Polysilizium in einer Schichtdicke von 50 nm gebildet. Für die Anschlußschicht 231 sind alle elektrisch leitfähigen Materialien, insbesondere dotiertes Polysilizium, Silizid, Metall geeignet. Die Siliziumnitridschicht 232 wird in einer Schichtdicke von 20 nm aufgebracht. Die Siliziumoxidschicht 233 wird in einer Schichtdicke von zum Beispiel 500 nm aufgebracht.To form the mask 23, a connection layer 231, a silicon nitride layer 232 and a silicon oxide layer 233 are applied to the substrate 21. The connection layer 231 is formed, for example, from highly doped polysilicon in a layer thickness of 50 nm. All electrically conductive materials, in particular doped polysilicon, silicide, metal, are suitable for the connection layer 231. The silicon nitride layer 232 is applied in a layer thickness of 20 nm. The silicon oxide layer 233 is applied in a layer thickness of, for example, 500 nm.
Unter Verwendung einer photolithographisch erzeugten MaskeUsing a photolithographically generated mask
(nicht dargestellt) werden die Anschlußschicht 231, die Siliziumnitridschicht 232 und die Siliziumoxidschicht durch anisotropes Ätzen zum Beispiel mit CHF3 , O2 (für Nitrid, Oxid) HBr, CI2 He, O2 (für Polysilizium) strukturiert. Dabei wird die Öffnung 230 gebildet. Nachfolgend werden an den der Öffnung 230 zugewandten Seitenwänden der Anschlußschicht 231, der Siliziumnitridschicht 232 und der Siliziumoxidschicht 233 durch konforme Abscheidung und anisotropes Rückätzen einer Siliziumoxidschicht Siliziumoxidspacer 234 gebildet. Die Si- liziumoxidspacer weisen eine Breite von 10 nm auf (siehe Figur 9) .(not shown), the connection layer 231, the silicon nitride layer 232 and the silicon oxide layer are structured by anisotropic etching, for example with CHF3, O2 (for nitride, oxide) HBr, CI2 He, O2 (for polysilicon). The opening 230 is thereby formed. Silicon oxide spacers 234 are subsequently formed on the side walls of the connection layer 231, the silicon nitride layer 232 and the silicon oxide layer 233 facing the opening 230 by conformal deposition and anisotropic etching back. The silicon oxide spacers have a width of 10 nm (see FIG. 9).
Durch selektive Epitaxie wird in der Öffnung 230 eine Schichtenfolge" 24 aufgewachsen, die eine erste Schicht 241 für ein unteres Source-/Draingebiet , eine zweite Schicht 242 für ein Kanalgebiet und eine dritte Schicht 243 für ein oberes Source-/Draingebiet aufweist (siehe Figur 10) . Die selektive Epi- co o to to P> cn CD cn o cn o cnBy means of selective epitaxy, a layer sequence " 24 is grown in the opening 230, which has a first layer 241 for a lower source / drain region, a second layer 242 for a channel region and a third layer 243 for an upper source / drain region (see FIG 10) .The selective epi- co o to to P> cn CD cn o cn o cn
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Schicht werden nachfolgend Kontakte 312 zu der Gateelektrode 370, zu der Polysiliziumschicht 35 und zu dem Anschlußgebiet 32 gebildet. Layer 312 contacts 312 to the gate electrode 370, to the polysilicon layer 35 and to the connection region 32 are subsequently formed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines vertikalen MOS- Transistors,1. Method for producing a vertical MOS transistor,
- bei dem auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats (11) eine Maske (13) mit einer Öffnung (130) gebildet wird, in der die Hauptfläche freiliegt,- In which a mask (13) with an opening (130) is formed on a main surface of a semiconductor substrate (11), in which the main surface is exposed,
- bei dem in der Öffnung (130) durch selektive Epitaxie eine Schichtenfolge (14) aufgewachsen wird, die jweils eine Schicht (141, 142, 143) für ein unteres Source- /Draingebiet , ein Kanalgebiet und ein oberes Source- /Draingebiet aufweist, wobei am Rand der Schichtenfolge (14) Facetten gebildet werden, so daß die Dicke der Schichten (141, 142, 143) am Rand der Öffnung (130) geringer ist als in der Mitte,- in which a layer sequence (14) is grown in the opening (130) by selective epitaxy, each of which has a layer (141, 142, 143) for a lower source / drain region, a channel region and an upper source / drain region, wherein facets are formed at the edge of the layer sequence (14), so that the thickness of the layers (141, 142, 143) at the edge of the opening (130) is less than in the middle,
- bei dem ein Gatedielektrikum (16) gebildet wird, das an ei- ner Oberfläche des Kanalgebietes (142) angrenzt,a gate dielectric (16) is formed which adjoins a surface of the channel region (142),
- bei dem eine Gateelektrode (170) gebildet wird, die an das Gatedielektrikum (16) angrenzt.- In which a gate electrode (170) is formed, which is adjacent to the gate dielectric (16).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Maske (13) mindestens an der Oberfläche Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid aufweist.2. The method according to claim 1, wherein the mask (13) has at least on the surface silicon oxide and / or silicon nitride.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,3. The method according to claim 1 or 2,
- bei dem zur Bildung der Maske (33) eine erste isolierende Schicht (331, 332), eine leitfähige Schicht (370) und eine zweite isolierende Schicht (333) gebildet werden, in denen die Öffnung (330) erzeugt wird, - bei dem vor der selektiven Epitaxie zur Bildung der Schichtenfolge (34) an der freigelegten Oberfläche der leitfähigen Schicht (370) das Gatedielektrikum (36) gebildet wird,in which a first insulating layer (331, 332), a conductive layer (370) and a second insulating layer (333) are formed to form the mask (33), in which the opening (330) is produced, - in which the gate dielectric (36) is formed before the selective epitaxy to form the layer sequence (34) on the exposed surface of the conductive layer (370),
- bei dem aus der leitfähigen Schicht die Gateelektrode (370) gebildet wird.- In which the gate electrode (370) is formed from the conductive layer.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem am Rand der Öffnung (330) das untere Source- /Draingebiet (341) in der Höhe im wesentlichen mit der ersten isolierenden Schicht und das Kanalgebiet (342) in der Höhe im wesentlichen mit der leitfähigen Schicht (370) abschließt.4. The method of claim 3, wherein at the edge of the opening (330) the lower source / drain region (341) in height substantially with the first insulating layer and the channel region (342) in height substantially with the conductive layer (370) completes.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,5. The method according to claim 1 or 2,
- bei dem die Maske (13) aus isolierendem Material gebildet wird,- in which the mask (13) is formed from insulating material,
- bei dem nach Bildung der Schichtenfolge (14) die Seitenwand des Kanalgebietes (142) so freigelegt wird, daß die Seitenwand des unteren Source-/Draingebietes (141) von dem isolierenden Material der Maske (131) im wesentlichen bedeckt bleibt,- in which after the formation of the layer sequence (14) the side wall of the channel region (142) is exposed in such a way that the side wall of the lower source / drain region (141) remains essentially covered by the insulating material of the mask (131)
- bei dem an der freigelegten Seitenwand des Kanalgebietes- on the exposed side wall of the canal area
(142) das Gatedielektrikum (16) und die Gateelektrode (170) gebildet werden.(142) the gate dielectric (16) and the gate electrode (170) are formed.
6. Verfahren nach Anspruch 5,6. The method according to claim 5,
- bei dem die Maske (13) aus einer ersten isolierenden- In which the mask (13) from a first insulating
Schicht (131) und einer zweiten isolierenden Schicht (132) gebildet wird, wobei die erste isolierende Schicht (131) auf der Hauptfläche und auf der ersten isolierenden Schicht (131) die zweite isolierende Schicht (132) angeordnet ist und wobei die zweite isolierende Schicht (132) selektiv zur ersten isolierenden Schicht (131) und zur Schichtenfolge (14) ätzbar ist,Layer (131) and a second insulating layer (132) is formed, wherein the first insulating layer (131) is arranged on the main surface and on the first insulating layer (131) the second insulating layer (132) and wherein the second insulating layer (132) selective to the first insulating layer (131) and the layer sequence (14) can be etched,
- bei dem das untere Source-.Draingebiet (141) in der Höhe im wesentlichen mit der ersten isolierenden Schicht (131) abschließt,- in which the lower source drain region (141) is essentially level with the first insulating layer (131),
- bei dem in der zweiten isolierenden Schicht (132) eine Öffnung (130) gebildet wird, die das Kanalgebiet (142) ring- för ig umgibt,- in which an opening (130) is formed in the second insulating layer (132) and surrounds the channel region (142) in a ring shape,
- bei dem nach Bildung des Gatedielektrikums (16) die Öffnung mit einer leitfähigen Schicht (17) aufgefüllt wird,- in which, after formation of the gate dielectric (16), the opening is filled with a conductive layer (17),
- bei dem die Gateelektrode (170) durch Strukturieren der leitfähigen Schicht (17) gebildet wird.- In which the gate electrode (170) is formed by structuring the conductive layer (17).
7. Verfahren nach Anspruch 6,7. The method according to claim 6,
- bei dem die Öffnung (15) in der zweiten isolierenden- In which the opening (15) in the second insulating
Schicht (132) an mindestens einer Seite der Schichtenfolge (14) eine Aufweitung (150) aufweist und im Bereich der Auf- weitung (150) inselförmige Strukturen (132') angeordnet sind, so daß die Öffnung (15) im Bereich der Aufweitung (150) einen gitterförmigen Querschnitt aufweist,Layer (132) has an expansion (150) on at least one side of the layer sequence (14) and island-shaped structures (132 ') are arranged in the area of the expansion (150), so that the opening (15) in the area of the expansion ( 150) has a grid-shaped cross section,
- bei dem die leitfähige Schicht (17) die Öffnung (15) auch im Bereich der Aufweitung (150) auffüllt.- In which the conductive layer (17) fills the opening (15) in the region of the widening (150).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Schichtenfolge (34) ringförmig strukturiert wird und bei dem die ringförmig strukturierte Schichtenfolge (34) mit einer isolierenden Füllung (39) versehen wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the layer sequence (34) is structured in a ring and in which the ring-structured layer sequence (34) is provided with an insulating filling (39).
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