DE10233663A1 - Production of a SOI substrate comprises preparing a SOI substrate by embedding a trenched oxide layer between a crystalline silicon layer and a silicon substrate - Google Patents

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Abstract

Production of a SOI substrate comprises preparing a SOI substrate by: (a) embedding a trenched oxide layer (BOX) between a crystalline silicon layer and a silicon substrate (Si); (b) applying a hard mask layer on at least one region of the silicon layer; (c) forming a window in the hard mask layer to expose the silicon layer in the window region; (d) removing the silicon layer in the window region by dry etching from a first silicon layer thickness to a second silicon layer thickness; and (e) removing the silicon layer in the window region by local oxidation of the silicon and wet chemical etching of the silicon oxide formed to a third silicon layer thickness.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats (Silicon-On-Insulator) für einen SOI-Feldeffekttransistor gemäß Anspruch 1.The invention relates to a method for the production of a SOI substrate (Silicon-On-Insulator) for one SOI field effect transistor according to claim 1.

Sogenannte fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) devices mit ultradünnen Kanalbereichen werden als vielversprechende Alternative für konventionelle bulk-Substrat-Transistoren in künftigen CMOS-Generationen angesehen. Bei derartigen SOI-MOSFETs handelt es sich um Feldeffekttransistoren, welche auf einem SOI-Substrat mit einer dünnen, einkristallinen Siliziumschicht (TOP-Siliziumschicht), welche auf einer darunter vergrabenen Oxidschicht angeordnet ist, prozessiert werden. Als besonders interessant für zukünftige CMOS-Generationen haben sich SOI-MOSFETs erwiesen, bei welchen die Schichtdicke des Siliziumfilms kleiner als die Tiefe der Verarmungszone ist, welche sich von der Silizium-Siliziumdioxid-Grenzfläche in die Siliziumschicht hinein erstreckt. Bei Threshholdspannung ist somit die Siliziumschicht vollständig verarmt, so daß derartige SOI-MOSFETs als fully depleted (FD) bezeichnet werden.So-called fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) devices with ultra-thin Channel areas are seen as a promising alternative to conventional bulk-substrate transistors in future CMOS generations considered. Such SOI MOSFETs are field effect transistors, which on a SOI substrate with a thin, single-crystalline silicon layer (TOP-silicon layer), which is arranged on an oxide layer buried underneath, be processed. Have been particularly interesting for future generations of CMOS SOI MOSFETs proven in which the layer thickness of the silicon film is smaller than the depth of the depletion zone, which extends from the silicon-silicon dioxide interface into the Silicon layer extends into it. So at Threshhold voltage is the silicon layer completely impoverished, so that SOI MOSFETs are referred to as fully depleted (FD).

Durch Herunterskalieren der Schichtdicke der einkristallinen Siliziumschicht des SOI-Substrats, welche bei bekannten SOI-MOSFETs der Body- bzw. Kanaldicke des Transistors entspricht, können Kurzkanaleffekte effektiv unterdrückt werden. Jedoch sind hierzu ultradünne Kanaldicken von 5 bis 10 nm notwendig. Die von S. Takagi et al. in IEDM Tech. Dic. (1997) Seite 219 veröffentlichten Simulationen zeigen, daß dies auch für undotierte Kanalgebiete gilt. Die Simulationen belegen außerdem, daß der Kanalbereich eine Schichtdicke von weniger als 10 nm haben sollte, um die Anforderungen der ITRS-Road Map, insbesondere an den Off-Strom des Transistors, zu erfüllen.By scaling down the layer thickness of the monocrystalline silicon layer of the SOI substrate, which in known SOI MOSFETs of the Body or channel thickness of the transistor corresponds to short-channel effects effectively suppressed become. However, ultra-thin channel thicknesses of 5 to 10 are required nm necessary. The data from S. Takagi et al. in IEDM Tech. Dic. (1997) Page 219 published Simulations show that this also for undoped Channel areas apply. The simulations also show that the channel area has a layer thickness of less than 10 nm should meet the requirements of the ITRS road map, especially to meet the off-current of the transistor.

Die zur Prozessierung derartiger SOI-MOSFETs notwendigen SOI-Substrate können mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise wurden anfänglich Laser- sowie Zonenschmelzrekristallisationsverfahren, sogenannte Epitaxial Lateral Overgrowth-Verfahren wowie SIMOX-Verfahren eingesetzt. In jüngerer Zeit kommen zumeist Wafer-Bonding Verfahren (beispielsweise ELTRAN oder UNIBOND) zum Einsatz, mit welchem eine defektarme, dünne, einkristalline Siliziumschicht auf einer vergrabenen SiO2-Schicht (buried oxide; BOX) angeordnet werden kann.The SOI substrates required for processing such SOI MOSFETs can be produced using different methods. For example, laser and zone melt recrystallization processes, so-called epitaxial lateral overgrowth processes and SIMOX processes, were initially used. Recently, wafer bonding methods (for example ELTRAN or UNIBOND) have mostly been used, with which a low-defect, thin, single-crystal silicon layer can be arranged on a buried SiO 2 layer (buried oxide; BOX).

Die obengenannten Verfahren zur Herstellung ultradünner SOI-Substrate erzeugen sämtlich eine dünne Top-Siliziumschicht mit homogener Dicke über den gesamten Wafer. Zwar kann die Schichtdicke der Top-Siliziumschicht bis in Dickenbereiche gesenkt werden, welche für neuartige FD-SOI-MOSFETs interessant sind, jedoch hat sich die niederohmige Source- bzw. Drainkontaktierung derartiger SOI-MOSFETs als problematisch erwiesen. Werden im Herstellungsprozeß derartiger SOI-MOSFETs Lithographie- und Ätzprozesse zur Öffnung von Source- bzw. Drainfenstern eingesetzt, mit welchen zur Erstellung von Source- bzw. Drainkontakten die Top-Siliziumschicht des SOI-Substrats freigelegt werden soll, wird hierbei oftmals die äußerst dünne Top-Siliziumschicht zerstört. So stoppt bei Siliziumschichtdicken, welche unter 30 nm liegen, der Ätzschritt zum Öffnen des Fensters aufgrund der nicht ausreichenden Ätzselektivität nicht auf der Top-Siliziumschicht, sondern endet oftmals erst im darunterliegenden Siliziumsubstrat.The above manufacturing processes ultrathin Generate SOI substrates all one thin top silicon layer with homogeneous thickness over the entire wafer. Although the layer thickness of the top silicon layer down to the thickness ranges required for new FD-SOI-MOSFETs are interesting, but has the low-impedance source or drain contact such SOI MOSFETs proved problematic. Become such in the manufacturing process SOI-MOSFETs lithography and etching processes for opening of source or drain windows used with which to create the top silicon layer of the SOI substrate from source or drain contacts The extremely thin top silicon layer is often to be exposed destroyed. So stops at silicon layer thicknesses that are below 30 nm, the etching step to open the window due to insufficient etch selectivity on the top silicon layer, but often ends up in the silicon substrate below.

Versuche, in den Source- und Drainbereichen derartiger SOI-MOSFETs die Schichtdicke der Top-Siliziumschicht mittels lokaler selektiver Epitaxie lokal zu erhöhen, scheitern ebenfalls an der zu geringen Anfangsschichtdicke der einkristallinen Siliziumschicht. Zwar wäre das selbstjustierte Aufwachsen von Silizium an entsprechenden Stellen mittels lokaler Epitaxie eine geeignete Möglichkeit zur Verminderung des Anschlußwiderstandes, jedoch sind ultradünne Top-Siliziumschichten mit Dicken von weniger als 20 nm gegenüber notwendigen Vorbereitungsschritten für eine lokale Epitaxie von Silizium nicht widerstandsfähig. So muß vor einer lokalen Epitaxie von Silizium eine Vortemperung (sogenanntes Pre-bake) durchgeführt werden, um auf der Top-Siliziumschicht vorhandene Oxidreste vor der Epitaxie zu entfernen. Bei den hierzu notwendigen Temperaturen reißen Top-Siliziumschichten mit Schichtdicken von weniger als etwa 20 nm jedoch regelmäßig auf.Try in the source and drain areas such SOI MOSFETs the layer thickness of the top silicon layer using local selective Locally increase epitaxy also fail due to the insufficient initial layer thickness of the single-crystalline ones Silicon layer. Would be the self-aligned growth of silicon at appropriate points using local epitaxy is a suitable way of reducing the connection resistance, however, are ultra thin Top silicon layers with thicknesses of less than 20 nm compared to necessary Preparation steps for a local epitaxy of silicon is not resistant. So must before a local epitaxy of silicon, a preheating (so-called pre-bake) carried out to be on the top silicon layer remove existing oxide residues before epitaxy. With this necessary temperatures tear Top silicon layers with layer thicknesses of less than about 20 nm, however, regularly.

Von Uchida et al. wurde daher in IEDM Techn. Dig. 2001 ("Experimental Evidences of Quantum-Mechanical Effects on Low-field Mobility, Gate-Channel Capacitance, and Threshold Voltage of Utrathin Body SOI MOSFETs) SOI-MOSFETs vorgeschlagen, welche auf SOI-Substraten vergleichsweise dicken Top-Siliziumschichten prozessiert werden. Die Top-Siliziumschicht wird jedoch während der MOSFET-Prozessierung in den Kanalgebieten lokal "gedünnt". Ausgehend von SOI-Substraten mit 200 nm dicken Siliziumschichten wurden SOI-MOSFETs hergestellt, bei welchen die Body- bzw. Kanaldicke auf bis zu 7 nm gesenkt wurde. Die Schichtdicke der Top-Siliziumschicht in den Source- und Drainbereichen der SOI-MOSFETs lag dabei in einem Bereich, welcher eine lokale Epitaxie zur Verminderung des Kontaktwiderstandes ermöglichen würde.By Uchida et al. was therefore in IEDM Techn. Dig. 2001 ("Experimental Evidences of Quantum-Mechanical Effects on low-field mobility, gate-channel capacity, and threshold Voltage of Utrathin Body SOI MOSFETs) SOI MOSFETs proposed which are comparatively thick top silicon layers on SOI substrates be processed. The top silicon layer however, during the MOSFET processing locally "thinned" in the channel areas. outgoing of SOI substrates SOI MOSFETs were manufactured with 200 nm thick silicon layers, in which the Body or channel thickness was reduced to 7 nm. The layer thickness the top silicon layer in the source and drain areas of the SOI MOSFETs there was an area which is a local epitaxy to reduce contact resistance would enable.

Jedoch weist das in der oben genannten Veröffentlichung von Uchida et al. vorgeschlagene Herstellungsverfahren für ultradünne SOI-MOSFETs gravierende Nachteile, insbesondere bei der Herstellung von Kurzkanal-MOSFETs auf. So ist der Source-Drainwiderstand eines derart hergestellten SOI-MOSFETs, insbesondere bei einer Kurzkanalgeometrie, zu hoch, was zu unbefriedigenden Transistoreigenschaften führt.However, in the above-mentioned Uchida et al. Proposed manufacturing processes for ultra-thin SOI-MOSFETs have serious disadvantages, especially in the manufacture of short-channel MOSFETs. The source-drain resistance of an SOI-MOSFET manufactured in this way is too high, in particular in the case of a short-channel geometry, which leads to unsatisfactory transis gate properties leads.

Angesichts der obengenannten Nachteile ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats für einen SOI-Feldeffekttransistor anzugeben, welches die Prozessierung eines ultradünnen SOI-MOSFETs mit verringertem Source-Drain-Widerstand gestattet.Given the above disadvantages it is an object of the invention to provide a method for producing a SOI substrate for specify an SOI field effect transistor, which is the processing of an ultra thin SOI MOSFETs with reduced source-drain resistance allowed.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is accomplished through a process according to claim 1 solved. Preferred embodiments are subject to the dependent Expectations.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats für einen SOI-Feldeffekttransistor folgende Schritte in dieser Reihenfolge:

  • (a) Bereitstellen eines SOI-Substrats, bei welchem eine vergrabene Oxidschicht zwischen einer kristallinen Siliziumschicht und einem Substrat eingebettet ist;
  • (b) Aufbringen einer Hartmaskenschicht auf zumindest einem Bereich der Siliziumschicht;
  • (c) Öffnen eines Fensters in der Hartmaskenschicht zum Freilegen der Siliziumschicht in einem Fensterbereich;
  • (d) Abtragen der Siliziumschicht in dem Fensterbereich durch einen Trockenätzprozeß von einer ersten Siliziumschichtdicke d1 auf eine zweite Siliziumschichtdicke d2; und
  • (e) Abtragen der Siliziumschicht in dem Fensterbereich durch lokale Oxidation des Siliziums und nachfolgendes naßchemisches Ätzen des gebildeten Siliziumoxids auf eine dritte Siliziumschichtdicke d3.
According to the invention, a method for producing an SOI substrate for an SOI field-effect transistor comprises the following steps in this order:
  • (a) providing an SOI substrate in which a buried oxide layer is embedded between a crystalline silicon layer and a substrate;
  • (b) applying a hard mask layer on at least a region of the silicon layer;
  • (c) opening a window in the hard mask layer to expose the silicon layer in a window area;
  • (d) removing the silicon layer in the window area by a dry etching process from a first silicon layer thickness d1 to a second silicon layer thickness d2; and
  • (e) removing the silicon layer in the window area by local oxidation of the silicon and subsequent wet chemical etching of the silicon oxide formed to a third silicon layer thickness d3.

Gemäß der Erfindung wird ein zweistufiger Abtragungsprozeß für die kristalline Siliziumschicht (Top-Siliziumschicht) vorgeschlagen. In einem ersten anisotropen Ätzschritt, bei welchem es sich beispielsweise um einen RIE-Prozeß (Reactive Ion Etching) handeln kann, wird zunächst die Siliziumschicht im Bereich des späteren Kanals des SOI-Transistors "vorgedünnt". Da die Ätzraten eines Trockenätzprozesses eine ausgeprägte Richtungsabhängigkeit aufweisen, wird die Siliziumschicht in anisotroper Weise im wesentlichen parallel zu der Normalenrichtung des Substrats gedünnt. Im Vergleich dazu ist die Ätzrate entlang den entstehenden Ätzflanken der Siliziumschicht, welche im wesentlichen parallel zu der Normalenrichtung des Substrats verlaufen, erheblich kleiner.According to the invention, a two-stage removal process for the crystalline Silicon layer (top silicon layer) proposed. In a first anisotropic etching step, which is, for example, an RIE process (Reactive Ion etching), the silicon layer in the area of the later Channel of the SOI transistor "pre-thinned". Because the etch rates a dry etching process a pronounced one directionality have, the silicon layer in an anisotropic manner essentially thinned parallel to the normal direction of the substrate. in the Comparison is the etch rate along the resulting etching flanks the silicon layer, which is substantially parallel to the normal direction of the substrate run, significantly smaller.

Mittels des Trockenätzprozesses wird die Siliziumschicht von einer Ursprungsdicke d1, welche der Schichtdicke der Top-Siliziumschicht des SOI-Ausgangssubstrats entspricht, auf eine zweite, kleinere Siliziumschichtdicke d2 abgetragen. Nachfolgend wird ein zweiter Abtragungsprozeß durchgeführt, bei welchem die bereits vorgedünnte Siliziumschicht von der zweiten Siliziumschichtdicke d2 auf eine dritte, kleinere Siliziumschichtdicke d3 mittels lokaler Oxidation des Siliziums zu SiO2 und nachfolgendem naßchemischen Ätzen des SiO2 verkleinert wird.By means of the dry etching process, the silicon layer is removed from an original thickness d1, which corresponds to the layer thickness of the top silicon layer of the SOI starting substrate, to a second, smaller silicon layer thickness d 2 . A second removal process is then carried out, in which the already thinned silicon layer is reduced from the second silicon layer thickness d 2 to a third, smaller silicon layer thickness d 3 by means of local oxidation of the silicon to SiO 2 and subsequent wet-chemical etching of the SiO 2 .

Der zweistufige Abtragungsprozeß der Siliziumschicht im Bereich des späteren Kanals der SOI-Transistors erzeugt ein Flankenprofil in der Top-Siliziumschicht, welches eine nachfolgende Prozessierung eines SOI-MOSFETs mit deutlich geringerem Source-Drainwiderstand (Kanalwiderstand) ermöglicht. Zwar lassen sich durch Abtragungsprozesse, welche auf einer lokalen Oxidation von Silizium und nachfolgendem naßchemischen Ätzen des Oxids beruhen, defektarme und glatte Ätzfronten erzielen. Jedoch weist eine derartige, "einstufig gedünnte" Siliziumschicht ein Flankenprofil auf, welches einen SOI-MOSFET mit vergleichsweise großem Kanalwiderstand ergibt. Als Ursache ist die Isotropie des auf lokaler Oxidation und naßchemischem Ätzen beruhenden Abtragungsprozesses der Siliziumschicht zu nennen. Ähnlich dem sogenannten "birds beak", wie er bei dem LOCOS-Verfahren (local oxidation of silicon) bekannt ist, werden durch den zweiten Abtragungsschritt der Siliziumschicht auch die Flankenbereiche der Top-Siliziumschicht rückgeätzt. Hierdurch kommt es zu einer unerwünschten Unterätzung der Hartmaskenschicht auf einer Längenskala, welche größenordnungsmäßig der Ätztiefe in Normalenrichtung des Substrats entspricht.The two-stage removal process of the silicon layer in the area of later Channel of the SOI transistor creates an edge profile in the top silicon layer, which clearly shows a subsequent processing of an SOI-MOSFET allows lower source-drain resistance (channel resistance). Removal processes that are carried out on a local Oxidation of silicon and subsequent wet chemical etching of the oxide based, defect-free and smooth etching fronts achieve. However, such a "one-stage thinned" silicon layer an edge profile, which a SOI MOSFET with comparatively great Channel resistance results. The cause is the isotropy of the local Oxidation and wet chemical etching based Ablation process of the silicon layer to name. Similar to so-called "birds beak" as used in the LOCOS process (local oxidation of silicon) is known, through the second removal step of the silicon layer also the flank areas of the top silicon layer etched. hereby there is an undesirable undercutting of the Hard mask layer on a length scale, which is of the order of magnitude of the etching depth in Corresponds to the normal direction of the substrate.

Durch das erfindungsgemäße zweistufige Abtragungsverfahren der Siliziumschicht wird dieses Problem effektiv gelöst. Dadurch, daß die Top-Siliziumschicht zunächst durch einen anisotropen Trockenätzprozeß "vorgedünnt" wird, muß lediglich eine kleinere Siliziumschichtdicke mittels des nachfolgenden Abtragungsprozesses durch lokale Oxidation und naßchemisches Ätzen entfernt werden. Folglich fällt auch die laterale Unterätzung unter die Hartmaske entsprechend geringer aus. Im Ergebnis erhält man ein Flankenprofil der Siliziumschicht, welches an den Randbereichen des gedünnten Bereichs steilere Flanken aufweist. Dies hat zur Folge, daß für den Stromfluß von einem Source- bzw. Drainkontakt in bzw. aus dem Transistorkanal ein größeres "Siliziumvolumen" in den an den Kanal angrenzenden Kontaktbereichen zur Verfügung steht. Dieser Effekt macht sich inbesondere bei Kurzkanaltransistoren bemerkbar.Through the two-stage removal process according to the invention the silicon layer effectively solves this problem. Thereby, that the Top silicon layer first is "pre-thinned" by an anisotropic dry etching process, only has to a smaller silicon layer thickness by means of the subsequent removal process removed by local oxidation and wet chemical etching become. Hence falls also the lateral undercut under the hard mask accordingly less. The result is a Edge profile of the silicon layer, which at the edge areas of the thinned Area has steeper flanks. This has the consequence that for the current flow of one Source or drain contact in or out of the transistor channel a larger "silicon volume" is available in the contact areas adjacent to the channel. This effect is particularly noticeable in short-channel transistors.

Bei der Hartmaskenschicht kann es sich beispielsweise um eine Siliziumnitrid-Hartmaskenschicht handeln, welche ganzflächig abgeschieden wird. Der Schritt (c) des Öffnens des Fensters in der Hartmaskenschicht umfaßt vorzugsweise einen Lithographie- und nachfolgenden Trockenätzschritt zur Strukturübertragung. Da durch die geometrische Abmessung des Fensters in der Hartmaskenschicht die spätere Kanallänge des SOI-MOSFETs festgelegt wird, sind im Falle von Kurzkanaltransistoren mit Gatelängen von weniger als 100 nm besondere Anforderungen an den Lithographieschritt zu stellen. Vorzugsweise wird in diesem Fall Elektronenstrahllithographie eingesetzt.The hard mask layer can be, for example, a silicon nitride hard mask layer, which is deposited over the entire surface. Step (c) of opening the window in the hard mask layer preferably comprises a lithography and subsequent dry etching step for structure transfer. Since the later channel length of the SOI-MOSFET is determined by the geometrical dimension of the window in the hard mask layer, special requirements must be placed on the lithography step in the case of short-channel transistors with gate lengths of less than 100 nm. Electron beam lithography is preferably used in this case.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die erste Siliziumschichtdicke d1 in einem Bereich von 20 nm bis 100 nm, vorzugsweise 25 nm bis 35 nm. Die Siliziumschichtdicke d1 entspricht der Schichtdicke der einkristallinen Siliziumschicht des SOI-Substrats, welche über den gesamten Wafer gleich groß ist. Da die Siliziumschichtdicke d1 zumindest 20 nm beträgt, ist die Siliziumschicht in "ungedünnten" Bereichen, d.h. insbesondere in den Source- bzw. Drainbereichen des SOI-Feldeffekttransistors, ausreichend dick, um einem Temperschritt (pre-bake) widerstehen zu können, welcher zur Vorbereitung der Source- bzw. Drainbereiche für eine lokale Siliziumepitaxie durchgeführt wird.According to a preferred embodiment the first silicon layer thickness d1 in a range from 20 nm to 100 nm, preferably 25 nm to 35 nm. The silicon layer thickness d1 corresponds to the layer thickness of the single-crystalline silicon layer of the SOI substrate, which via the entire wafer is the same size. Since the silicon layer thickness d1 is at least 20 nm the silicon layer in "undiluted" Areas, i.e. especially in the source or drain regions of the SOI field effect transistor, sufficiently thick to withstand a pre-bake step to be able which is used to prepare the source or drain areas for a local Silicon epitaxy performed becomes.

Vorzugsweise liegt die dritte Siliziumschichtdicke d3 in einem Bereich von 3 nm bis 15 nm, vorzugsweise 5 nm bis 10 nm. Die dritte Siliziumschichtdicke d3 entspricht der Kanaldicke des zu prozessierenden SOI-MOSFETs. Kanaldicken von weniger als 15 nm führen zu SOI-MOSFETs mit ultradünnen Kanälen, welche als FD-SOI-MOSFETs im Vergleich zu bulk-MOSFETs vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können in derartigen MOSFET-Architekturen Kurzkanaleffekte effektiv unterdrückt werden.Preferably, the third silicon layer thickness is d 3 in a range of 3 nm to 15 nm, preferably 5 nm to 10 nm. The third silicon layer thickness d 3 corresponds to the thickness of the channel to be processed SOI-MOSFETs. Channel thicknesses of less than 15 nm lead to SOI-MOSFETs with ultra-thin channels, which as FD-SOI-MOSFETs have advantageous properties compared to bulk-MOSFETs. In particular, short channel effects can be effectively suppressed in such MOSFET architectures.

Vorzugsweise gilt für die erste, zweite und dritte Siliziumschichtdicke d1, d2, d3 die Beziehung
0,5 ≤ (d1-d2)/(d1-d3) ≤ 0,9,
vorzugsweise 0, 7 ≤ (d1-d2)/(d1-d3) ≤ 0,9.
The relationship preferably applies to the first, second and third silicon layer thicknesses d 1 , d 2 , d 3
0.5 ≤ (i.e. 1 -d 2 ) / (D 1 -d 3 ) ≤ 0.9,
preferably 0.7 ≤ (d 1 -d 2 ) / (d 1 -d 3 ) ≤ 0.9.

Der Quotient (d1-d2)/(d1-d3) entspricht der Ätztiefe des Trockenätzprozesses im Verhältnis zu der Gesamtätztiefe des Trockenätzprozesses und des Oxidations-Naßätzprozesses. Dieses Verhältnis von Trockenätztiefe zu Gesamtätztiefe ist vorzugsweise größer als 0,5, so daß ein überwiegender Teil der Siliziumschicht mittels des anisotropen Ätzprozesses abgetragen wird. Vorzugsweise wird nur eine vergleichsweise geringe Schichtdicke der Siliziumschicht durch den nachfolgenden Oxidations- und naßchemischen Ätzschritt entfernt. Dies ermöglicht die Prozessierung von "gedünnten" Siliziumschichten, welche sich besonders gut für die Herstellung von FD-SOI-MOSFETs eignen.The quotient (d 1 -d 2 ) / (d 1 -d 3 ) corresponds to the etching depth of the dry etching process in relation to the total etching depth of the dry etching process and the wet oxidation etching process. This ratio of dry etching depth to total etching depth is preferably greater than 0.5, so that a predominant part of the silicon layer is removed by means of the anisotropic etching process. Preferably, only a comparatively small layer thickness of the silicon layer is removed by the subsequent oxidation and wet chemical etching step. This enables the processing of "thinned" silicon layers, which are particularly well suited for the production of FD-SOI-MOSFETs.

Vorzugsweise weist der Fensterbereich eine im wesentlichen rechtecksförmige Gestalt auf, dessen kürzere Kantenlänge im Bereich von 10 nm bis 500 nm, vorzugsweise 20 nm bis 40 nm liegt. Die kürzere Kantenlänge des rechtecksförmigen Fensterbereichs entspricht der Kanallänge des zu prozessierenden SOI-MOSFETs. Besondere Vorteile weist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren im Bereich kurzer Kanallängen auf, welche insbesondere unter 100 nm liegen.The window area preferably has an essentially rectangular one Shape up, the shorter one edge length is in the range of 10 nm to 500 nm, preferably 20 nm to 40 nm. The shorter one edge length of the rectangular The window area corresponds to the channel length of the process to be processed SOI MOSFETs. The production method according to the invention has particular advantages in the area of short channel lengths which are below 100 nm in particular.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Schritt (c) des Öffnens des Fensters ein Hartmaskenspacer an Flanken des Fensters der Hartmaske gebildet, welcher nach dem Schritt (e) des Abtragens der Siliziumschicht entfernt wird. Ein derartiger Hartmaskenspacer, welcher beispielsweise aus TEOS oder aus Siliziumnitrid gebildet sein kann, wird mit einem herkömmlichen Spacerbildungsverfahren an den Flanken der Hartmaske angebracht, so daß die parallel zur Normalenrichtung des Substrats verlaufenden Flächen der Hartmaske durch den Spacer "geschützt" sind. Durch diesen Hartmaskenspacer wird eine nochmalige Verbesserung des Flankenverlaufs der Top-Siliziumschicht in dem gedünnten Kanalbereich erzielt. Insbesondere kann durch den zusätzlichen Hartmaskenspacer der Abstand zwischen den "ungedünnten" Source- bzw. Drainkontakten und dem unter dem Gate gebildeten Transistorkanal weiter verkleinert werden.According to another preferred embodiment after opening (c) a hard mask spacer on the flanks of the window of the hard mask formed after the step (e) of removing the silicon layer Will get removed. Such a hard mask spacer, which for example can be formed from TEOS or from silicon nitride, with a usual Spacer formation process attached to the flanks of the hard mask, So that the Areas of the parallel to the normal direction of the substrate Hard mask are "protected" by the spacer. Through this hard mask spacer is a further improvement of the flank course of the top silicon layer in the thinned Channel area achieved. In particular, the additional Hartmaskenspacer the distance between the "undiluted" source or drain contacts and further reduced the transistor channel formed under the gate become.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren die weiteren nachfolgenden Schritte:

  • (f) Aufbringen eines Schutzoxids auf die Siliziumschicht in dem Fensterbereich;
  • (g) Bilden eines Spacers an Flanken des Fensters der Hartmaske und an Flanken der Siliziumschicht in dem Fensterbereich; und
  • (h) Abtragen des Schutzoxids.
According to a further preferred embodiment, the method comprises the further following steps:
  • (f) applying a protective oxide to the silicon layer in the window area;
  • (g) forming a spacer on flanks of the window of the hard mask and on flanks of the silicon layer in the window area; and
  • (h) removing the protective oxide.

Der Spacer an den Flanken des Fensters sowie der Siliziumschicht in dem Fensterbereich verhindert einen späteren elektrischen Kurzschluß zwischen dem Source- bzw. Drainkontakt einerseits und dem Gatekontakt andererseits. Bevorzugt wird der Spacer aus Siliziumnitrid oder TEOS gebildet.The spacer on the flanks of the window and the silicon layer in the window area prevents one later electrical short circuit between the source or drain contact on the one hand and the gate contact on the other. The spacer is preferably formed from silicon nitride or TEOS.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren die weiteren nachfolgenden Schritte:

  • (i) Aufbringen eines Gateoxids auf die Siliziumschicht in dem Fensterbereich;
  • (k) Aufbringen von Polysilizium zumindest auf das Gateoxid zur Bildung eines Gates des Feldeffekttransistors;
  • (l) Abtragen von auf der Hartmaske aufgebrachtem Polysilizium; und
  • (m) Entfernen der Hartmaske.
According to a further preferred embodiment, the method comprises the further following steps:
  • (i) applying a gate oxide to the silicon layer in the window area;
  • (k) applying polysilicon to at least the gate oxide to form a gate of the field effect transistor;
  • (l) removing polysilicon deposited on the hard mask; and
  • (m) removing the hard mask.

Ein besonderer Vorteil der Prozessierung des Gatekontakts besteht hierbei darin, daß kein zusätzlicher Lithographieschritt notwendig ist. Stattdessen handelt es sich um ein selbstjustierendes Verfahren, bei welchem die Hartmaske verwendet wird, welche zuvor zur Dünnung der Top-Siliziumschicht verwendet wurde.A particular advantage of processing the Gate contact consists in the fact that no additional lithography step necessary is. Instead, it is a self-adjusting one Method in which the hard mask is used, which previously for thinning the top silicon layer was used.

Vorzugsweise beinhaltet das Abtragen des Polysiliziums gemäß Schritt (l) einen Trockenätz- und/oder einen CMP-Prozeß (chemical mechanical polishing). Durch den Trockenätz- und/oder CMP-Prozeß wird die Polysiliziumdicke die dann bis auf die Hartmaskenhöhe abgetragen.Preferably, removal includes of the polysilicon according to step (l) a dry etching and / or a CMP process (chemical mechanical polishing). The polysilicon thickness is determined by the dry etching and / or CMP process which then up to the hard mask height ablated.

Vorzugsweise weist die Hartmaske eine Schichtdicke von 20 nm bis 100 nm auf, am meisten bevorzugt 30 nm bis 60 nm.The hard mask preferably has one Layer thickness of 20 nm to 100 nm, most preferably 30 nm to 60 nm.

Zusammenfassend sieht das erfindungsgemäße Verfahren eine Dünnung der Top-Siliziumschicht des SOI-Substrats nur in Bereichen vor, welche den Kanalbereichen des zu prozessierenden SOI-MOSFETs entsprechen, d.h. den Bereichen, welche sich unter dem Gate befinden. Dagegen wird die Siliziumschicht in den Source- und Drainbereichen nicht gedünnt. Dadurch ist die Kontaktierung prozeßtechnisch erheblich einfacher und ein hoher Anschlußwiderstand kann vermieden werden. Trotzdem sind die notwendigen ultradünnen Kanalgebiete realisierbar. Für die Prozeßkosten ist von Vorteil, daß keine zusätzliche Maske benötigt wird. Durch den vorgeschlagenen Prozeßablauf ist es möglich, Transistoren mit unterschiedlichen Kanaldicken und damit variablen elektronischen Eigenschaften herzustellen. Die Erzeugung erhöhter Source- bzw. Draingebiete (sogenannte "elevated S/D") mittels selektiver Epitaxie wird durch das gewählte Herstellungsverfahren ermöglicht.In summary, the method according to the invention sees a thinning the top silicon layer of the SOI substrate only in areas, which correspond to the channel areas of the SOI MOSFET to be processed, i.e. the areas under the gate. On the other hand the silicon layer in the source and drain regions does not thinned. As a result, the process technology makes contacting considerably easier and a high connection resistance can be avoided. Nevertheless, the necessary ultra-thin channel areas can be implemented. For the Costing is an advantage that none additional Mask needed becomes. The proposed process flow makes it possible to use transistors with different channel thicknesses and therefore variable electronic To produce properties. The generation of elevated source or drain areas (so-called "elevated S / D") by means of selective epitaxy is made possible by the chosen manufacturing process.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf begleitende Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:The invention is described below Reference to accompanying drawings of preferred embodiments described as an example. It shows:

112 Querschnittsansichten eines SOI-Substrats mit einem SOI-MOSFET in verschiedenen Herstellungsstadien gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung; 1 - 12 Cross-sectional views of an SOI substrate with an SOI MOSFET in various stages of manufacture in accordance with preferred embodiments of the invention;

13a eine Querschnittsansicht eines SOI-Substrats, welches durch lokale Oxidation gemäß einem nicht-erfindungsgemäßen Verfahren gedünnt wurde; 13a a cross-sectional view of an SOI substrate, which was thinned by local oxidation according to a method not according to the invention;

13b eine Querschnittsansicht eines SOI-Substrats mit lokal "gedünntem" Kanalbereich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 13b a cross-sectional view of an SOI substrate with a locally "thinned" channel region according to an embodiment of the invention; and

13c eine Querschnittsansicht der in 13b dargestellten Ausführungsform in einem späteren Prozeßstadium. 13c a cross-sectional view of the in 13b embodiment shown in a later process stage.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines SOI-Substrats für einen SOI-Feldeffekttransistor beschrieben. Die Figuren zeigen Querschnittsansichten des Verfahrensprodukts in den wichtigsten Verfahrensstadien, wobei irrelevante Verfahrensschritte, wie beispielsweise Implantationen, nicht dargestellt werden.The invention is described below with reference to two preferred embodiments of the method according to the invention for producing a SOI substrate for an SOI field-effect transistor. The Figures show cross-sectional views of the process product in FIGS main stages of the process, irrelevant process steps such as for example, implantations are not shown.

Die Grundschritte des Herstellungsverfahrens werden nachfolgend anhand der 112 beschrieben.The basic steps of the manufacturing process are described below using the 1 - 12 described.

In 1 ist das SOI-Grundmaterial in seinem unprozessierten Grundzustand dargestellt. Das SOI-Grundmaterial umfaßt ein Substrat Si, bei welchem es sich in diesem Fall um einen einkristallinen Siliziumwafer handelt. Mittels des sogenannten ELTRAN-Verfahrens wurde auf dem Siliziumsubstrat Si eine typischerweise 100 nm dicke vergrabene Siliziumoxidschicht angeordnet, welche als buried oxide (BOX) bezeichnet wird. An die dem Siliziumsubstrat Si abgewandte Fläche der vergrabenen Oxidschicht BOX grenzt eine beispielsweise 30 nm dicke einkristalline Siliziumschicht C-Si (sogenannte Top-Siliziumschicht) an. In dieser Top-Siliziumschicht C-Si verläuft der Kanal des zu prozessierenden SOI-Feldeffekttransistors.In 1 the basic SOI material is shown in its unprocessed basic state. The SOI base material comprises a substrate Si, which in this case is a single-crystal silicon wafer. Using the so-called ELTRAN process, a typically 100 nm thick buried silicon oxide layer, which is referred to as buried oxide (BOX), was arranged on the silicon substrate Si. Adjacent to the surface of the buried oxide layer BOX facing away from the silicon substrate Si is a 30 nm thick single-crystalline silicon layer C-Si (so-called top silicon layer). The channel of the SOI field-effect transistor to be processed runs in this top silicon layer C-Si.

In einem ersten Lithographie- und Ätzschritt werden zunächst die aktiven Gebiete (Mesen) definiert (2). Wie in 3 dargestellt ist, erfolgt im Anschluß die Prozessierung der Mesa-Spacer MS. Im einfachsten Fall wird hierzu ein geeignetes Spacermaterial, beispielsweise TEOS oder Siliziumnitrid, ganzflächig auf die BOX- und C-Si-Oberfläche abgeschieden. Ohne daß eine lithographische Definition der Spacerbereiche nötig wäre, können durch eine geeignete Steuerung des nachfolgenden Rückätzschritts Mesaspacer MS an den Mesaflanken gebildet werden. Im Anschluß wird, wie in 4 dargestellt ist, eine beispielsweise 50 nm dicke Nitridschicht für die Hartmaske HM abgeschieden. 5 zeigt den nachfolgenden Lithographieschritt zur Definition der Gate-Ebene. Die Lithographie kann sowohl optisch als auch mittels alternativen Methoden, beispielsweise durch Elektronenstrahllithographie, erfolgen. Hierzu wird ein geeigneter Resist auf die Hartmaskenschicht aufgesponnen, belichtet und entwickelt, um ein Fenster 10 in dem Resist zu öffnen, so daß in einem Fensterbereich 12 die Oberfläche der Hartmaske HM freiliegt. Mittels eines Trockenätzschritts, beispielsweise einem RIE-Ätzschritt wird die Struktur von dem Resist in die Hartmaske HM übertragen (6).In a first lithography and etching step, the active areas (mesen) are first defined ( 2 ). As in 3 is shown, the mesa spacer MS is then processed. In the simplest case, a suitable spacer material, for example TEOS or silicon nitride, is deposited over the entire surface of the BOX and C-Si surface. Without a lithographic definition of the spacer regions being necessary, Mesaspacer MS can be formed on the mesa flanks by suitable control of the subsequent etching back step. Subsequently, as in 4 a nitride layer, for example 50 nm thick, is deposited for the hard mask HM. 5 shows the subsequent lithography step for defining the gate level. The lithography can be done optically as well as by alternative methods, for example by electron beam lithography. For this purpose, a suitable resist is spun on the hard mask layer, exposed and developed around a window 10 open in the resist so that in a window area 12 the surface of the hard mask HM is exposed. The structure is transferred from the resist into the hard mask HM using a dry etching step, for example an RIE etching step ( 6 ).

In 6a6f werden zwei alternative, bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, welche sich an das Verfahrensstadium anschließen, welches in 6 gezeigt ist.In 6a - 6f Two alternative, preferred embodiment variants of the method according to the invention are described which follow the stage of the method which is described in 6 is shown.

Zunächst wird die in den 6a6c dargestellte Verfahrensvariante beschrieben. Um ein für den zu prozessierenden SOI-MOSFET möglichst günstiges Flankenprofil in der Siliziumschicht C-Si zu erzeugen, wird die in dem Fensterbereich freiliegende Siliziumschicht C-Si zunächst mittels eines Trockenätzprozesses, beispielsweise eines RIE-Ätzprozesses, lokal gedünnt. Die Bereiche 14 und 16, welche später die Source- bzw. Drainbereiche der Siliziumschicht C-Si darstellen, werden durch diesen Abtragungsprozeß nicht angegriffen. Die Abtragung der Siliziumschicht C-Si erfolgt ausschließlich in dem Fensterbereich 12, so daß die Siliziumschichtdicke in den angrenzenden Source- und Drainbereichen 14, 16 nicht verringert wird. Durch das stark anisotrope Ätzverhalten des verwendeten Trockenätzprozesses werden steile Ätzflanken erzeugt, so daß sich die Siliziumschichtdicke der einkristallinen Siliziumschicht C-Si im Flankenbereich sprunghaft ändert.First, the in the 6a - 6c described method variant described. In order to generate a flank profile in the silicon layer C-Si that is as favorable as possible for the SOI-MOSFET to be processed, the silicon layer C-Si exposed in the window area is first locally thinned by means of a dry etching process, for example an RIE etching process. The areas 14 and 16 which later represent the source or drain regions of the silicon layer C-Si are not attacked by this removal process. The silicon layer C-Si is only removed in the window area 12 , so that the silicon layer thickness in the adjacent source and drain regions 14 . 16 is not reduced. Due to the strongly anisotropic etching behavior of the dry etching process used, steep etching flanks are generated, so that the silicon layer thickness of the single-crystal silicon layer C-Si changes abruptly in the flank region.

Im Anschluß an den anisotropen Ätzprozeß wird eine lokale Oxidation der Siliziumschicht C-Si zu SiO2 mit nachfolgender naßchemischer Rückätzung des SiO2 verwendet. Die Oberfläche der Siliziumschicht C-Si wird durch diesen kombinierten Oxidations- und naßchemischen Ätzschritt geglättet und auf ihre endgültige Siliziumschichtdicke d3 gedünnt. In 6b ist das Verfahrensstadium nach Beendigung der Oxidation der Siliziumschicht C-Si dargestellt. Wie beispielsweise aus der sogenannten LOCOS-Technik bekannt ist, führt die Oxidation der Siliziumschicht C-Si zu einer isotropen Oxidation, welche auch die zuvor erzeugten vertikalen Flanken der Siliziumschicht C-Si angreift. Weiterhin wird, wie schematisch in 6b angedeutet ist, die Hartmaske HM durch den Oxidationsprozeß lokal unterfangen. 6c zeigt das Verfahrensprodukt nach Beendigung des naßchemischen Ätzschritts, mit welchem die Oxidschicht entfernt wird. Da mittels des naßchemischen Ätzschritts lediglich eine geringe Oxidschichtdicke abgetragen werden muß, bildet sich nur ein kleiner "birds beak" aus. In einem (nicht dargestellten) nachfolgenden Prozeßschritt werden an den Flanken der Siliziumschicht C-Si sowie der Hartmaske HM nachfolgend Spacer SP gebildet.Following the anisotropic etching process a local oxidation of the silicon layer C-Si to SiO 2 is used with subsequent wet chemical etching back of the SiO 2 . The surface of the silicon layer C-Si is smoothed by this combined oxidation and wet chemical etching step and thinned to its final silicon layer thickness d 3 . In 6b the process stage is shown after the oxidation of the silicon layer C-Si has ended. As is known, for example, from the so-called LOCOS technology, the oxidation of the silicon layer C-Si leads to an isotropic oxidation, which also attacks the previously generated vertical flanks of the silicon layer C-Si. Furthermore, as schematically in 6b it is indicated that the hard mask HM is locally underpinned by the oxidation process. 6c shows the process product after completion of the wet chemical etching step with which the oxide layer is removed. Since only a small oxide layer thickness has to be removed by means of the wet chemical etching step, only a small "birds beak" is formed. In a subsequent process step (not shown), spacers SP are subsequently formed on the flanks of the silicon layer C-Si and the hard mask HM.

Der in den 6d6f beschriebene alternative Verfahrensablauf stellt eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens dar. Bei diesem Herstellungsprozeß werden zusätzliche Hartmaskenspacer HS gebildet, bevor die Top-Siliziumschicht C-Si mittels des Trockenätzprozesses in dem Fensterbereich 12 gedünnt wird. Das Verfahrensprodukt nach Beendigung des Trockenätzprozesses ist in 6d dargestellt. Ähnlich wie in 6b und 6c werden nachfolgend ein lokaler Oxidationsschritt mit anschließendem naßchemischen Ätzschritt zur Abtragung der Siliziumschicht C-Si auf ihre endgültige Schichtdicke d3 durchgeführt. In 6e ist das Verfahrensprodukt vor dem naßchemischen Rückätzschritts des entstandenen Oxids dargestellt.The one in the 6d - 6f The alternative process sequence described represents a further improvement of the manufacturing method according to the invention. In this manufacturing process, additional hard mask spacers HS are formed before the top silicon layer C-Si by means of the dry etching process in the window area 12 is thinned. The process product after the end of the dry etching process is in 6d shown. Similar to 6b and 6c a local oxidation step is then carried out, followed by a wet chemical etching step to remove the silicon layer C-Si to its final layer thickness d 3 . In 6e the process product is shown before the wet chemical etching back step of the oxide formed.

Nach dem Ätzschritt werden in einem Spacerbildungsschritt Spacer SP an den Flanken der Hartmaske HM sowie der Siliziumschicht C-Si gebildet. Da die Hartmaske HM gegenüber der Top-Siliziumschicht C-Si durch die zuvor gebildeten Hartmaskenspacer HS zurückversetzt ist, ist es möglich, die Spacer SP derart zu bilden, daß sie lediglich eine minimale Berührungsfläche mit der Top-Siliziumschicht C-Si aufweisen. Dies hat zur Folge, daß der Abstand zwischen dem sich unter einem zu prozessierenden Gate des SOI-MOSFETs bildenden Kanal und dem Source- bzw. Drainbereich 14, 16 kleiner ist, als dies bei der in 6c dargestellten Ausführungsform möglich ist. Bei der in 6c dargestellten Ausführungsform nimmt der (nicht dargestellte) Spacer SP einen größeren Raum auf der gedünnten Top-Siliziumschicht ein. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen dem Source- bzw. Drainbereich 14, 16 und dem Kanal unter dem zu prozessierenden Gate bei der Ausführungsform gemäß 6a6c größer. Eine Vergrößerung des Abstands zwischen dem Kanal und dem Sourcebereich hat jedoch eine Erhöhung des Kanalwiderstands zur Folge, welche insbesondere bei Kurzkanaltransistoren störend sein kann. Für derartige Anwendungen ist demgemäß das anhand von 6d6f dargestellte Herstellungsverfahren von Vorteil.After the etching step, spacers SP are formed in a spacer formation step on the flanks of the hard mask HM and the silicon layer C-Si. Since the hard mask HM is set back from the top silicon layer C-Si by the previously formed hard mask spacers HS, it is possible to form the spacers SP in such a way that they have only a minimal contact area with the top silicon layer C-Si. This has the consequence that the distance between the channel formed under a gate of the SOI-MOSFET to be processed and the source or drain region 14 . 16 is smaller than in the 6c illustrated embodiment is possible. At the in 6c In the illustrated embodiment, the spacer SP (not shown) occupies a larger space on the thinned top silicon layer. In other words, the distance between the source and drain regions 14 . 16 and according to the channel under the gate to be processed in the embodiment 6a - 6c greater. However, an increase in the distance between the channel and the source region results in an increase in the channel resistance, which can be particularly troublesome in the case of short-channel transistors. For such applications, this is accordingly based on 6d - 6f illustrated manufacturing process is advantageous.

In den 13a bis 13c ist in stark schematisierten Querschnittsansichten nochmals der Vorteil eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens mit Hartmaskenspacern HS gegenüber einem herkömmlichen einstufigen Dünnungsverfahren der Siliziumschicht C-Si dargestellt. 13a zeigt ein SOI-Substrat, bei welchem die Top-Siliziumschicht C-Si ausschließlich durch lokale Oxidation und naßchemische Rückätzung gedünnt werden soll. Wie deutlich zu erkennen ist, bilden sich bei der Oxidation der Siliziumschicht Unterätzungen unter die Hartmaske HM, deren Abmessung im wesentlichen der Oxidationstiefe entlang der Normalenrichtung des Substrats entspricht. Diese Unterätzungen, welche ähnlich zu dem aus der LOCOS-Technik bekannten "birds beak" sind, haben nachteilige Eigenschaften auf den Source-Drain Widerstand des SOI-MOSFETs. Wie in 13b und 13c gezeigt ist, werden derartige Probleme bei dem bevorzugten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wirksam vermieden. 13b, welche im wesentlichen dem Verfahrenszustand von 6d entspricht, zeigt die durch die Trockenätzung lokal gedünnte Siliziumschicht C-Si. Während die ursprüngliche Siliziumschichtdicke d1 beträgt, wird durch den Trockenätzprozeß die Siliziumschicht C-Si auf eine Siliziumschichtdicke von d2 gedünnt. Im Anschluß erfolgt, wie in 13c ersichtlich ist, eine weitere Dünnung der Siliziumschicht C-Si auf die abschließende Siliziumschichtdicke d3 mittels lokaler Oxidation und naßchemischer Rückätzung. Im Verleich zu dem herkömmlichen Verfahren gemäß 13a ist der wesentlich verringerte birds beak deutlich zu erkennen.In the 13a to 13c the advantage of a manufacturing method according to the invention with hard mask spacers HS compared to a conventional one-step thinning process of the silicon layer C-Si is again shown in highly schematic cross-sectional views. 13a shows an SOI substrate in which the top silicon layer C-Si is to be thinned exclusively by local oxidation and wet chemical etching back. As can clearly be seen, under-etching forms under the hard mask HM during the oxidation of the silicon layer, the dimensions of which essentially correspond to the depth of oxidation along the normal direction of the substrate. These undercuts, which are similar to the "birds beak" known from LOCOS technology, have disadvantageous properties on the source-drain resistance of the SOI-MOSFET. As in 13b and 13c such problems are effectively avoided in the preferred manufacturing method of the present invention. 13b , which essentially corresponds to the process state of 6d shows the silicon layer C-Si thinned locally by the dry etching. While the original silicon layer thickness is d 1 , the silicon layer C-Si is thinned to a silicon layer thickness of d 2 by the dry etching process. This is followed as in 13c it can be seen a further thinning of the silicon layer C-Si to the final silicon layer thickness d 3 by means of local oxidation and wet chemical etching back. Compared to the conventional method according to 13a the significantly reduced birds beak is clearly visible.

Im Unterschied zu den in 6 gezeigten Ausführungsformen ist bei der in 13b und 13c dargestellten Ausführungsform ein Schutzoxid 18 zwischen der Siliziumschicht C-Si und der Hartmaske HM aufgebracht.In contrast to the in 6 Embodiments shown in the in 13b and 13c embodiment shown a protective oxide 18 applied between the silicon layer C-Si and the hard mask HM.

Die weiteren Verfahrensschritte, welche sich an die 6c und 6f anschließen, werden nachfolgend anhand der 7 bis 12 beschrieben. Das in 6c und 6f nicht näher dargestellte Schutzoxid der Siliziumschicht C-Si, welches vor der Spacerbildung aufgebracht wurde und beispielsweise 3 nm beträgt, wird nachfolgend durch das Gateoxid GOX ersetzt. Wie in 8 dargestellt ist, wird nachfolgend Polysilizium Poly-Si ganzflächig zur Gatebildung abgeschieden. Durch anisotropes Rückätzen, beispielsweise mittels RIE oder CMP, wird das Gatematerial auf die entsprechenden Gatebereiche beschränkt. Vorteilhafterweise ist hierfür kein weiterer Lithographieschritt in der Gateebene notwendig, so daß die Plazierung des Gatematerials selbstjustierend erfolgt (vgl.The further process steps, which are related to the 6c and 6f connect, are based on the 7 to 12 described. This in 6c and 6f Protective oxide (not shown) of the silicon layer C-Si, which was applied before the spacer formation and is, for example, 3 nm, is subsequently replaced by the gate oxide GOX. As in 8th is shown, polysilicon poly-Si is subsequently deposited over the entire area for gate formation. Anisotropic etching back, for example using RIE or CMP, limits the gate material to the corresponding gate areas. Advantageously, no further lithography step in the gate plane is necessary for this, so that the gate material is placed in a self-adjusting manner (cf.

9). 10 zeigt das Verfahrensprodukt mit entfernter Hartmaske HM sowie Spacern SP. Durch eine Verrundungsoxidation (beispielsweise RTO) werden die "Ohren" des Gatematerials entfernt, 11. Anschließend erfolgt, wie in 12 dargestellt ist, eine Bildung der Gatespacer GS beispielsweise aus TEOS oder Nitrid. 9 ). 10 shows the process product with removed hard mask HM and spacers SP. Rounding oxidation (for example RTO) removes the "ears" of the gate material, 11 , Then, as in 12 is shown, the formation of the gate spacer GS, for example, from TEOS or nitride.

1010
Fensterwindow
1212
Fensterbereichpane
1414
Sourcebereichsource region
1616
Drainbereichdrain region
1818
Schutzoxidprotective oxide
BOXBOX
verbrabenes Oxidverbrabenes oxide
C-SiC-Si
Top-SiliziumschichtTop silicon layer
GOXGOX
Gateoxidgate oxide
GSGS
Gatespacergate spacers
HMHM
Hartmaskehard mask
HSHS
HartmaskenspacerHartmaskenspacer
MSMS
MesaspacerMesaspacer
Poly-SiPoly-Si
Polysiliziumpolysilicon
SiSi
Siliziumsubstratsilicon substrate
SPSP
Spacerspacer

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats für einen SOI-Feldeffekttransistor umfassend folgende Schritte in dieser Reihenfolge: (a) Bereitstellen eines SOI-Substrats, bei welchem eine vergrabene Oxidschicht (BOX) zwischen einer kristallinen Siliziumschicht (C-Si) und einem Substrat (Si) eingebettet ist; (b) Aufbringen einer Hartmaskenschicht (HM) auf zumindest einem Bereich der Siliziumschicht (C-Si); (c) Öffnen eines Fensters (10) in der Hartmaskenschicht (HM) zum Freilegen der Siliziumschicht (C-Si) in einem Fensterbereich (12); (d) Abtragen der Siliziumschicht (C-Si) in dem Fensterbereich (12) durch einen Trockenätzprozeß von einer ersten Siliziumschichtdicke d1 auf eine zweite Siliziumschichtdicke d2; und (e) Abtragen der Siliziumschicht (C-Si) in dem Fensterbereich (12) durch lokale Oxidation des Siliziums und nachfolgendes naßchemisches Ätzen des gebildeten Siliziumoxids auf eine dritte Siliziumschichtdicke d3.A method for producing an SOI substrate for an SOI field effect transistor comprising the following steps in this order: (a) providing an SOI substrate in which a buried oxide layer (BOX) between a crystalline silicon layer (C-Si) and a substrate (Si ) is embedded; (b) applying a hard mask layer (HM) on at least one area of the silicon layer (C-Si); (c) opening a window ( 10 ) in the hard mask layer (HM) to expose the silicon layer (C-Si) in a window area ( 12 ); (d) removing the silicon layer (C-Si) in the window area ( 12 ) by a dry etching process from a first silicon layer thickness d 1 to a second silicon layer thickness d 2 ; and (e) removing the silicon layer (C-Si) in the window area ( 12 ) by local oxidation of the silicon and subsequent wet chemical etching of the silicon oxide formed to a third silicon layer thickness d 3 . Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Siliziumschichtdicke d1 in einem Bereich von 20 nm bis 100 nm, vorzugsweise 25 nm bis 35 nm liegt.The method of claim 1, wherein the first silicon layer thickness d 1 is in a range from 20 nm to 100 nm, preferably 25 nm to 35 nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die dritte Siliziumschichtdicke d3 in einem Bereich von 3 nm bis 15 nm, vorzugsweise 5 nm bis 10 nm liegt.Method according to one of claims 1 or 2, wherein the third silicon layer thickness d 3 is in a range from 3 nm to 15 nm, preferably 5 nm to 10 nm. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei für die erste, zweite und dritte Siliziumschichtdicke d1, d2, d3 die Beziehung 0,5 ≤ (d1-d2)/(d1-d3) ≤ 0,9, vorzugsweise 0, 7 ≤ (d1-d2)/(d1-d3) ≤ 0,9, gilt.Method according to one of the preceding claims, wherein for the first, second and third silicon layer thickness d 1 , d 2 , d 3 the relationship 0.5 ≤ (i.e. 1 -d 2 ) / (D 1 -d 3 ) ≤ 0.9, preferably 0.7 ≤ (d 1 -d 2 ) / (d 1 -d 3 ) ≤ 0.9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Fensterbereich (12) eine im wesentlichen rechtecksförmige Gestalt aufweist, dessen kürzere Kantenlänge im Bereich von 10 nm bis 500 nm, vorzugsweise 20 nm bis 40 nm, liegt.Method according to one of the preceding claims, wherein the window area ( 12 ) has an essentially rectangular shape, the shorter edge length of which is in the range from 10 nm to 500 nm, preferably 20 nm to 40 nm. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei nach dem Schritt (c) des Öffnens des Fensters (10) ein Hartmaskenspacer (HS) an Flanken des Fensters (10) der Hartmaske (HM) gebildet wird, welcher nach dem Schritt (e) des Abtragens der Siliziumschicht (C-Si) entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein after step (c) of opening the window ( 10 ) a hard mask spacer (HS) on the flanks of the window ( 10 ) the hard mask (HM) is formed, which is removed after step (e) of removing the silicon layer (C-Si). Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Hartmaskenspacer (HS) aus TEOS gebildet ist.The method of claim 8, wherein the hard mask spacer (HS) is made of TEOS is formed. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfassend die weiteren nachfolgenden Schritte: (f) Aufbringen eines Schutzoxids auf die Siliziumschicht (C-Si) in dem Fensterbereich (12); (g) Bilden eines Spacers (SP) an Flanken des Fensters (10) der Hartmaske (HM) und an Flanken der Siliziumschicht (C-Si) in dem Fensterbereich (12); und (h) Abtragen des Schutzoxids.Method according to one of the preceding claims, comprising the further following steps: (f) applying a protective oxide to the silicon layer (C-Si) in the window area ( 12 ); (g) forming a spacer (SP) on the flanks of the window ( 10 ) the hard mask (HM) and on the flanks of the silicon layer (C-Si) in the window area ( 12 ); and (h) removing the protective oxide. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfassend die weiteren nachfolgenden Schritte: (i) Aufbringen eines Gateoxids (GOX) auf die Siliziumschicht (C-Si) in dem Fensterbereich (12); (k) Aufbringen von Polysilizium (poly-Si) zumindest auf das Gateoxid (GOX) zur Bildung eines Gates des Feldeffekttransistors; (l) Abtragen von auf der Hartmaske (HM) aufgebrachtem Polysilizium (poly-Si); und (m) Entfernen der Hartmaske (HM).Method according to one of the preceding claims, comprising the further steps below: (i) applying a gate oxide (GOX) to the silicon layer (C-Si) in the window area ( 12 ); (k) applying polysilicon (poly-Si) at least to the gate oxide (GOX) to form a gate of the field effect transistor; (l) removing polysilicon (poly-Si) applied to the hard mask (HM); and (m) removing the hard mask (HM). Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Abtragen des Polysiliziums (poly-Si) gemäß Schritt (1) einen Trockenätz- und/oder einen CMP-Prozeß beinhaltet.The method of claim 9, wherein removing the polysilicon (poly-Si) according to step (1) includes a dry etch and / or a CMP process. Verfahren nach einem der vorangegangensen Ansprüche, wobei die Hartmaske (HM) eine Schichtdicke von 20 nm bis 100 nm aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the hard mask (HM) has a layer thickness of 20 nm to 100 nm.
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