DE60213889T2 - Halbleiteranordnung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Halbleitervorrichtungen, welche einen Massenhalbleiter verwenden, um hochminiaturisierte Transistoren mit einer verbesserten Leistung zu erreichen.
  • Die US-A-5 583 361 beschreibt einen Transistoraufbau mit Silizium auf einer Verarmungszone.
  • Heutzutage sind Metallisolator-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MISFETs), welche Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substrate mit einem vollständig verarmten Kanal-Bereich verwenden, bei einigen führenden Firmen und Laboren zur Verwendung als Transistoren, welche für Mikro-Fabrikations- und Leistungsverbesserungsschemata geeignet sind, unter sorgfältiger Forschung und Entwicklung. Die MOSFETs dieses Typs werden als vollständig verarmte SOIFETs oder einfach als FD-SOIFETs bezeichnet. Typischerweise sind diese FD-SOIFETs derart entworfen, dass sie eine spezifische Dicke und Störstellen-Konzentration haben, welche ausreichend niedrig ist, um zu erlauben, dass eine Siliziumschicht, welche oberhalb eines Oxidfilms liegt, zur Verwendung als ein Kanal-Bereich vollständig verarmt ist.
  • Bei solchen FD-SOIFETs wird ein vertikales elektrisches Feld von einer Gate-Elektrode teilweise durch einen gebrannten Oxidfilm am Boden eines Kanal-Bereiches zugewiesen, welches zu einer ähnlichen Abnahme eines vertikalen elektrischen Feldes führt, welches dem Kanal-Bereich angelegt wird. Als Ergebnis einer solchen Abnahme oder „Entspannung" des vertikalen elektrischen Feldes dieses Kanal-Bereichs, nimmt der Kanal-Bereich in einer Trägermobilität zu, welches zu einem Vorteil oder Verdienst hinsichtlich der Erlangbarkeit von einer höheren Stromantriebsfähigkeit oder „Antriebsfähigkeit" führt.
  • Unglücklicherweise, angesichts des Strebens nach einer höheren Integration und Miniaturisierung, geht der Vorteil von FD-SOIFETs nicht ohne die Begleitung von einigen Nachteilen einher. Beispiele dieser Nachteile sind wie folgt. Zunächst ist es, um den sogenannten „Kurzkanal"-Effekt zu unterdrücken, unumgänglich, SOI-Substrate mit ultradünnen Siliziumschichten zu verwenden. Zweitens wird die Verwendung von solchen ultradünnen Siliziumschichten zu einer ungewünschten Zunahme von parasitären Widerstandswerten führen. Drittens wird, da ein Kanal-Bereich, welcher von Oxidfilmen umgeben ist, welche für gewöhnlich in ihrer thermischen Leitfähigkeit geringer als Silizium sind, die Leitfähigkeit von Wärme, welche in selbsterwärmenden Bereichen nahe eines Drains erzeugt wird, tiefer gestellt, welches zu einer Zunahme einer Leistungsverschlechterung führt. Ein weiterer Nachteil ist ein Problem dahingehend, dass die SOI-Substrate in ihrer Qualität relativ gering sind, wohingegen Gate-Dielektrikumfilme in ihrer Zuverlässigkeit geringer sind, welches demgemäß zu einer Zunahme von möglichen Plasmaschäden führt. Ein weiterer Nachteil liegt im hohen Preis von SOI-Substraten, zumindest zur derzeitigen Zeit.
  • Im Gegensatz dazu wurden Bemühungen unternommen, um die oben erwähnten Probleme oder Mängel von FD-SOIFETs zu vermeiden, indem Massenhalbleiter (engl. bulk semiconductors) verwendet werden, während zugelassen wird, dass sie den FD-SOIFETs ähnliche Wirkungen anbieten. Ein Beispiel dieser heutzutage vorgeschlagenen Annäherung liegt in der Realisierung eines Pseudo-SOIFET durch Verwendung eines „p/n/p"-Mehrfachschichtaufbaus, welcher einen p-Typ-Kanal-Bereich enthält, und dessen unterliegende leicht dotierte n (n)-Typ-Schicht aufgrund eines eingebauten Potentials verarmt ist. Beispiele des p/n/p-Aufbaus werden in mehreren Dokumenten gefunden, beispielsweise 1) T. Mizuno et al., 1991 Symp. on VLSI Tech. auf S. 109 (1991), 2) M. Miyamoto et al., IEDM Tech. Digest, S. 411 (1998), und 3) Ishii und Miyamoto, veröffentliche ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 7-335837.
  • Die vorgeschlagenen Pseudo-SOIFET-Aufbauten sind immer noch mit vielen zu lösenden Problemen behaftet, eines unter denen ist die Schwierigkeit darin, jegliche ausreichende Leistung im Bereich von Submikrons von minimaler Merkmalsgröße zu erlangen. Genauer gesagt, sind die Pseudo-SOIFETs, wie in den oben erwähnten drei Dokumenten („D1-D3") gelehrt, so angeordnet, dass ein Kanal-Bereich in seiner Tiefe (Dicke) größer ist als dessen damit in Zusammenhang stehende Source- und Drain-Diffusionsschichten. Dies ist eine ernste Hürde bei der Unterdrückung von Kurzkanaleffekten im Falle einer weiteren Miniaturisierung oder Verkleinerung. Zusätzlich, wenn eine Halbleiterschicht eines solchen Kanal-Bereichs aus einer störstellendotierten Schicht ausgebildet ist, welche in ihrer Störstellen-Konzentration niedrig genug ist, um ein vollständig verarmtes Element zu realisieren, dann kann ein Durchgriff in nachteiliger Weise in Fällen auftreten, bei welchen die Gate-Länge (Kanallänge) derart verkürzt ist, um im Bereich von Submikrons zu sein. Zusätzlich, um diesen Durchgriff zu verhindern, sollten komplizierte Drain-Aufbauten erforderlich sein, beispielsweise jene, wie in den Dokumenten D2-D3 offenbart.
  • Es ist ebenfalls zu erwähnen, dass bei den Aufbauten, wie durch D2-D3 gelehrt, die Bodenbereiche von Source/Drain-Diffusionsschichten, welche durch Gegendotierungstechniken herzustellen sind, tief genug erstellt werden, um die p-Typ-Schicht neben der n-Typ-Schicht zu erreichen. Dies würde zu einer ungewünschten Zunahme in der Verbindungskapazität von dem Source-Drain führen, wodurch ein Erlangen von Hochgeschwindigkeitsbetrieben schwierig wird.
  • Es ist ferner zu erwähnen, dass die Dokumente D2-D3 lediglich die Verwendung von Ionendotierungs- oder Implantierungsverfahren als das Verfahren zum Erlangen des p/n/p-Aufbaus des Kanal-Bereichs vorschlagen. Eine einfache Verwendung von solchen Ionenimplantierungsverfahren, um den p/n/p-Kanal-Aufbau zu erlangen, kann eine Beschränkung bei einer weiteren Reduktion von einer Kanal-Bereichs-Störstellen-Konzentration und Dicke führen.
  • Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche zu einer Mikrofabrikation von einfach aufgebauten Transistoren einer höheren Leistung unter Verwendung eines Massenhalbleiters in der Lage ist.
  • Gemäß eines Aspektes dieser Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, welche ein Halbleitersubstrat und einen im Halbleitersubstrat ausgebildeten ersten und zweiten Transistor hat, wobei jeder Transistor eine Gate-Elektrode, welche über dem Halbleitersubstrat mit einem dazwischen eingelegten Gate-Dielektrikumfilm ausgebildet ist, und Source- und Drain-Diffusionsschichten, welche im Halbleitersubstrat gegenüberliegend mit einem dazwischen eingeschobenen Kanal-Bereich an einer Stelle unmittelbar neben der Gate-Elektrode ausgebildet sind, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste Transistor ferner eine erste mit Störstellen dotierte Schicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, welche in einem Oberflächen-Kanal-Bereich zwischen den Source-/Drain-Diffusionsschichten ausgebildet ist, eine zweite mit Störstellen dotierte Schicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, welche unterhalb der ersten mit Störstellen dotierten Schicht ausgebildet ist, und eine dritte mit Störstellen dotierte Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, welche unterhalb der zweiten mit Störstellen dotierten Schicht ausgebildet ist, enthält; wobei die Source-/Drain-Diffusionsschichten des ersten Transistors jeweils aus einem Niedrigwiderstands-Bereich und einem Erstreckungs-Bereich, welcher derart ausgebildet ist, dass er sich von diesem Niedrigwiderstands-Bereich aus zur Kanal-Bereichsseite erstreckt, ausgebildet sind, wobei der Erstreckungs-Bereich eine niedrigere Störstellen-Konzentration und eine geringere Tiefe als der Niedrigwiderstands-Bereich hat; wobei die erste mit Störstellen dotierte Schicht eine Verbindungstiefe hat, welche gleich oder kleiner ist als der Erstreckungs-Bereich, und eine Störstellen-Konzentration und Dicke hat, welche derart bestimmt sind, um zu bewirken, dass diese Schicht beim Ausbilden einer Kanal-Inversionsschicht vollständig oder teilweise erschöpft ist; und wobei die zweite mit Störstellen dotierte Schicht derart ausgebildet ist, dass die Tiefe von ihrem Kontakt mit der dritten mit Störstellen dotierten Schicht größer als die Kontakt-Tiefe der Source-/Drain-Diffusionsschichten ist, während ihre Störstellen-Konzentration und Dicke derart bestimmt sind, um sicherzustellen, dass diese Schicht aufgrund eines eingebauten Potentials, welches zwischen der ersten und dritten mit Störstellen dotierten Schicht erzeugbar ist, vollständig erschöpft ist.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um anzuzeigen, wie dieselbe in eine Wirkung umgesetzt werden kann, wird nun mittels Beispiel Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein Schaubild ist, welches im Querschnitt einen Hauptteil eines FD-SOIFET-Aufbaus gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
  • 2 ein Kurvenverlauf ist, welcher Störstellen-Konzentrations-Verteilungsmuster in einer Richtung entlang der Tiefe von einem Kanal-Bereich des in 1 gezeigten FD-SOIFET zeigt;
  • 3 ein Kurvenverlauf ist, welcher eine Beziehung eines Schwellwertspannungs-Roll-Off-Wertes δVth gegen eine p-Typ-Schichtdicke von einem SODELFET, welcher die Erfindung ausführt, im Vergleich mit der eines SOIFET zeigt;
  • 4 ein Kurvenverlauf ist, welcher eine Beziehung von einem Schwellwertspannungs-Roll-Off-Wertes δVth und einer Elektronenmobilität μe gegen eine n-Typ-Schichtdicke des SODELFET, welcher die Erfindung ausführt, im Vergleich zu der des SOIFET zeigt;
  • 5A5D im Querschnitt einige der Hauptverarbeitungsschritte bei der Herstellung eines p/n/p-Mehrfachschichtaufbaus des FD-SODELFET der Ausführungsform darstellen;
  • 6A6E im Querschnitt einige Hauptverarbeitungsschritte eines weiteren Fabrikationsverfahrens des p/n/p-Mehrfachschichtaufbaus des ausgeführten FD-SODELFET anzeigen;
  • 7 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus bei einem Verarbeitungsschritt zum Ausbilden des p/n/p-Aufbaus und einen Schritt einer Elementisolation zur Integration des ausgeführten FD-SODELFET zeigt;
  • 8 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus bei einem Gate-Elektrode Ausbildungsschritt und einem Source/Drain-Erstreckungs-Bereich Ausbildungsschritt bei der Herstellung des FD-SODELFET ist;
  • 9 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus bei einem Gate-Seitenwand-Dielektrikumfilm Ausbildungsschritt bei der Herstellung des FD-SODELFET ist;
  • 10 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus bei einem Schritt eines selektiven Epitaxie-Wachstums von Source/Drain-Bereichen bei der Herstellung des FD-SODELFET ist;
  • 11 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus bei einem Source/Drain-Niedrigwiderstandsbereich Ausbildungsschritt bei der Herstellung des FD-SODELFET ist;
  • 12 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus bei einem Schritt einer Ausbildung eines Zwischenschicht- Dielektrikumfilms und von Kontaktsteckern bei der Herstellung des FD-SODELFET ist;
  • 13 ein Kurvenverlauf ist, welcher einen Ausdruck eines Schwellwertspannungs-Roll-Off-Wertes als eine Funktion von einer Gate-Länge zeigt;
  • 14 ein Schaubild ist, welches eine Teilansicht eines FD-SODELFET-Aufbaus gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
  • 15 ein Schaubild ist, welches eine Teilansicht eines FD-SODELFET-Aufbaus gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 16 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus mit einem FD-SODELFET und einem Massen-FET anzeigt, welche zusammen integriert sind;
  • 17 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus mit einem FD-SODELFET und einem PD-SODELFET zeigt, welche zusammen integriert sind;
  • 18 ein Kurvenverlauf ist, welcher Störstellen-Konzentrations-Verteilungsmuster in einem Kanal-Bereich des PD-SODELFET von 17 zeigt;
  • 19 ein Kurvenverlauf ist, welcher statische Eigenschaften des PD-SODELFET von 17 zeigt;
  • 20 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Drain-Spannungsabhängigkeit eines Körperpotentials des PD-SODELFET von 18 zeigt;
  • 21 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus mit einem PD-SODELFET und einem Massen-FET anzeigt, welche zusammen integriert sind;
  • 22 ein Kurvenverlauf ist, welcher einen Aufbau von einem bevorzugten Schaltungsbeispiel zeigt, welches zur Anwendung von dieser Erfindung anpassbar ist;
  • 23 ein Schaubild ist, welches ein weiteres bevorzugtes Schaltungsbeispiel zeigt, welches zur Anwendung von dieser Erfindung anpassbar ist;
  • 24 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Wirkung von einer Substratvorspannungs-Anwendung des FD-SODELFET gemäß dieser Erfindung demonstriert; und
  • 25 eine Teilansicht eines Vorrichtungsaufbaus mit einem SOIFET und einem Massen-FET anzeigt, welche zusammen integriert sind.
  • Im folgenden werden einzelne Ausführungsformen dieser Erfindung detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen dargelegt. Es ist zu erwähnen, dass, obwohl die folgenden Ausführungsformen alle auf n-Kanal Metallisolator-Halbleiter Feldeffektransistoren (MISFETs) bezogen sind, diese Erfindung ebenfalls ohne jegliche Materialabwechslungen auf p-Kanal-MISFETs mit jeweiligen Abschnitten anwendbar sein kann, welche durch jene von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen ersetzt sind.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Bezugnehmend auf 1 ist eine Teilansicht eines Aufbaus von einem Hauptteil eines MISFET gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
  • Ein Siliziumsubstrat 1 hat eine obere Oberfläche, in welcher eine p-Typ-störstellendotierte Schicht 2 durch Well-Ion-Implantationstechniken ausgebildet ist. Auf dieser p-Typ-Schicht 2 sind eine leicht dotierte n (n)-Typ-störstellendotierte Schicht einer geringen Störstellen-Konzentration und ferner eine p-Typ-störstellendotierte Schicht 4 zur Verwendung als ein Kanal-Bereich ausgebildet. Diese Schichten 24 bilden einen Mehrfachschicht-Laminieraufbau mit p/n/p-Verbindung aus. Bestimmte Abschnitte dieses p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbaus, zumindest die obere p-Typ-Schicht 4 und ihre unterliegende n-Typ-Schicht 3, sind durch eine Epitaxie-Wachstumsverarbeitung und eine Ionenimplantationsverarbeitung in Kombination hergestellt, wie später in der Beschreibung detailliert beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, ist eine Gate-Elektrode oberhalb der p-Typ-Schicht 4 zur Verwendung als Kanal-Bereich mit einem Gate-Dielektrikumfilm 5 dazwischen eingelegt, ausgebildet. Die Gate-Elektrode 6 enthält im wesentlichen eine Metallelektrode 6a, welche eine vorspezifizierte Arbeitsfunktion hat, und ein polykristallines Silizium oder eine „Poly-Silizium"-Elektrode 6b, welche auf der Metallelektrode 6a gestapelt ist.
  • Der darstellhafte MISFET-Aufbau enthält ebenfalls Source- und Drain-Diffusionsschichten 7. Diese Source-/Drain-Diffusionsschichten 7 sind jeweils aus einem stark dotierten n (n+)-Typ-Bereich 7a eines geringen elektrischen Widerstandes und einem schmalen n-Typ-Erstreckungs-Bereich 7b, welcher in seiner Störstellen-Konzentration niedriger ist als der n+-Typ-Bereich 7a. Die Niedrigwiderstand n+-Typ-Schicht 7a wird durch Ionenimplantation mit sowohl der Gate-Elektrode 6 als auch dem Seitenwand-Dielektrikumfilm 8 hergestellt sowie an einer lateralen Wand der Gate-Elektrode 6 bereitgestellt, welche als eine Maske dafür verwendet wird. Der schmale n-Typ-Erstreckungs-Bereich 7b wird durch Ionenimplantation mit einer Gate-Elektrode 6 als eine Maske vor der Herstellung eines Seitenwand-Dielektrikumfilms 8 auf eine solche Weise ausgebildet, dass er sich vom n+-Typ-Niedrigwiderstandsbereich 7a zum Kanal-Bereich erstreckt. Der Niedrigwiderstandsbereich 7a wird in dem Zustand ausgebildet, dass er sich nach oben als Pegel eines Gate-Dielektrikumfilms projiziert. Wie später dargelegt, ist dieser Aufbau durch Wirkung eines selektiven Epitaxie-Wachstums, nachdem die Gate-Elektrode 6 ausgebildet ist, erlangbar. Zusätzlich erlaubt die Verwendung dieses Aufbaus eine Verbindungsebene oder Oberfläche am Boden des Niedrigwiderstandsbereiches 7a, welcher sich an einer Position befindet, welche die unterliegende p-Typ-Schicht 2 nicht erreicht, d.h. innerhalb der n-Typ-Schicht 3.
  • Die nTyp-Schicht 3 des p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbaus neben der Gate-Elektrode 6 ist sorgsam derart entworfen, dass sie eine spezifische Störstellen-Konzentration und Dicke hat, welche bei der Schicht 3 verursacht, komplett oder vollständig verarmt zu sein, und zwar aufgrund eines eingebauten Potentials zwischen der oberen und unteren p-Typ-Schicht 4, 2. Durch die Einstellungen einer solchen Störstellen-Konzentration/Dicke, wird der Transistor dieser Ausführungsform ein „Pseudo"-Silizium-auf-Isolator (SOI)-FET, welcher ähnlich einem SOI-Aufbau mit einem eingebrannten Oxidfilm unterhalb eines Kanal-Bereiches ist. Dieser eindeutige Typ eines Transistors kann als jener betrachtet werden, welcher Silizium, oberhalb einer Verarmungsschicht liegend, verwendet. In dieser Hinsicht wird der Transistor im folgenden als „Silizium-auf-Verarmungsschicht"-FET oder einfach als „SODEL" FET bezeichnet.
  • Die p-Typ Kanal-Bereich-Schicht 4 wird sorgsam sowohl in ihrer Störstellen-Konzentration als auch in ihrer Dicke eingestellt, um sicherzustellen, dass Schicht 4 nach einer Ausbildung von einer Kanal-Inversionsschicht vollständig verarmt ist. Durch eine solche Anordnung wird der darstellhafte Aufbau ein vollständig verarmtes (FD)-Element, das heißt, ein FD-SODELFET. Insbesondere sollte von der p-Typ-Schicht 4 erforderlich sein, dass sie ausreichend dünn ist, um die sogenannten Kurzkanalwirkungen zu unterdrücken oder zu minimieren. Bis hierhin wird ihre Verbindungstiefe (die Position von einer Verbindungsebene mit einer n-Typ-Schicht 3) derart eingestellt, dass sie geringer oder gleich der von den Source-/Drain-Erstreckungs-Bereichen 7b ist. Das Beispiel von 1 ist darstellhaft derart, dass die p-Typ-Schicht 4 in ihrer Verbindungstiefe kleiner oder „schmaler" ist als die Source-/Drain-Erstreckungs-Bereiche 7b.
  • Es wird auf 3 Bezug genommen. Dieser Kurvenverlauf zeigt eine Beziehung von einem Roll-Off-Wert einer Schwellwertspannung δVth (eine Differenz zwischen einer Schwellwertspannung nach Auftreten eines Kurzkanals und einer Schwellwertspannung während eines Langkanals) gegen die Dicke von der p-Typ-Schicht 4 im Kanal-Bereich, mit der Störstellen-Konzentration von der p-Typ-Schicht 4 als ein Parameter. Zusätzlich ist dem Fachmann im Bereich der Halbleitervorrichtung bekannt, dass der Schwellwertspannungs-Roll-Off-Wert δVth mit einer Abnahme in der Gate-Länge Lg (d.h. Kanallänge) zunimmt, wie in 13 gezeigt. Die Daten von 3 wurden durch eine Berechnung erlangt, während eine n-Typ-Schicht 3 in ihrer Störstellen-Konzentration auf 1E16/cm3 eingestellt wurde, und eine Gate-Oxidfilmdicke auf 3 Nanometer (nm) eingestellt wurde, unter Anlegung einer Versorgungsspannung Vdd von 1,2 Volt (V). Aus Vergleichsgründen zeigt der Kurvenverlauf von 3 Daten eines SOIFET durch gepunktete Linien; zusätzlich stellen Daten, welche als Rechteck auf gestrichelten Linien aufgedruckt sind, den Fall eines Standard oder „herkömmlichen" Massen-FET unter Verwendung eines gleichförmig dotierten p-Typ Massen-Siliziums dar.
  • Wie anhand der Darstellung des Kurvenverlaufes von 3 zu erkennen, nimmt der Schwellwertspannungs-Roll-Off-Wert δVth ab und kommt mit einer Abnahme in der Dicke der p-Typ-Schicht 4 dem Wert von Null näher, wodurch eine Unterdrückung von Kurzkanalwirkungen ermöglicht wird. Dies ist eine ähnliche Wirkung wie beim SOIFET, und ist mit der Tatsache zu begründen, dass eine dünnere Erstellung des Kanal-Bereichs die zweidimensionale Wirkung einer Potentialverteilung entlang einer Drain-Form abschwächt, welches zu einer Bestimmung der Schwellwertspannung lediglich durch eine eindimensionale Potentialverteilung in der vertikalen Richtung führt.
  • 3 stellt ebenfalls dar, dass, wenn der δVth-Wert identisch gehalten wird, der FD-SODELFET dieser Ausführungsform in der Dicke der p-Typ-Schicht 4 größer sein kann als SOIFETs. Dies wiederum schlägt die Bereitstellung folgender Vorteile vor: eine Möglichkeit, den gedachten MISFET ohne in Zusammenhang stehende Schwierigkeiten bei der Ausbildung von extradünnen Filmen zu erstellen, und eine Möglichkeit, jegliche ungewünschte Schwankung oder Abweichung der Schwellwertspannung zu unterdrücken oder zu minimieren, welche andererseits aufgrund einer innewohnenden Abweichung von einer Filmdicke von einer p-Typ-Schicht 4 auftritt. Diese Vorteile erstellen den ausgeführten Aufbau in seiner Implementierung als Massenprodukt von erforderlichen realen Vorrichtungen wirksamer.
  • Es sollte erwähnt werden, dass die oben erwähnten Wirkungen und Vorteile von der Störstellen-Konzentration der p-Typ-Schicht abhängen. Wie in 3 gezeigt, wenn die Störstellen-Konzentration der p-Typ-Schicht 4 größer oder gleich ungefähr 1E17/cm3 wird, dann wird die beabsichtigte Unterdrückungswirksamkeit einer auf Verdünnung basierenden Kurzkanalwirkung kaum erlangbar. Dies lehrt, dass ein erfolgreicher Aufbau der Wirkungen nicht strikt die Ausführung einer wesentlichen Größe einer Verdünnungsverarbeitung erfordert. Dies ist durch die Tatsache begründet, dass eine Verdünnung zu einer Abnahme in der Erstreckung oder Langstreckung einer Verarmungsschicht an einer Stelle führen muss, welche unmittelbar neben dem Transistor-Kanal-Bereich liegt. Somit sollte es erforderlich sein, dass die p-Typ-Schicht 4 zur Verwendung als Kanal-Bereich sowohl in der Störstellen-Konzentration als auch in der Dicke optimiert ist.
  • Alternativ wird es ebenfalls möglich sein, die Störstellen-Konzentration der p-Typ-Kanal-Bereich-Schicht 4 zu erhöhen oder die Arbeitsfunktion der Gate-Elektrode 6 auszuwählen, wodurch sichergestellt wird, dass Schicht 4 nach einer Ausbildung von einer Kanal-Inversionsschicht teilweise verarmt ist. Dies ermöglicht die Erlangung eines teilweise verarmbaren SODELFET, welcher ebenfalls Teilverarmung (PD)-SODELFET genannt wird.
  • In Anbetracht der n-Typ-Schicht 3, von welcher erforderlich ist, aufgrund eines eingebauten Potentials vollständig verarmt zu sein, liegt hier ebenfalls eine Optimierung in einer Störstellen-Konzentration und Dicke. Dies kann daher behauptet werden, weil, wenn ein Versagen darin liegt, dass ein Teil der n-Typ-Schicht verarmt ist, dann ein elektrischer Kurzschluss zwischen der Source und dem Drain auftreten kann, welches zu einer Zunahme eines Kriechstroms dazwischen führt. Andererseits kann, in Anbetracht der Tatsache, dass ein exakter Grad einer Entspannung eines vertikalen elektrischen Feldes im Kanal-Bereich lediglich in Abhängigkeit von der Dicke dieser n-Typ-Schicht 3 bestimmbar ist, die Filmdicke der n-Typ-Schicht 3 relativ größer eingestellt werden, um den Kanal-Bereich in seiner Trägermobilität größer beizubehalten.
  • 4 zeigt einen Kurvenverlauf, welcher eine Beziehung eines δVth-Wertes und einer Trägermobilität (Elektronenmobilität μe) zur Anzeige von Kurzkanaleffekten gegen eine Dicke dieser n-Typ-Schicht 3 zeigt. Wie hier gezeigt, gilt, dass, je dicker die n-Typ-Schicht 3 wird, desto größer wird die Elektronenmobilität μe, und desto größer wird somit ebenfalls der δVth-Wert. Kurz gesagt, wird bestätigt, dass es ein Abwiegen zwischen der Unterdrückbarkeit des Kurzkanaleffektes und der Verbesserung der Trägermobilität gibt.
  • Wie zuvor erwähnt, wird die Verbindungstiefe der n+-Typ-Schichten 7a zur Verwendung als die Source-/Drain-Niedrigwiderstandsbereiche speziell schmaler, d.h. im Pegel höher, eingestellt als die Verbindung zwischen der n-Typ-Schicht 3 und der p-Typ-Schicht 2. Durch eine solche eindeutige Einstellung der Verbindungstiefe ist es möglich, die Source-/Drain-Verbindungskapazitätswerte als auch ein Verbindungslecken wesentlicher zu unterdrücken als dies möglich ist bei einer, welche n+-Typ-Schichten 7a hat, welche tief genug ausgebildet sind, um die unterliegende p-Typ-Schicht 2 zu erreichen, zusätzlich wird es möglich, eine höhere Durchgriffsimmunität zu erlangen, sogar dann, wenn die Schwellwertspannung auf niedrigen Pegeln beibehalten wird. Ein weiterer Vorteil liegt in einer Möglichkeit darin, einen Betrieb des resultierenden Transistors zu beschleunigen, und zwar aufgrund einer Abnahme in der Source-/Drain-Verbindungskapazität.
  • Anhand der vorhergehenden Diskussionen ist es zu erkennen, dass eine Optimierung der Störstellen-Konzentrationsverteilung und Dicke des p/n/p-Mehrfachschicht-Aufbaus nach einer Optimierung von betreffenden Verarbeitungsbedingungen verlangt. Eine Prozesssimulation, welche durch den hier genannten Erfinder durchgeführt wurde, hat die Tatsache enthüllt, dass es eher schwierig ist, den p/n/p-Verbindung Drei-Schicht-Laminierungsaufbau lediglich durch Ionenimplantations-Techniken wie im Stand der Technik herzustellen. Genauer gesagt, wann immer ein Versuch unternommen wird, durch Ionenimplantation die p-Typ-Schicht 2 von 1 auszubilden, um eine Störstellen-Konzentration von ungefähr 1E18/cm3 zu haben, muss dieser Prozess mit einer größeren Dosierungsmenge unter Anwendung von höheren Beschleunigungsenergien vorgenommen werden, welches zum Störstellen-Verteilungsmuster führen würde, welches einen langen Nachlauf hat, d.h. welches an seinem Randgebiet oder seinen „Saum"-Abschnitten in einer Richtung entlang der Tiefe davon wesentlich ausgedehnt ist. Wenn dies der Fall ist, ist das resultierende Störstellenprofil vom anfänglich gewünschten weit entfernt, sogar wenn die n-Typ-Schicht 3 und p-Typ-Schicht 4 von niedrigen Störstellen-Konzentrationswerten ausgebildet werden, indem ferner eine Extra-Ionenimplantation in einem Oberflächenabschnitt der somit ausgebildeten p-Typ-Schicht bewirkt wird.
  • Um dieses Risiko zu vermeiden, ist ein SODELFET-Fabrikationsverfahren dieser Erfindung speziell dazu angeordnet, Epitaxie-Wachstumsschichten mit Bezug auf die p- Typ-Schicht 4 zur Verwendung als den Kanal-Bereich in 1 und deren unterliegenden n-Typ-Schicht 3 zu verwenden. Beispielhafte Fabrikationsprozesse zum Erlangen des p/n/p-Mehrfachschicht-Aufbaus von 1 werden im folgenden dargelegt.
  • Bezugnehmend auf 5A5D sind einige Hauptschritte bei einem p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbau-Fabrikationsprozess, welcher einen Element-Isolationsprozess bzw. -prozesse enthält, angesichts der Anwendbarkeit auf praktische reduzierte Integrierte Schaltung(IC)-Chips mit Komplexitäten von einer groß skalierten Integration (LSI) zu einer sehr groß skalierten Integration (VLSI), und ebenfalls auf eine ultragroß skalierte Integration (ULSI) gezeigt. Zunächst wird, wie in 5A gezeigt, ein Siliziumsubstrat 1 vorbereitet, dann wird in einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 eine Mehrfachschicht-Maske, welche einen Puffer-Oxidfilm 21 und einen darüber liegenden Silizium-Nitritfilm 22 hat, ausgebildet. Es werden reaktive Ionen-Ätz (RIE)-Techniken verwendet, um Gräben in Element-Isolationsbereichen zu bestimmen. In den Gräben wird ein Dielektrikumfilm 23 zur Verwendung als ein Elementisolator eingebettet oder eingegraben.
  • Danach werden der Silizium-Nitritfilm 22 und der Puffer-Oxidfilm 23 vom Substrat 1 entfernt; dann wird eine Ionenimplantation von Bor (B) durchgeführt, um somit eine p-Typ-Wellschicht 2 in einem Substrat 1 auszubilden, wie in 5B gezeigt. In der Praxis werden Bor(B)-Ionen mit einer Dosis von 1013/cm2 unter Anwendung von einer Beschleunigungsspannung von 20 KeV implantiert. Zusätzlich wird eine undotierte oder „nicht-dotierte" Siliziumschicht 10 unter Epitaxie-Wachstum auf dieser p-Typ-Schicht 2, beispielsweise auf eine vorbestimmte Dicke von ungefähr 80 Nanometer (nm), zugelassen.
  • Dann wird, wie in 5C gezeigt, eine Ionenimplantation von Arsen (As) in diese Siliziumschicht durchgeführt, welches eine n-Typ-Schicht 3 auf Schicht 2 im Substrat 1 ausbildet. Beispielhafte Bedingungen dieser As-Ionenimplantation sind wie folgt: eine Beschleunigungsspannung wird auf 20 KeV eingestellt, wobei eine Dosierung bei 5 × 1011/cm2 ist. Danach folgend wird, wie in 5D gezeigt, eine B-Ionenimplantation durchgeführt, um somit in einem Oberflächenabschnitt der n-Typ-Schicht 3 eine p-Typ-Schicht 4 zur späteren Verwendung als einen Transistor-Kanal-Bereich auszubilden. Vorzugsweise wird diese B-Ionenimplantation unter den Bedingungen ausgeführt, welche wie folgt sind: ihre Beschleunigungsspannung ist bei 5 KeV bei einer Dosierung von 6 × 1011/cm2.
  • Bezugnehmend auf 6A6E wird ein Prozessbeispiel gezeigt, welches ein Zwei-Schritt-Epitaxie-Wachstumsschema verwendet, um den p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbau herzustellen. 6A zeigt einen Element-Isolationsschritt, welcher ähnlich dem in 5A gezeigten ist. Wie in 6B gezeigt, wird nach einer Vollendung der Element-Isolation eine p-Typ-Schicht 2 durch eine B-Ionenimplantation in die Oberfläche des Siliziumssubstrats 1 ausgebildet; danach wird eine nicht-dotierte Siliziumschicht 10 durch Epitaxie-Wachstum auf dieser Schicht 2 zugelassen. Dann wird, wie in 6C gezeigt, eine As-Ionenimplantation in diese Siliziumschicht durchgeführt, wodurch eine n-Typ-Schicht 3 ausgebildet wird.
  • Als nächstes wird, wie in 6D gezeigt, abermals ein Epitaxie-Wachstum durchgeführt, wodurch eine nicht-dotierte Siliziumschicht 11 auf der n-Typ-Schicht 3 ausgebildet wird. Nachfolgend wird, wie in 6E gezeigt, eine B-Ionenimplantation in der Siliziumschicht 11 durchgeführt, wodurch eine p-Typ-Schicht 4 zur späteren Verwendung als Transistor-Kanal-Bereich ausgebildet wird.
  • Ein Störstellenprofil des p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbaus, welcher auf diese weise hergestellt ist, ist in 2 gezeigt. Eine kombinierte Verwendung eines Epitaxie-Wachstumsprozesses ermöglicht es, erfolgreich die n- Typ-Schicht 3 und p-Typ-Schicht 4 auszubilden, welche jeweils eine adäquat verringerte Störstellen-Konzentration und einen sorgsam gewählten Dicke-Wert haben, wie dies erforderlich ist, um die erforderliche komplette oder vollständige Verarmung aufzubauen.
  • Eine Durchführung des Element-Isolationsprozesses vor einer Herstellung des p/n/p-Mehrfachschicht-Aufbaus auf die wie oben erwähnte Weise ist vorteilhaft, um jegliche ungewünschte neue Diffusion von einer Störstelle, welche einmal in den p/n/p-Aufbau dotiert ist, aufgrund des Vorliegens von Wärme während einer solchen Elementisolation auszuschließen. Dieser Prozess steht jedoch einem Risiko gegenüber, dass Siliziumschicht-Bestandteile in benachbarten Elementbereichen aus Versehen auf der Oberfläche von einem Element-Isolationsbereich während eines Epitaxie-Wachstums von der Siliziumschicht gekoppelt oder zusammen zwischenverbunden werden. Glücklicherweise ist dieses Risiko ohne Nachteil vermeidbar, indem die Ausführungsreihenfolge von Prozessschritten auf eine solche Weise speziell angeordnet wird, dass die Elementisolation nach einer Herstellung des p/n/p-Aufbaus kommt.
  • Was den Fall eines solchen Element-Isolationsprozessschritt Reihenfolgenschemas betrifft, wird als nächstes ein praktisch implementierbarer Prozess zur SODELFET-Integration mit Bezug auf 712 im folgenden dargelegt. Es wird hier angenommen, dass eine p-Typ-Schicht 2 und eine n-Typ-Schicht 3 plus einer p-Typ-Schicht 4, welche auf dem in 7 gezeigten Siliziumsubstrat 1 laminiert sind, diejenigen sind, die sie durch eine kombinierte Bewirkung des Epitaxie-Wachstumsprozesses und eines Ionen-Implantationsprozesses, wie zuvor in Verbindung mit 5A5D oder 6A6E diskutiert, hergestellt sind.
  • Das mit einem solchen p/n/p-Mehrfachschichtaufbau ausgebildete Substrat wird dann einer Musterausbildung von einer Maske in einem Transistorbereich unterworfen, wobei die Maske aus einer Laminierung von einem Puffer-Oxidfilm 21 und einem Silizium- Nitritfilm 22 gemacht ist, wie in 7 gezeigt. Dann wird RIE durchgeführt, um darin erforderliche Element-Isolationsnuten zu bestimmen, welche tief genug sind, um die unterliegende p-Typ-Schicht 2 zu erreichen. Als nächstes wird ein Element-Isolationsfilm 23 in die Nuten eingebrannt.
  • Als nächstes, wie in 8 gezeigt, werden ein Gate-Dielektrikumfilm 5 und dann eine Gate-Elektrode 6 darauf ausgebildet. Die Gate-Elektrode 6 kann eine Mehrfachschicht-Elektrode sein, welche aus einer metallischen Elektrode 6a, welche ihre Arbeitsfunktion hat, welche notwendig ist, um einen vorspezifizierten Schwellwertspannungspegel zu erlangen, und einer Poly-Siliziumelektrode 6b ausgebildet ist. Die Mehrfachschicht-Elektrode wird mit einem Silizium-Nitritfilm 24, welcher als eine Maske verwendet wird, durch Musterung ausgebildet. Dann wird eine As-Ionenimplantation mit einer Gate-Elektrode 6 als eine Maske durchgeführt, wodurch ein Paar von beabstandeten n-Typ-Schichten zur Verwendung als Source-/Drain-Erstreckungs-Bereiche 7b ausgebildet wird. Jeder Erstreckungs-Bereich 7b ist in seiner Verbindungstiefe größer als die p-Typ-Schicht 4, wodurch erstgenannte tiefer als letztgenannte ist. Es ist hier zu bemerken, dass die Verbindungstiefe des Erstreckungs-Bereiches 7b alternativ beinahe gleich der von der p-Typ-Schicht 4 sein kann, wenn die Notwendigkeit aufkommt.
  • Als nächstes wird, wie in 9 gezeigt, an einer lateralen Wand der Gate-Elektrode 6 ein Seitenwand-Dielektrikumfilm 25 hergestellt, welcher aus einem Silizium-Nitritfilm ausgebildet ist. Wie in 10 gezeigt, werden Silizium-Oberflächenabschnitte von Source-/Drain-Bereichen freigelegt, dann wird auf solch freigelegten Oberflächen eine Siliziumschicht 26 durch selektive Epitaxie-Wachstumsverfahren ausgebildet. Dies wird gemacht, um die Verbindungsebenen von p-Typ-Schicht 2 und n-Typ-Schicht 3 tiefer als eine Diffusionstiefe von nächst ausgebildeten Source-/Drain-Bereichen einer hohen Störstellen-Konzentration zu erstellen.
  • Danach, wie in 11 gezeigt, wird eine As-Ionenimplantation durchgeführt, um somit n+-Typ-Niedrigwiderstandsbereiche 7a der Source/Drain auszubilden. Wie zuvor erwähnt, wird die Diffusionstiefe von jedem Niedrigwiderstandsbereich 7a sorgsam eingestellt, um sicherzustellen, dass sein Bodenbereich nicht die unterliegende p-Typ-Schicht 2 erreicht. Durch eine Ausführung der oben diskutierten Prozessschritte ist der vorgesehene SODELFET vollendet. Danach wird, wie in 12 gezeigt, ein Zwischenschicht-Dielektrikum (ILD)-Film 27 abgelagert, dann werden erforderliche Kontaktlöcher darin ausgebildet, um Kontaktstecker 28, welche aus Wolfram (W) oder weiteren ähnlich geeigneten Materialien gemacht sind, darin unterzubringen. Obwohl nicht speziell dargestellt, enthält der danach vorzunehmende Prozess den Schritt eines Ausbildens von einem Muster von metallischen On-Chip-Leitungen auf oder oberhalb des ILD-Films 27.
  • Wie anhand der vorhergehenden Erläuterung deutlich, ist der SODELFET, welcher die Erfindung ausführt, speziell derart angeordnet, dass die p-Typ-Schicht 4 des Kanal-Bereiches hergestellt wird, welches bewirkt, dass dessen Verbindungstiefe kleiner oder „schmaler" als die der Source/Drain-Erstreckungs-Bereiche 7b ist, während zur selben Zeit die Dicke der n-Typ-Schicht 3 relativ signifikant gelassen wird, um somit sicherzustellen, dass die Bodenbereichsoberfläche eines jeweiligen der Source/Drain-Niedrigwiderstandsbereiche 7a innerhalb der n-Typ-Schicht 3 vorliegt. Durch eine solche Anordnung wird eine höhere Trägermobilität im Kanal-Bereich garantiert, welches zu vertikalen elektrischen Feldentspannungseffekten beiträgt, zusätzlich wird es möglich, eine Erzeugung jeglicher möglicher Kurzkanaleffekte sogar in Submikron-Bereichen größtenteils zu unterdrücken oder zu minimieren. Es ist sehr wichtig zu erwähnen, dass diese Effekte und Vorteile lediglich durch die Verwendung in Kombination des Epitaxie-Wachstumsprozesses, um den p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbau zu erlangen, erlangbar sind. Es ist ebenfalls zu erwähnen, dass, da die Bodenbereichsoberflächen von n+-Typ-Source/Drain-Niedrigwiderstandsbereichen 7a innerhalb der n-Typ-Schicht 3 verbleiben, von welcher erwartet wird, dass sie aufgrund eines aufgebauten Potentials vollständig verarmt, ohne dass sie mit der p-Typ-Schicht 2 in Kontakt kommt, die resultierende Verbindungskapazität im Wert abnimmt, welches die Erlangung von Hochgeschwindigkeitsbetrieben ermöglicht, während es gleichzeitig ermöglicht wird, eine höhere Durchgriffsimmunität zu erlangen.
  • In dieser Ausführungsform ist es, um die Schwellwertspannung auf den optimierten Pegel unter geeigneten Bedingungen einzustellen, während die vollständig verarmte Transistorvorrichtung realisiert wird, d.h. der erforderliche FD-SODELFET, ebenfalls wichtig, dass die Gate-Elektrode 6 eine Metallelektrode 6a enthält. In der Praxis kann die Metallelektrode 6a aus TiN, WN oder dergleichen sein. Beispiele der Metallelektrode 6a, welche zwei Arbeitsfunktionen hat, sind jene, welche in Kombination zwei unterschiedliche leitfähige Materialien verwenden, wie beispielsweise TiN und WN oder alternativ W und WN. Kurz gesagt, ist jegliche gewünschte Schwellwertspannung durch die Verwendung einer solche Metallelektrode 6a mit geeigneten Arbeitsfunktionen erzielbar, und zwar auf eine Weise, welche der erforderlichen Schwellwertspannung dienlich ist.
  • Im Gegensatz dazu kann, um eine teilweise verarmte Transistorvorrichtung, das heißt, einen PD-SODELFET herzustellen, die Gate-Elektrode aus einem Poly-Siliziumfilm ausgebildet sein, was der erforderlichen Schwellwertspannung dienlich ist.
  • Es ist in der obigen Ausführungsform zu erwähnen, dass die p-Typ-Schicht 4 durch eine SiGe oder Si/SiGe Verwerfungs-Legierungsschicht ersetzt werden kann, um die Trägermobilität des Kanal-Bereiches weiter zu verbessern. Die Verwendung einer solchen Schicht ermöglicht es, SODELFETs mit viel höheren Strom-Antriebsfähigkeiten zu erlangen. Das gleiche gilt bei jeglichen der folgenden Ausführungsformen, wie sie im folgenden diskutiert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Der obigen ersten Ausführungsform wird sogar durch Optimierung der Störstellen-Konzentrations- und Dicke-Werte des p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbaus ein Durchgriffsphänomen zwischen der Source und dem Drain in hochintegrierten Halbleitervorrichtungen der Generation mit 50-nm Gate-Länge n oder späteren Generationen möglicherweise kaum zu vernachlässigen sein.
  • Es wird auf 14 Bezug genommen. Das Schaubild zeigt eine Teilansicht eines SODELFET-Aufbaus, welcher dazu in der Lage ist, jeglichen Durchgriff mit erhöhter Zuverlässigkeit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zu verhindern, wobei die Anzeige hier auf eine Weise gezeigt ist, welche der 1 entspricht. Diese Ausführungsform ist ähnlich der von 1, mit Ausnahme, dass die p-Typ-Schichten 9 zusätzlich als „Halo"-Bereiche bereitgestellt sind. Diese Schichten sind in der n-Typ-Schicht 3 an Stellen eingebrannt, welche jeweils neben den Source-/Drain-Erstreckungs-Bereichen 7b sind. Wie bei der ersten Ausführungsform, ermöglicht eine geeignete Werteinstellung von der Störstellen-Konzentration und Dicke der p-Typ-Schicht 4 ein Erreichen der beabsichtigten FD-SODELFET-Vorrichtung. Zusätzlich, indem zugelassen wird, dass die p-Typ-Schicht 4 eine weiter erhöhte Störstellen-Konzentration hat, wird es ermöglicht, einen PD-SODELFET zu erlangen.
  • Herkömmlicherweise wurde, um die Störstellen-Konzentration an einem Zentralabschnitt des Kanal-Bereiches aus Gründen der Durchgriffsimmunität zu erhöhen, ein Verfahren zur Verwendung von schrägwinkligen oder „schiefen" Ionenimplantations-Techniken vorgeschlagen. Jedoch kann im Falle dieser Erfindung eine Zunahme der Störstellen-Konzentration am Zentrum des Kanal-Bereiches als eine Hürde zur Realisierung einer höheren Trägermobilität durch eine Entspannung von elektrischen Feldern bei rechten Winkeln zur Oberfläche eines Substrates dienen. Demgemäß, um den Aufbau von 14 zu erlangen, wird eine vertikale Ionenimplantation mit einer Gate-Elektrode 6 als eine Maske dazu verwendet, um die p-Typ-Schicht 9 gerade unterhalb des individuellen Erstreckungs-Bereiches 7a herzustellen (im Text steht 7b).
  • Durch das Verfahren einer Ausbildung von „Halo"-Bereichen durch eine schiefe Ionenimplantation können hochintegrierte LSIs mit Gate-Elektroden, welche an ultrafeinen Spitzen ausgerichtet sind, zu einer teilweisen Erscheinung von bestimmten Schaltungselementen führen, welche zu jeglicher erfolgreicher Ioneninjektion unfähig sind, und zwar aufgrund des Vorliegens von Schatten von benachbarten Gate-Elektroden, welches zum Erscheinen von Elementen führen würde, welche den Mangel an jeglicher aufgewerteter Verbesserung bei Kurzkanaleffekten haben. Dies ist durch eine Ausbildung der p-Typ-Schichten 9 als Halo-Bereiche durch vertikale Ionenimplantation auf die oben erwähnte Weise vermeidbar. Diese Annäherung ermöglicht eine Herstellung des Vorrichtungsaufbaus von 14 ohne begleitende Risiken, und zwar sogar in dem Fall der LSIs, welche hochminiaturisierte Gate-Elektroden mit ultrafeinen Spitzen haben. Somit ist es möglich, sowohl eine Kurzkanaleffektunterdrückung als auch eine Garantie von einer Durchgriffsimmunität auf einmal zu erreichen.
  • Bislang wurden die Ausführungsformen lediglich mit Bezug auf einen einzelnen Elementbereich derer diskutiert. Im Falle einer Mikroherstellung eines LSI-Chips mit mehreren SODELFETs des gleichen Vorrichtungsaufbaus, welche zusammen integriert sind, kann eine erforderliche Anzahl von p/n/p-Mehrfachschichtaufbauten auf die im wesentlichen gleiche Weise ausgebildet werden, d.h. durch eine kombinierte Bewirkung eines Epitaxie-Wachstums und einer Ionenimplantation in die gesamte Oberfläche eines Substrats. Alternativ sind ähnliche Ergebnisse durch Verwendung von selektiven Ionenimplantations-Techniken erlangbar, wobei in diesem Fall die p/n/p-Aufbauten in Einheiten von Kanal-Bereichen von jeweiligen einbezogenen Transistoren hergestellt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Bezogen auf 15, ist auf eine Weise, welche 1 entspricht, eine Teilansicht eines SODELFET gezeigt, der ebenfalls die Erfindung ausführt, welcher eine selektive Ionenimplantation verwendet, um selektiv den beabsichtigten p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbau in einem spezifizierten Bereich unmittelbar neben einer Gate-Elektrode aufzubauen. Ungleich der Ausführungsform von 1, wird eine Arsen (As)-Ionenimplantation selektiv lediglich an einem Kanalkörper vorgenommen, welcher einen Abschnitt einer undotierten oder „nicht-dotierten" Epitaxie-Wachstums-Siliziumschicht 10 ausbildet, wodurch eine n-Typ-Schicht 3 ausgebildet wird. Somit sind die resultierenden Erstreckungs-Bereiche 7b der Source-/Drain-Diffusionsschichten 7 derart, dass die Bodenbereichsoberfläche von jeder mit seiner unterliegenden n-Typ-Schicht 3 in Kontakt ist, während ein jeweiliger n+-Typ-Niedrigwiderstandsbereich 7a seine Bodenbereichsfläche innerhalb der nicht dotieren Siliziumschicht 10 innewohnend hat.
  • Was die p-Typ-Schicht 4 zur Verwendung als einen Transistor-Kanal-Bereich betrifft, ist diese ähnlich durch selektive Ionenimplantation von Bor (B) herstellbar.
  • Ein Ausbilden der n-Typ-Schicht 3, ausschließlich an einem ausgewählten Abschnitt gerade neben dem Kanal-Bereich auf diese Weise, erzwingt, dass die Bodenbereichsoberflächen von Source-/Drain-Niedrigwiderstandsbereichen 7a innerhalb der nicht-dotierten, inhärenten („i"-Typ)-Siliziumschicht 10 verbleiben. Dies ermöglicht es, ferner die Source-/Drain-Verbindungskapazitätswerte zu reduzieren.
  • Die obigen Ausführungsformen wurden unter einer Annahme dargelegt, dass diese hauptsächlich SODELFETs als vollständig darin einbezogene verarmbare Transistorvorrichtungen verwenden. Demgemäß ist die Schwellwertspannung eines FD-SODELFET durch die Arbeitsfunktion davon bestimmbar, welches dazu führt, dass die Flexibilität einer Einstellung relativ gering verbleibt. Jedoch ist es im Falle von verbesserten LSIs im allgemeinen erforderlich, eine höhere Leistung durch eine Optimierung eines Schaltungsentwurfes zu erreichen, indem auf einem Chip eine Mischung aus mehreren MISFETs befestigt wird, welche sich in der Schwellwertspannung voneinander unterscheiden. Um dies zu tun, würde lediglich die Verwendung von vollständig verarmten Vorrichtungen in einigen Fällen zum Auftreten von Schwierigkeiten führen.
  • Die Abhilfe zu diesem Problem ist wie folgt: Das selektive Ionenimplantationsschema, wie in Verbindung mit der dritten Ausführungsform erwähnt, wird zur Integration von einer Mehrzahl von MISFETs mit unterschiedlichen Schwellwertspannungen verwendet, indem Kanal-Bereiche in ihrer Störstellen-Konzentration und/oder ihren Dicke-Werten unterschiedlich erstellt werden. Eine Ausführungsform, welche dieses Schema verwendet, wird im folgenden dargelegt.
  • Vierte Ausführungsform
  • Ein Aufbau eines Hauptteils eines LSI-Chips mit einem FD-SODELFET und einem normalen Massen-FET, welche zusammen integriert sind, ist im Querschnitt in 16 angezeigt, wobei der FD-SODELFET im Prinzip gleich dem der oben erwähnten dritten Ausführungsform ist. Der darstellhafte „Hybrid"-LSI-Vorrichtungsaufbau wird nun gemäß eines Ablaufs seiner Fabrikations-Prozessschritte erläutert. Wie beim Fabrikationsprozess der ersten Ausführungsform, wird ein Epitaxie-Wachstum einer undotierten oder nicht-dotierten Siliziumschicht 10 auf einem Siliziumsubstrat 1 mit einer darin ausgebildeten p-Typ-Schicht vorgenommen. Dann wird ein Element-Isolationsfilm 30 in jedem Element-Isolationsbereich durch schmale Grabenisolations-(STI)-Techniken eingebettet oder eingegraben. Wenn notwendig, kann die p-Typ-Schicht 2 selektiv durch eine Ionenimplantation lediglich in einem SODELFET-Bereich ausgebildet werden, anstelle dass sie so ausgebildet wird, dass sie eine gesamte Oberfläche des Substrates bedeckt.
  • Danach wird der FD-SODELFET-Bereich vor einer Ausbildung von einer Gate-Elektrode 6 einer selektiven Ionenimplantation unterworfen, welche ähnlich der in Verbindung mit der vierten Ausführungsform diskutierten ist, wodurch sequentiell eine n-Typ-Schicht 3 und eine p-Typ-Schicht 4 ausgebildet wird. In einem Massen-FET-Bereich wird die durch Epitaxie-Wachstum nicht dotierte Siliziumschicht 10 einer weiteren selektiven Ionenimplantation unterworfen, welches eine p-Typ Massen-Schicht (d.h. ein Kanalkörper) 31 ausbildet, welche tief genug ist, um die unterliegende p-Typ-Schicht 2 zu erreichen. Ferner kann eine Kanal-Ionenimplantation vorgenommen werden, wenn die Notwendigkeit dies erfordert. Dann wird die Gate-Elektrode 6 in jedem Elementausbildungsbereich ausgebildet. Als nächstes werden Source/Drain n-Typ Erstreckungs-Bereiche 7b und n+-Typ Niedrigwiderstandsbereiche 7a im wesentlichen gleichzeitig ausgebildet.
  • Dadurch ist es möglich, auf einem Hybrid-LSI-Chip mehr als einen FD-SODELFET und Massen-FET zu integrieren, welche in ihrer Schwellwertspannung zueinander unterschiedlich sind.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Ein Hybrid-LSI-Vorrichtungsaufbau, welcher ebenfalls die Erfindung mit einem FD-SODELFET und einem PD-SODELFET, welche zusammen integriert sind, ausführt, ist in 17 gezeigt, wobei der PD-SODELFET ein teilweise verarmbares Element ist, welches keine vollständige Verarmbarkeit hat, und zwar sogar nach Ausbildung von einer Kanal-Inversionsschicht. Der gezeigte FD-SODELFET ist durch einen ähnlichen Prozess zu dem in 16 gezeigten herstellbar. Bezogen auf den PD-SODELFET, sind dessen n-Typ-Schicht 3a und p-Typ-Schicht 4a sequentiell unter spezifischen Ionenimplantations-Bedingungen hergestellt, welche zum FD-SODELFET unterschiedlich sind. Es ist hier zu erwähnen, dass die n-Typ-Schicht 3a eines PD-SODELFET in ihren Prozessbedingungen gleich einer n-Typ-Schicht 3 auf der FD-SODELFET-Seite sein kann. Zumindest die PD-SODELFET p-Typ-Schicht 4a ist auf eine solche Weise auszubilden, dass sie sowohl in ihrer Störstellen-Konzentration als auch ihrer Dicke größer als die p-Typ-Schicht 4 des FD-SODELFET ist. Bei dem Aufbau von 17 ist die p-Typ-Schicht 4a in ihrer Diffusionstiefe größer oder „tiefer" als die Source-/Drain-Erstreckungs-Bereiche 7b, und zusätzlich schmaler als n+-Niedrigwiderstands-Bereiche 7a. Es ist ebenfalls zu erwähnen, dass die p-Typ-Schicht 4a und n-Typ-Schicht 3a selektiv an einer Stelle ausgebildet sind, welche unmittelbar neben einem damit in Zusammenhang stehenden Kanal-Bereich ist. Die n-Typ-Schicht 3a hat ihre gegenüberliegenden Anschluss-Endabschnitte jeweils mit Source-/Drain-Erstreckungs-Bereichen 7b verbunden.
  • Es wird auf 18 Bezug genommen, welche einen beispielhaften Ausdruck einer Störstellen-Konzentrations-Verteilung von einem p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbau des PD-SODELFET im Vergleich mit der des in 2 gezeigten FD-SODELFET demonstriert. Die Bor-Konzentration der p-Typ-Schicht 4a ist höher als die von 2, und zwar ungefähr um eine Größenordnung. Durch eine solche Einstellung ist der beabsichtigte PD-SODELFET erlangbar, welcher in seiner Schwellwertspannung höher als der FD-SODELFET ist, und zulässt, dass eine p-Typ-Schicht 4a teilweise nach einer Ausbildung von einer Kanal-Inversionsschicht verarmt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die p-Typ-Schicht 4a durch eine Verarmungsschicht umgeben, welche zwischen ihr selber und einem Erstreckungs-Bereich 7b und der vollständig verarmten n- Typ-Schicht 3a auftritt, wodurch eine elektrisch „schwebende" p-Typ-Schicht erlangt wird.
  • 19 ist ein Kurvenverlauf, welcher eine Drain-Spannung Vd gegen Drain-Strom Id Eigenschaften des oben erwähnten PD-SODELFET mit einer Gate-Spannung Vg als einen Parameter zeigt, welcher durch Berechnung erlangt wurde. Hier ist die Gate-Länge Lg auf 70 nm eingestellt, die Versorgungsspannung beträgt Vdd = 1V und der Ausschaltstrom beträgt Ioff = 22,5 nA/μm. Wie anhand dieses Kurvenverlaufs zu erkennen, verhält sich der Drain-Strom Id so, dass er in seiner Intensität schnell bei einem bestimmten Wert einer Drain-Spannung Vd ansteigt. Dies ist dem Fachmann im Bereich der Halbleitervorrichtung als „Knick"-Eigenschaften bekannt. Diese Knick-Instabilität ist eine Eigenschaft, welche für PD-SODELFETs eindeutig ist, welche durch einen virtuellen Schwellwertspannungsabfall erlangbar ist, welcher aufgrund einer Teilverarmung der p-Typ-Schicht 4a auftritt. In der Praxis findet diese Knick-Eigenschaft nach einer virtuellen Reduktion der Schwellwertspannung statt, welche wiederum durch einen Mechanismus wie folgt verursacht wird: nach einem Überschreiten von einer bestimmten Drain-Spannung werden Löcher, wie sie durch eine Aufprall-Ionisation erzeugt werden, an der p-Typ-Schicht gespeichert oder akkumuliert.
  • Siehe hierzu ebenfalls 20. Diese zeigt einen Kurvenverlauf, welcher experimentelle Daten des PD-SODELFET zur Demonstration eines typischen Verlaufs einer Spannung Vb des Kanalkörpers (das heißt, eine p-Typ-Schicht 4a) als eine Zeitfunktion mit einem Epitaxie-Wachstum einer Dicke von einer Siliziumschicht 10 als einen Parameter zeigt, wenn verursacht wird, dass eine Drain-Spannung Vd mit der Zeit auf eine impulsähnliche Weise schnell schwankt, wie durch gepunktete Linien angezeigt, während eine Gate-Spannung Vg konstant gehalten wird. Wenn sich die Drain-Spannung Vd ändert, ändert sich das Körperpotential Vb demgemäß, welches wiederum gut demonstriert, dass die p-Typ-Schicht 4a im wesentlichen im schwebenden Zustand ist.
  • Sechste Ausführungsform
  • 21 zeigt einen integrierten Aufbau, welcher einen PD-SODELFET und einen normalen Massen-FET gemäß einer sechsten Ausführungsform hat. Die jeweiligen Kanalkörperaufbauten des PD-SODELFET und des Massen-FET sind ähnlich zu denen der Ausführungsform von 16. Die p-Typ-Schicht 4 des PD-SODELFET ist jedoch derart ausgebildet, dass sie eine höhere Störstellen-Konzentration als die des FD-SODELFET in 16 hat. Dadurch wird die p-Typ-Schicht 4 teilweise verarmt, wenn eine Kanal-Inversionsschicht ausgebildet wird. Im allgemeinen, wenn eine Metall-Gate-Elektrode als ein Massen-FET verwendet wird, wird eine Gate-Schwellwertspannung davon zu hoch. Im Gegensatz dazu, kann, gemäß dieser Ausführungsform, die Schwellwertspannung des Massen-FET niedriger eingestellt werden, daraus folgend ist es möglich, einen Massen-FET mit hoher Stromantriebsfähigkeit zu erlangen.
  • Es muss erwähnt werden, dass die FD-SODELFETs und PD-SODELFETs in 16, 17 und 21 derart modifizierbar sind, dass jeder derart aufgebaut ist, dass p-Typ-Schichten 9 als Halo-Bereiche an Stellen eingebrannt sind, welche jeweils gerade unterhalb der Source-/Drain-Erstreckungs-Bereiche 7b sind, wie in der Ausführungsform von 14.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung über eine beispielhafte Schaltung gegeben, welche bevorzugt in Fällen zu verwenden ist, in denen einer der FD-SODELFET und PD-SODELFET, welcher diese Erfindung ausführt, mit mehr als einem Massen-FET zur Integration auf einem Chip-Substrat zusammengefasst wird.
  • Siebte Ausführungsform
  • 22 zeigt einen Aufbau einer NAND-Gate Schaltung an, welche unter Verwendung einer seriellen Verbindung von drei n- Kanal-Transistoren QN1-QN3 und einer parallelen Kombination von p-Kanal-Transistoren QP1-QP3 angeordnet ist. Die n-Kanal-Transistoren QN1-QN3 sind jeweils seriell zwischen einem Ausgangsanschluss OUT und einem Erdungsanschluss Vss verbunden, wobei die Gates jeweils als Eingangsanschlüsse A, B und C dienen. Die p-Kanal-Transistoren QP1-QP3 sind parallel zwischen dem Ausgangsanschluss AUSGANG und einem Energieversorgungsanschluss Vdd verbunden, wobei die Gates mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen A-C verbunden sind. Durch die darstellhafte Schaltung werden, im Falle, dass standardisierte oder herkömmliche MISFETs darin verwendet werden, in ihrem Potential unterschiedliche Substratvorspannungen an die in Längsrichtung gestapelten Transistoren QN1-QN3 angelegt, welches bei diesen Transistoren dazu führt, dass sie in ihrer Schwellspannung zueinander virtuell unterschiedlich werden.
  • Um dies zu vermeiden, sind die Transistoren QN1-QN3 aus FD-SODELFETs, PD-SODELFETs, wie in 1 gezeigt, oder aus PD-SODELFETs, wie in 17 gezeigt, ausgebildet, welche in ihrem Substratvorspannungseinfluss inhärent geringer sind als Massen-FETs. Im Gegensatz dazu sind die p-Kanal-Transistoren QP1-QP3 derart entworfen, dass sie Massen-FETs verwenden, welche den gleichen Aufbau, wie in 16 gezeigt, haben und einen geringeren Kriechstrom haben, welcher andererseits aufgrund des Vorliegens von möglichen parasitären bipolaren Transistorbauteilen auftritt. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, eine höhere Betriebsstabilität und ebenfalls höhere Rauschabstände zu erlangen.
  • Achte Ausführungsform
  • Bezogen auf 23 ist eine dynamische „Domino"-Schaltung gezeigt. N-Kanal-Transistoren QN11-QN13, welche zwischen Knoten N1 und N2 parallel verbunden sind, sind Schaltvorrichtungen, wobei die Gates jeweils als Eingangsanschlüsse A, B und C dienen. Zwischen dem Knoten N1 und einem Energieversorgungsanschluss Vdd ist ein Vorladungs-p-Kanal-Transistor QP11 bereitgestellt, dessen Gate durch ein Vorladungssignal PRE angetrieben wird. Ein n-Kanal-Aktivierungstransistor QN14 ist zwischen dem Knoten N2 und einem Erdungsanschluss Vss angeordnet, wobei dessen Gate durch ein Taktsignal CK angetrieben wird. Der Knoten N1 ist über einen Inverter INV mit einem Ausgangsanschluss AUS gekoppelt. Ferner ist zwischen dem Knoten N1 und dem Versorgungsanschluss Vdd ein p-Kanaltransistor QP12 bereitgestellt, welcher durch eine Spannung gesteuert wird, die am Ausgangsanschluss OUT erscheint.
  • Durch eine solche taktgetriebene dynamische Schaltung wird es schwierig, Hochgeschwindigkeitsbetriebe zu erreichen, wenn der Knoten N1 in seiner Kapazität signifikant ist. Zusätzlich kann dann, wenn die Transistoren QN11-QN13 eine große Source-/Drain-Verbindungskapazität haben, eine Speicherladung vom Knoten N1 verteilt werden, wenn der Vorladungstransistor QP11 und „Takt"-Transistor QN14 im Aus-Zustand sind, wobei Eingänge A, B und C von Transistoren QN11-QN13 auf einen „High"- oder „H"-Pegel gesetzt sind, welches bewirkt, dass Knoten N1, von welchem erwartet wird, dass er den „H"-Pegel = Vdd beibehält, im Potential wesentlich auf einen Pegel unterhalb von Vdd abnimmt. Ungünstigerweise, wenn die Kapazität geringer ist, neigt der resultierende Rauschabstand dann dazu, abzunehmen. Somit ist es erforderlich, die Kapazität vom Knoten N1 angesichts der Beziehung mit der Antreibbarkeit von Transistoren QN11-QN13, zu optimieren. Eine beispielhafte Annäherung, um diese Notwendigkeit zu treffen, liegt in der Verwendung von entweder FD-SODELFETs oder PD-SODELFETs, wie in 1 gezeigt, als Transistoren QN11-QN13, da diese FD/PD-SODELFETs dazu in der Lage sind, die Kapazität des Knotens N1 auf relativ niedrigen Pegeln beizubehalten, sobald Massen-FETs, wie in 16 gezeigt, als Transistoren QN14 und QP11 – 12 verwendet werden.
  • Durch eine solche Anordnung ist es möglich, die beabsichtigte Schaltung mit einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erlangen, ohne dass die Rauschabstände derer reduziert werden. Mit anderen Worten, im Falle, dass Massen-FETs ausschließlich dazu verwendet werden, um die dynamische Schaltung von 23 zu erstellen, nimmt der Knoten N1 in seiner Kapazität zu, welches zu einer Schwierigkeit bei einer Aufladung/Entladung dessen bei hohen Geschwindigkeiten führt. Im Gegensatz dazu, wenn Transistoren QN11-QN13 aus FD-/PD-SODELFETs ausgebildet sind, welche dazu in der Lage sind, die Kapazität von Knoten N1 auf relativ hohen Pegeln zu halten, ermöglicht dies, Hochgeschwindigkeitsbetriebe zu erlangen. Dies macht es ebenfalls möglich, das Spannungspotential zuverlässig zu halten, welches von Knoten N1 zu halten erwartet wird.
  • Alternativ würde eine einfache Anordnung von der Gesamtheit der dynamischen Schaltung von 23 unter Verwendung von SODELFETs zu einer Abnahme in einer Rauschwiderstandsfähigkeit führen, und zwar aufgrund der Tatsache, dass der Körperbereich im schwebenden Zustand verbleiben muss, welches bewirkt, dass parasitäre Bipolar-Transistoreffekte stattfinden, während zur selben Zeit der Knoten N1 in seiner Speicherladungsgröße verringert wird. Angesichts dessen sind die Transistoren QN11-QN13 aus SODELFETs ausgebildet, wohingegen die verbleibenden Abschnitte aus Massen-FETs sind. Dies ermöglicht es, sowohl den Rauschabstand als auch den Hochgeschwindigkeitsbetrieb gut zu optimieren, welche zueinander in einer Kompromissbeziehung stehen.
  • Es ist ebenfalls zu erwähnen, dass Analogschaltungen und/oder Leseverstärker-Schaltungen zur Verwendung mit Halbleiter-Speichervorrichtungen typischerweise aus Differenzverstärkern ausgebildet sind. Beispielsweise steht ein Differenzverstärker, welcher aus zwei komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Schaltungen ausgebildet ist, unter einer strikten Anforderung, dass solche zwei CMOS-Schaltungen in ihrer Schwellwertspannung zueinander exakt identisch sind. Jedoch, im Falle von SODELFETs, welche die Erfindung ausführen, kann dies zu einer Abweichung oder einem „Versatz" in Schwellwertspannungswerten unter Einfluss der Historie in der Vergangenheit führen, und zwar angesichts der Tatsache, dass ein Kanalkörperbereich, bzw. -bereiche, im schwebenden Zustand ist, bzw. sind. Dies gestaltet es eher schwierig, die Schwellwertspannungspegel von zwei CMOS-Schaltungen bei jeglichen Ereignissen anzuordnen. Daraus folgend, wird es, sogar beim LSI-Chip, welcher SODELFETs verwendet, welche die Erfindung ausführen, vorteilhaft sein, „Differenz-FET-für-Differenzanteil" Schemen" zu verwenden, um Massen-FETs für die Differenzverstärker zu verwenden.
  • Bei LSIs, die FD-SODELFETs verwenden, welche die Erfindung ausführen, ist es jedenfalls wirksam, zusätzlich eine Substratvorspannungs-Anwendungsschaltung zum selektiven Anlegen von einer Substratvorspannung zur Schwellwertspannungs-Einstellung auf die p-Typ-Schicht am unteren Teil anzulegen, und zwar im Falle, dass p/n/p-Verbindungs-Mehrfachschichtaufbauten separat in Einheiten von On-Chip-Elementen bereitgestellt sind. Besonders beim FD-SODELFET mit den p-Typ-Schichten 9, welche als Halo-Bereiche neben den Source-/Drain-Erstreckungs-Bereichen 7b ausgebildet sind, wie in 14 gezeigt, hat es sich bestätigt, dass eine Vorspannungsanwendung auf p-Typ-Schicht 2 den Aufbau einer verbesserten Schwellwertspannungs-Einstellbarkeit ermöglicht. Siehe in dieser Hinsicht 24, welche einen Ausdruck eines Drain-Stroms Id des FD-SODELFET von 14 als eine Funktion der Gatespannung Vg für unterschiedliche Substratvorspannungen Vsub zeigt, welche auf die p-Typ-Schicht angelegt werden. Bei Betrachtung dieses Id-Vg-Eigenschaftsschaubildes ist zu erkennen, dass ein LSI-Chip mit FD-SODELFETs von unterschiedlichen Schwellwertspannungspegeln, welche zusammen integriert sind, zu erlangen ist, indem die p-Typ-Schicht 2 in Abschnitten in Einheiten von On-Chip-Elementen unterteilt wird, und indem ebenfalls eine Substratvorspannungs-Anwendungsschaltung damit verbunden wird.
  • Es wurde erwähnt, dass es gemäß dieser Erfindung möglich ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche einen oder mehrere Transistoren hat, wobei die Vorrichtung dazu in der Lage ist, unter Verwendung von Massen-Halbleitern eine Verbesserung sowohl in der Miniaturisierung als auch in der Leistung zu erlangen, während zur selben Zeit der Aufbau dessen vereinfacht wird.
  • Neunte Ausführungsform
  • Sowohl die in 22 gezeigte NAND-Gateschaltung als auch die in 23 gezeigte dynamische Domino-Schaltung kann derart aufgebaut sein, dass sie eine Verbindung von SOIFETs und Massen-FETs verwendet, welche in einem teilweisen SOI-Substrat ausgebildet sind. 25 zeigt einen integrierten Aufbau eines SOIFET und eines Massen-FET, welche einstückig in einem teilweisen SOI-Substrat ausgebildet sind. Das teilweise SOI-Substrat hat einen SOI-Bereich, bei welchem eine dünne Siliziumschicht 103 oberhalb eines Siliziumsubstrats 101 ausgebildet ist, wobei ein Isolierfilm 102 dazwischen eingegraben ist, und einen Massen-Bereich, bei welchem kein Isolierfilm eingegraben ist.
  • Durch Verwendung eines solchen teilweisen SOI-Substrats wird der SOIFET in der Siliziumschicht 103 des SOI-Bereichs ausgebildet. Der SOIFET hat eine Gate-Elektrode 202, welche oberhalb der Siliziumschicht 103 ausgebildet ist, wobei ein Gate-Isolierfilm 201 dazwischengelegt ist, und Source-/Drain-Diffusionsschichten 203. Die Source-/Drain-Diffusionsschichten 203 sind derart ausgebildet, dass sie mit dem Isolierfilm 102 in Kontakt stehen. In einem solchen Fall, bei welchem die Siliziumschicht ausreichend dünn ist, wird der SOIFET ein vollständig verarmter FET. Im Massen-Bereich wird eine n-Typ (oder p-Typ)-Well-Schicht 301 ausgebildet. Der Massen-FET ist im Massen-Bereich ausgebildet, um eine Gate-Elektrode 303 zu haben, welche oberhalb der Well-Schicht 301, wobei ein Gate-Isolierfilm 302 dazwischen gelegt ist, und der Source-/Drain-Diffusionsschichten 304 ausgebildet ist.
  • Es sind n-Kanal-Transistoren QN1-QN3 bei der in 22 gezeigten NAND-Gateschaltung aus SOIFETs ausgebildet, wie in 25 gezeigt. Im Gegensatz dazu, sind p-Kanal-Transistoren QP1-QP3 in der NAND-Gateschaltung aus Massen-FETs ausgebildet, wie in 25 gezeigt. Daraus folgend, ist es, basierend auf der gleichen Begründung wie in der siebten Ausführungsform erläutert, möglich, eine höhere Betriebsstabilität und ebenfalls höhere Rauschabstände zu erlangen.
  • Die n-Kanal-Transistoren QN11-QN13 bei der in 23 gezeigten dynamischen Domino-Schaltung sind aus SOIFETs ausgebildet, wie in 25 gezeigt. Im Gegensatz dazu, sind p-Kanal-Transistoren QP1, QP12 und n-Kanal-Transistoren QP14 in der dynamischen Domino-Schaltung aus Massen-FETs, wie in 25 gezeigt, ausgebildet. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, die beabsichtigte Schaltung mit einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erlangen, ohne Rauschabstände zu reduzieren, und zwar ähnlich der achten Ausführungsform.
  • Obwohl die Ausführungsformen beschrieben wurden, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehen, sind dem Fachmann weitere Ausführungsform und Variationen, welche im Zusammenhang mit der Erfindung stehen, deutlich.

Claims (16)

  1. Halbleitervorrichtung, welche ein Halbleitersubstrat (1) und einen im Halbleitersubstrat (1) ausgebildeten ersten und zweiten Transistor hat, wobei jeder Transistor eine Gate-Elektrode (6), welche über dem Halbleitersubstrat (1) mit einem dazwischen eingelegten Gate-Dielektrikumfilm (5) ausgebildet ist, und Source- und Drain-Diffusionsschichten (7), welche im Halbleitersubstrat gegenüberliegend mit einem dazwischen eingeschobenen Kanal-Bereich an einer Stelle unmittelbar neben der Gate-Elektrode ausgebildet sind, enthält, wobei: der erste Transistor ferner eine erste mit Störstellen dotierte Schicht (4) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, welche in einem Oberflächen-Kanal-Bereich zwischen den Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) ausgebildet ist, eine zweite mit Störstellen dotierte Schicht (3) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, welche unterhalb der ersten mit Störstellen dotierten Schicht (4) ausgebildet ist, und eine dritte mit Störstellen dotierte Schicht (2) vom ersten Leitfähigkeitstyp, welche unterhalb der zweiten mit Störstellen dotierten Schicht (3) ausgebildet ist, enthält; die Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) des ersten Transistors jeweils aus einem Niedrigwiderstands-Bereich (7a) und einem Erstreckungs-Bereich (7b), welcher derart ausgebildet ist, dass er sich von diesem Niedrigwiderstands-Bereich (7a) aus zur Kanal-Bereichsseite erstreckt, ausgebildet sind, wobei der Erstreckungs-Bereich (7b) eine niedrigere Störstellen-Konzentration und eine geringere Tiefe als der Niedrigwiderstands-Bereich (7a) hat; die erste mit Störstellen dotierte Schicht (4) eine Störstellen-Konzentration und Dicke hat, welche derart bestimmt sind, um zu bewirken, dass diese Schicht (4) beim Ausbilden einer Kanal-Inversionsschicht vollständig oder teilweise erschöpft ist; und die zweite mit Störstellen dotierte Schicht (3) derart ausgebildet ist, dass die Tiefe von ihrer Kontaktstelle mit der dritten mit Störstellen dotierten Schicht (2) größer als die Kontaktstellen-Tiefe der Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) ist, während ihre Störstellen-Konzentration und Dicke derart bestimmt sind, um sicherzustellen, dass diese Schicht (3) aufgrund eines eingebauten Potentials, welches zwischen der ersten und dritten mit Störstellen dotierten Schicht (4, 2) erzeugbar ist, vollständig erschöpft ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die erste mit Störstellen dotierte Schicht (4) in ihrer Kontaktstellen-Tiefe gleich oder geringer ist als der Erstreckungs-Bereich (7b).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mit Störstellen dotierte Schicht in ihrer Störstellen-Konzentration und Dicke derart bestimmt ist, dass sie beim Ausbilden von einer Kanal-Inversionsschicht vollständig erschöpft ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mit Störstellen dotierte Schicht in ihrer Störstellen-Konzentration und Dicke derart bestimmt ist, dass sie beim Ausbilden von einer Kanal-Inversionsschicht teilweise erschöpft ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Boden-Oberfläche des Niedrigwiderstands-Bereichs (7a) des ersten Transistors innerhalb der zweiten mit Störstellen dotierten Schicht (3) befindet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite mit Störstellen dotierte Schicht (4, 3) Epitaxie-Schichten sind, welche mit Ionen implantierte Störstellen enthalten, und auf der dritten mit Störstellen dotierten Schicht (2) bereitgestellt sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite mit Störstellen dotierte Schicht (3) zwischen den Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) des ersten Transistors befindet, und dass die Niedrigwiderstands-Bereiche (7a) des ersten Transistors Boden-Oberflächen haben, welche sich innerhalb der zweiten mit Störstellen dotierten Schicht (3) befinden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine vierte mit Störstellen dotierte Schicht (9) enthält, welche eingegraben ist, um mit den Erstreckungs-Bereichen (7b) des ersten Transistors in Kontakt zu kommen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedrigwiderstands-Bereiche (7a) der Source-/Drain-Erstreckungsbereiche (7) des ersten Transistors derart ausgebildet sind, dass sie Kopf-Oberflächen haben, deren Pegel höher ist als der des Gate-Dielektrikumfilms (5).
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Elektroden (6) des ersten und zweiten Transistors jeweils einen Metallfilm (6a) haben, welcher mit ihrem unterliegenden Gate-Dielektrikumfilm (5) in Kontakt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Elektroden (6) des ersten und zweiten Transistors aus einem Metallfilm ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Elektroden (6) des ersten und zweiten Transistors aus einem Polysiliziumfilm ausgebildet sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transistor in einem Abschnitt des Halbleitersubstrats (1), welcher unmittelbar neben der Gate-Elektrode (6) liegt, eine Hauptschicht (31) des ersten Leitfähigkeitstyps hat, welche als eine mit Störstellen dotierte Schicht tiefer als die Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transistor ferner eine fünfte mit Störstellen dotierte Schicht (4a) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei sie im Kanal-Bereich zwischen den Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) ausgebildet ist, eine sechste mit Störstellen dotierte Schicht (3a) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei sie unterhalb der fünften mit Störstellen dotierten Schicht (4a) ausgebildet ist, und eine siebte mit Störstellen dotierte Schicht (2) der ersten Leitfähigkeit, wobei sie unterhalb der sechsten mit Störstellen dotierte Schicht (3a) ausgebildet ist, enthält, wobei bei der fünften mit Störstellen dotierten Schicht (4a) ihre Kontaktstellen-Tiefe größer als die der ersten mit Störstellen dotierten Schicht (4) des ersten Transistors ist, und sie ebenfalls eine Störstellen-Konzentration und Dicke hat, welche derart bestimmt sind, um sicherzustellen, dass diese Schicht (4a) beim Ausbilden von einer Kanal-Inversionsschicht teilweise erschöpft ist, wobei bei der sechsten mit Störstellen dotierten Schicht (3a) ihre Tiefe von ihrer Kontaktstelle mit der siebten mit Störstellen dotierten Schicht (2) größer als die Kontaktstellen-Tiefe der Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) ist, während die sechste Schicht (3a) durch ein eingebautes Potential, welches zwischen der fünften und siebten mit Störstellen dotierten Schicht (4a, 2) erzeugbar ist, vollständig erschöpft belassen wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte mit Störstellen dotierte Schicht (4a) selektiv derart ausgebildet ist, dass ihre Kontaktstellen-Tiefe größer als die der Erstreckungs-Bereiche (7b) der Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) ist, wohingegen die sechste mit Störstellen dotierte Schicht (3a) selektiv derart ausgebildet ist, dass ihre gegenüberliegenden Endabschnitte in Kontakt mit den Erstreckungs-Bereichen (7b) der Source-/Drain-Diffusionsschichten (7) belassen werden.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte und sechste mit Störstellen dotierte Schicht (4a, 3a) mit Ionen implantierte Bereiche der Halbleiter Epitaxie-Schicht (10) sind, welche darin die dritte und siebte mit Störstellen dotierte Schicht (2) ausgebildet hat.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedrigwiderstands-Bereiche (7a) der Source-/Drain-Erstreckungsbereiche (7) des zweiten Transistors derart ausgebildet sind, dass deren Kopf-Oberflächen eine höheren Pegel haben als der Gate-Dielektrikumfilm (5).
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