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WO2006000189A1 - Layer assembly, field effect transistor, and method for producing a layer assembly - Google Patents

Layer assembly, field effect transistor, and method for producing a layer assembly Download PDF

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WO2006000189A1
WO2006000189A1 PCT/DE2005/001095 DE2005001095W WO2006000189A1 WO 2006000189 A1 WO2006000189 A1 WO 2006000189A1 DE 2005001095 W DE2005001095 W DE 2005001095W WO 2006000189 A1 WO2006000189 A1 WO 2006000189A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
carbon
trench
semiconductor layer
silicon
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2005/001095
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German (de)
French (fr)
Inventor
Lars Dreeskornfeld
Jessica Hartwich
Rainer Schröter
Gernot Steinlesberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6729Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
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    • H10D30/6739Conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • HELECTRICITY
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    • H10D64/01Manufacture or treatment
    • H10D64/018Spacers formed inside holes at the prospective gate locations, e.g. holes left by removing dummy gates
    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D64/01Manufacture or treatment
    • H10D64/025Manufacture or treatment forming recessed gates, e.g. by using local oxidation
    • H10D64/027Manufacture or treatment forming recessed gates, e.g. by using local oxidation by etching at gate locations

Definitions

  • the invention relates to a layer arrangement, a field effect transistor and a method for producing a layer arrangement.
  • FD-SOI fully-depleted silicon-on-insulator
  • a fully-depleted silicon-on-insulator device can meet the requirements of the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Due to the extreme scaling of the channel thickness (in particular in the range of 10 nm and less) corresponding to the gate length (for example ratio 1: 4), in particular a required low off-current of an FD-SOI transistor can be achieved.
  • ITRS International Technology Roadmap for Semiconductors
  • an SOI substrate which comprises a silicon substrate, a silicon oxide layer formed on the silicon substrate and a thin top layer formed on the silicon oxide layer is used as the starting wafer. Has silicon layer.
  • SOI MOSFETs are field-effect transistors which are processed on or in the thin monocrystalline silicon layer (top silicon layer) of an SOI substrate. Particularly interesting for future CMOS technologies are SOI MOSFETs in which the layer thickness of the silicon film is smaller than the depth of the depletion zone, which differs from the silicon Silicon oxide interface hineinerstreckt into the silicon layer. If the silicon layer is completely depleted of charge carriers, such SOI MOSFETs are referred to as fully depleted (FD).
  • FD fully depleted
  • the SIMOX Separatation by Implantation of Oxygen
  • the SIMOX method is based on an ion implantation of oxygen into lightly doped n-type or p-type silicon wafers, whereby a buried electrically insulating layer of silicon oxide is produced below the wafer surface.
  • An alternative method for forming an SOI substrate is the so-called ELTRAN method, with which a low-defect, thin, monocrystalline silicon layer can be arranged on a buried silicon oxide layer.
  • the ELTRAN method is described in [1].
  • One of the challenges in fabricating a planar SOI-MOS transistor is reducing the parasitic resistances at the source and drain regions.
  • a partial circumvention of the problem is often achieved by epitaxially growing silicon material on top of a thin channel layer so that sufficient material is available for silicidation and subsequent via processes.
  • Another challenge in fabricating SOI-MOS devices is the often required introduction of novel materials such as metal gate materials, high-k gate dielectrics, silicon germanium alloys, etc., for better performance and scalability Device to reach.
  • novel materials such as metal gate materials, high-k gate dielectrics, silicon germanium alloys, etc.
  • problems with the FD-SOI technology are to form a channel region of very small thickness, to contact the source / drain regions with sufficiently low terminal resistance, and to use a charge-depleted transistor by selecting the gate material (and not to adjust as in conventional transistors by adjusting the channel doping).
  • [2] discloses a method for processing a dummy depleted SOI transistor based on forming a recess in a channel region ("recessed channel"). Technology). After a channel region has been formed as a thinned region of a silicon layer, a gate region made of polycrystalline silicon is formed above it.
  • [2] discloses a method of manufacturing an SOI field effect transistor in which a hard mask is formed on a patterned silicon layer of an SOI substrate. Subsequently, a window is formed in the hard mask to expose the silicon layer in a window area. The silicon layer is removed in the window area. Thereafter, a gate insulating layer is formed in the window, and a gate electrode is formed thereon. The unetched portions of the silicon layer are used as the source / drain regions, and the re-etched portion of the silicon layer is used as the channel region. A gate region of polycrystalline silicon material is formed.
  • [3] discloses that the work function of carbon material is about 4.85eV.
  • thermally conductive structures of diamond or diamond-like material, wherein formed to form the thermally conductive structures in a silicon layer trenches and then filled with diamond or Diamant ⁇ similar material.
  • the invention is based in particular on the problem of providing a layer arrangement which is improved compared to [2] and which can be used in particular as a field-effect transistor.
  • the problem is solved by a layer arrangement, by a field effect transistor and by a method for producing a layer arrangement having the features according to the independent patent claims.
  • the layer arrangement according to the invention comprises a substrate, a semiconductor layer on the substrate, a trench in the semiconductor layer, electrically insulating material on the sidewalls and at the bottom of the trench and carbon-containing material on the electrically insulating material in the trench.
  • a field effect transistor is provided with a layer arrangement having the features described above.
  • a method of fabricating a layered structure in which a semiconductor layer is provided on a substrate, a trench is formed in the semiconductor layer, electrically insulating material is formed on the sidewalls and bottom of the trench, and carbon material is formed on the electrically insulating material in the trench.
  • a basic idea of the invention is to provide a field effect transistor einrichtbare layer arrangement in which a thinned portion of a semiconductor layer is provided as a channel region in "recessed channel” technology with an extremely small thickness and a due of the thinned semiconductor layer region-generated trench is filled with carbon-containing material as the gate region.
  • the use of carbon material as a gate region is very advantageous for a FD-SOI field effect transistor.
  • the transistor characteristics can be adjusted by selecting the gate material rather than by channel doping, as is conventional.
  • Carbon material is a so-called "midgap material", ie the threshold voltage of a field effect transistor based on the layer arrangement according to the invention is due to the implementation of a carbon gate region for both an n-MOS field effect transistor and a p-MOS Field effect transistor possible.
  • the layer arrangement according to the invention is outstandingly suitable for CMOS applications.
  • the midgap material property of carbon is due to the fact that the work function for carbon is in the range of about 5eV (according to [3] at about 4.85 eV), ie closer to silicon midgap than to n + doped or p + doped polysilicon.
  • Carbon as the trench-filling material of the layer arrangement is well compatible with other process materials that can be used for the layer arrangement, in particular in the context of silicon microtechnology (eg, silicon, silicon oxide, silicon nitride), and thus can also be incorporated into existing processes with reasonable effort ,
  • carbon material has a good deposition property on electrically insulating material on the inner wall of the trench, which preferably contains silicon oxide as electrically insulating material and can serve as a field-effect transistor as a gate-insulating layer in one embodiment of the layer arrangement.
  • carbon material is typical Process conditions (temperature, chemical environment) of the silicon micro-technology in particular for the manufacture of field effect transistors compatible. This compatibility includes the property of good temperature resistance and the ability to easily etch back a carbon layer by dry etching (eg, H 2 , O 2 , air or plasma etching).
  • An important aspect of the invention may be seen as combining recessed channel processing to form the layer assembly with the use of carbon, particularly polycrystalline carbon, as a novel trench filling material.
  • carbon particularly polycrystalline carbon
  • the carbon material can advantageously be used both for p-MOS devices and for n-MOS devices.
  • the layer arrangement according to the invention serves according to a preferred embodiment as a fully depleted field effect transistor with very good performance.
  • SOI technology an FD-SOI transistor with ultrathin channel region and carbon as gate material is provided according to the invention.
  • An electrically insulating layer may be provided between the substrate and the semiconductor layer of the layer arrangement.
  • the substrate, the electrically insulating layer and the semiconductor layer may be formed as a silicon on insulator substrate (SOI substrate).
  • SOI substrate silicon on insulator substrate
  • the substrate forms a bulk silicon wafer
  • the electrically insulating layer forms a buried silicon oxide layer
  • the semiconductor layer forms a top silicon layer of a very small thickness.
  • processing can already be started with a very thin top silicon layer as the semiconductor layer, so that an extremely thin channel region can be formed by thinning a central section of the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer (in particular the thinned central region of the semiconductor layer, which can be used as channel region) of the layer arrangement can be partially depleted on charge carriers, and is preferably fully depleted on charge carriers.
  • the semiconductor layer may have a thickness of at most 30 nm, preferably at most 10 nm, in the region of the trench exhibit.
  • the thinned portion of the semiconductor layer may have a thickness of at most 30 nm, preferably at most 10nr ⁇ .
  • a particularly good adjustability of the electrical conductivity of the channel region can be achieved by applying an electrical signal to the gate region using the field effect.
  • the carbon-containing material may be carbon. According to this embodiment, the carbon-containing material is formed solely of carbon and does not have other components at most or at most in trace amounts (i.e., in insignificant amounts).
  • the carbon-containing material may include or consist of polycrystalline carbon.
  • Polycrystalline carbon is ideal as a midgap material for p-MOS devices and n-MOS devices.
  • the resistivity for undoped materials is for graphite at a few m ⁇ cm, ie about 5 m ⁇ cm, for diamond it is much greater than 1 m ⁇ cm, ie, in the range of 100 m ⁇ cm to 1000 m ⁇ cm, and for the invention preferred material of polycrystalline carbon at about 1 m ⁇ cm (undoped carbon of order of magnitude doped silicon).
  • the inventively preferred material made of carbon has orders of magnitude lower resistivity than diamond.
  • the specific resistance for doped materials for graphite is a few ⁇ cm, ie about 5 ⁇ cm, for highly doped diamond (10 20 to 10 21 per cm 3 ) at some 1 m ⁇ cm, ie in the range of 5 m ⁇ cm and for the preferred material according to the invention of polycrystalline carbon at about 10 ⁇ cm to 1 ⁇ cm, preferably at about 1 ⁇ cm.
  • the carbon material preferred according to the invention also has a specific order of magnitude lower resistivity than diamond in the doped state.
  • the carbon material preferred according to the invention it is even possible for the carbon material preferred according to the invention to have a lower specific resistance than silver, which has a specific resistance of 1.6 ⁇ cm.
  • the roughness of Higly Oriented Pyrolitic Graphite is less than 1 nm, that of diamond is highly dependent on the microstructure, i. grain size and orientation, stress, impurities and dislocations within the diamond.
  • the roughness is between 1 nm and 3 nm, in particular about 2 nm + 0.3 nm.
  • the roughness of the material of carbon preferred according to the invention lies between HOPG and diamond.
  • the grain size of HOPG is about 10 microns and in polycrystalline CVD diamond, ie diamond, which is produced by chemical vapor deposition, at some to, ie about 5 microns.
  • the grain size of the invention preferred Polycrystalline carbon material is between 0.5 nm and 3 ⁇ m, in particular 1 ⁇ m to 2 mm.
  • the hardness of graphite is about 0.2 GPa and that for diamond is 10 GPa to several 100 GPa, i. up to about 500 GPa.
  • the hardness of the inventively preferred material of polycrystalline carbon is between 2 GPa and 9 GPa, in particular about 6 GPa to 7 GPa.
  • the elasticity of graphite is about 8 GPa and for diamond about 400 GPa to 500 GPa.
  • the elasticity of the inventively preferred material of polycrystalline carbon is between 50 GPa and 150 GPa, in particular about 80 GPa and thus lies between the elasticity of graphite and diamond.
  • the layer arrangement can be set up as a field-effect transistor.
  • the (thinned) portion of the semiconductor layer below the trench may be configured as a channel region
  • regions of the semiconductor layer adjacent to the trench may be the first source / drain region and the second source / drain region be arranged (ie, a first unthinned portion of the semiconductor layer may be configured as a first source / drain region and a second unthinned portion of the semiconductor layer may be configured as a second source / drain region)
  • at least a part of electrically insulating material may be configured as a gate insulating layer and the carbon-containing material may be configured as a gate region.
  • the layer arrangement can optionally as p-MOS field effect transistor or used as an n-MOS field effect transistor.
  • a CMOS arrangement is formed, with a first layer arrangement according to the invention, which is set up as a p-MOS field-effect transistor, and with a second layer arrangement according to the invention, which is set up as an n-MOS field-effect transistor.
  • These two layer arrangements can be integrated in a common substrate. Since carbon material is a midgap material, the carbon material may be provided as a gate region both in a p-MOS field effect transistor and in an n-MOS field effect transistor, so that a high-performance CMOS device is formed with little effort is.
  • a gas flow of a carbonaceous gas such as methane (CH 4 ) can be adjusted, whereby the pressure is set to, for example, 600 hectopascals.
  • the thickness of the deposited carbon layer can be adjusted over the processing time.
  • a polycrystalline carbon layer is understood in particular to mean a layer which consists essentially of carbon and which in partial regions has a graphite structure, i. a hexagonal lattice structure which can be considered crystalline.
  • the individual "crystalline" subregions with hexagonal structures are separated by regions which have no hexagonal lattice structures, or at least separated by hexagonal lattice structures which have a different orientation to the adjacent "crystalline" subregions.
  • a hydrogen atmosphere is generated at a pressure of 1 hectopascal.
  • a carbon-containing gas for example, methane (CH 4 ) or acetylene (C 2 H 4 )
  • CH 4 methane
  • C 2 H 4 acetylene
  • a polycrystalline carbon layer separates out.
  • the carbonaceous gas is constantly introduced during the deposition process, so that the total pressure remains substantially constant.
  • a hydrogen atmosphere of about 2 Torr to 3 Torr, preferably 2.5 Torr, which is about 3.3 hectopascals corresponds, generated.
  • a so-called photon furnace is used, ie a light source which additionally provides energy.
  • a carbon-containing gas for example methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 4 ) or alcohol vapor, preferably ethanol vapor (C 2 H 5 OH), is then in turn introduced into the hydrogen atmosphere until a total pressure between 6.5 Torr and 8, 5 Torr, preferably 7.5 Torr, which corresponds to about 10 hectopascals, is reached. Even under these conditions, a polycrystalline carbon layer separates out. Also in this process, the carbonaceous gas is preferably continuously introduced while the conformal deposition is performed.
  • the carbon-containing material can be formed by supplying a carbon-containing gas in a hydrogen atmosphere having a total pressure of between 1 hectopascal and 4 hectopascal and at a temperature between 600 ° C and 1000 ° C.
  • the carbonaceous gas may be methane, ethane, acetylene or alcohol vapor.
  • the temperature can be set between 900 ° Celsius and 970 ° Celsius, the total pressure of the hydrogen atmosphere can be 1 hectopascal, and in forming the carbonaceous layer enough carbonaceous gas can be supplied to set a total pressure between 500 hectopascals and 700 hectopascals , Alternatively, the temperature may be set between 750 ° C and 850 ° C, the total hydrogen atmosphere pressure may be 1.5 Hectopascals, and carbon-forming layer may be carbonated enough to produce a total pressure of between 9 and Hectopascals 11 hectopascal sets.
  • the temperature may be maintained at least in part by means of photon heating and / or by using a plasma.
  • the trench may be formed in the semiconductor layer by removing material of the semiconductor layer, i. by thinning the semiconductor layer (for example, in a central portion of the semiconductor layer).
  • FIGS. 1 to 12 layer sequences at different times during a method for producing a field-effect transistor according to a preferred exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 13 according to the method according to FIGS. 1 to 12. produced field effect transistor according to a preferred embodiment of the invention.
  • the silicon-on-insulator substrate 100 shown in FIG. 1 contains a bulk silicon substrate 101, a buried oxide 102 (BOX) formed thereon, and a thin top layer formed on the silicon oxide layer 102.
  • an active region (“mesen") is defined using a lithography process and an etching process based on the top silicon layer 103.
  • first sidewall spacers 301 are formed on the sidewalls of the laterally limited silicon layer 201.
  • the first sidewall spacers 301 may be formed of silicon oxide material or silicon nitride material. This ensures a lateral isolation of the mesen.
  • a silicon nitride hard mask 401 is deposited on the layer sequence 300.
  • photoresist material (lacquer) is first deposited on the layer sequence 400 and patterned using a lithography process and an etching process in such a way that photoresist material is removed in a central section , whereby a window 502 is formed and a Surface area of the silicon nitride hardmask 401 is exposed.
  • the silicon nitride hard mask 401 is etched into the exposed area using a dry etching method, thereby forming a patterned silicon nitride hard mask 401 and exposing a surface area of the laterally confined silicon layer 201 becomes. Subsequently, for example, by means of a stripping method, the photoresist 501 is removed from the surface of the layer sequence thus obtained.
  • the laterally limited silicon layer 201 is thinned using a dry etching method.
  • a thinned silicon region 703 is formed in a central section of the laterally delimited silicon layer 201, to which a first, unthinned silicon region 701 adjoins on the left side according to FIG. 7 and a second, unthinned silicon region 702 on the right side according to FIG Due to the removal of silicon material during thinning of the laterally confined silicon layer 201, a trench 704 remains in a central portion of the laterally confined silicon layer 201.
  • a protective silicon oxide layer 801 is initially formed (for example by means of thermal oxidation or using a deposition method) in a horizontal bottom region of the trench 704 according to FIG.
  • second sidewall spacers 802 of silicon nitride material are formed on vertical walls of the trench 704, as shown in FIG.
  • the layer sequence 800 is subjected to a wet etching process for smoothing, whereby the protective silicon oxide layer 801 is removed.
  • a gate insulating layer 1001 of silicon oxide material is formed on the exposed portion of the laterally-patterned silicon layer 201, i. formed predominantly on the thinned silicon region 703 in the trench 704.
  • polycrystalline carbon material 1101 is deposited over the entire surface of the layer sequence 1000, whereby the trench 704 is completely filled with carbon material and also other regions of the layer sequence are covered with carbon material.
  • a gas flow of the carbon-containing gas methane (CH 4 ) is then set at a temperature of 950 ° Celsius and a pressure of 1 hectopascal in H2 atmosphere, whereby the pressure is set to 600 hectopascal, for example.
  • the deposited polycrystalline carbon material 1101 is etched back so that carbon material remains only in the trench 704, thus forming a carbon gate region 1201 of polycrystalline carbon material.
  • the silicon nitride hardmask 401 is removed using an etching process.
  • the field effect transistor 1300 In the field effect transistor 1300, the first un-thinned silicon region 701 is established as the first source / drain region 1301, the second undiluted silicon region 702 is established as the second source / drain region 1302, and the thinned silicon region 703 is ultra-thin channel region 1303 formed.
  • the field effect transistor 1300 of Fig. 13 is an FD-SOI MOSFET having excellent transistor characteristics.
  • silicon-on-insulator substrate 101 semiconductor silicon substrate 102 silicon oxide layer 103 top silicon layer 200 layer sequence 201 laterally delimited silicon layer 300 layer sequence 301 first sidewall spacer 400 layer sequence 401 silicon nitride hard mask 500 layer sequence 501 photoresist 502 window 600 Layer sequence 601 window 700 layer sequence 701 first undiluted silicon region 702 second undiluted silicon region 703 thinned silicon region 704 trench 800 layer sequence 801 protective silicon oxide layer 802 second sidewall spacer 900 layer sequence 1000 layer sequence 1001 gate-insulating layer 1100 layer sequence 1101 polycrystalline carbon Material 1200 layer sequence 1201 carbon gate region 1300 field effect transistor 1301 first source / drain region 1302 second source / drain region 1303 ultra-thin channel area

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

The invention relates to a layer assembly which comprises a substrate, a semiconductor layer on said substrate, a trench in the semiconductor layer, electrically insulating material on the side walls and on the base of the trench and carbon-containing material on the electrically insulating material in the trench.

Description

BesehreibungBesehreibung

Schicht-Anordnung, Feldeffekttransistor und Verfahren zum Herstellen einer Schicht-AnordnungLayer arrangement, field effect transistor and method for producing a layer arrangement

Die Erfindung betrifft eine Schicht-Anordnung, einen Feldeffekttransistor und ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht-Anordnung.The invention relates to a layer arrangement, a field effect transistor and a method for producing a layer arrangement.

Sogenannte fully-depleted Silicon-on-Insulator (FD-SOI) Devices mit. ultradünnen Kanal-Bereichen werden als vielversprechende Alternative für konventionelle BuIk- Substrat-Transistoren in künftigen CMOS-Generationen angesehen. Ein fully-depleted Silicon-on-Insulator Device kann die Anforderungen der ITRS ("International Technology Roadmap for Semiconductors" ) erfüllen. Durch die extreme Skalierung der Kanaldicke (insbesondere im Bereich von 10 nm und weniger) entsprechend der Gate-Länge (z.B. Verhältnis 1:4) kann insbesondere ein geforderter geringer Off-Strom eines FD-SOI-Transistors erreicht werden.So-called fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) devices with. ultrathin channel regions are considered a promising alternative for conventional bulk substrate transistors in future CMOS generations. A fully-depleted silicon-on-insulator device can meet the requirements of the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Due to the extreme scaling of the channel thickness (in particular in the range of 10 nm and less) corresponding to the gate length (for example ratio 1: 4), in particular a required low off-current of an FD-SOI transistor can be achieved.

In der SOI-Technologie ( "Silicon-On-Insulator" ) wird als Ausgangswafer ein SOI-Substrat verwendet, das ein Silizium- Substrat, eine auf dem Silizium-Substrat gebildete Siliziumoxid-Schicht und eine auf der Siliziumoxid-Schicht gebildete dünne Top-Silizium-Schicht aufweist.In SOI technology ("silicon-on-insulator"), an SOI substrate which comprises a silicon substrate, a silicon oxide layer formed on the silicon substrate and a thin top layer formed on the silicon oxide layer is used as the starting wafer. Has silicon layer.

Bei SOI-MOSFETs handelt es sich um Feldeffekttransistoren, welche auf bzw. in der dünnen einkristallinen Silizium- Schicht (Top-Silizium-Schicht) eines SOI-Substrats prozessiert werden. Besonders interessant für zukünftige CMOS-Technologien sind SOI-MOSFETs, bei welchen die Schichtdicke des Silizium-Films kleiner als die Tiefe der Verarmungszone ist, welche sich von der Silizium- Siliziumoxid-Grenzfläche in die Silizium-Schicht hineinerstreckt. Ist die Silizium-Schicht an Ladungsträgern vollständig verarmt, werden derartige SOI-MOSFETs als fully depleted (FD) bezeichnet.SOI MOSFETs are field-effect transistors which are processed on or in the thin monocrystalline silicon layer (top silicon layer) of an SOI substrate. Particularly interesting for future CMOS technologies are SOI MOSFETs in which the layer thickness of the silicon film is smaller than the depth of the depletion zone, which differs from the silicon Silicon oxide interface hineinerstreckt into the silicon layer. If the silicon layer is completely depleted of charge carriers, such SOI MOSFETs are referred to as fully depleted (FD).

Durch Herunterskalieren der Schichtdicke der einkristallinen Silizium-Schicht des SOI-Substrats, welche bei bekannten SOI- MOSFETs der Body- bzw. Kanaldicke des Transistors entspricht, können störende Kurzkanaleffekte effektiv unterdrückt werden.By scaling down the layer thickness of the monocrystalline silicon layer of the SOI substrate, which corresponds to the body or channel thickness of the transistor in known SOI MOSFETs, disturbing short channel effects can be effectively suppressed.

Zum Bilden eines SOI-Substrats wird zum Beispiel das SIMOX- Verfahren ("Separation by Implantation of Oxygen") eingesetzt. Das SIMOX-Verfahren beruht auf einer Ionenimplantation von Sauerstoff in schwach dotierte n- leitende oder p-leitende Siliziumwafer, wodurch unterhalb der Scheibenoberfläche eine vergrabene elektrisch isolierende Schicht aus Siliziumoxid erzeugt wird.For example, to form an SOI substrate, the SIMOX (Separation by Implantation of Oxygen) method is used. The SIMOX method is based on an ion implantation of oxygen into lightly doped n-type or p-type silicon wafers, whereby a buried electrically insulating layer of silicon oxide is produced below the wafer surface.

Ein alternatives Verfahren zum Bilden eines SOI-Substrats ist das sogenannte ELTRAN-Verfahren, mit welchem eine defektarme, dünne, einkristalline Silizium-Schicht auf einer vergrabenen Siliziumoxid-Schicht angeordnet werden kann. Das ELTRAN- Verfahren ist in [1] beschrieben.An alternative method for forming an SOI substrate is the so-called ELTRAN method, with which a low-defect, thin, monocrystalline silicon layer can be arranged on a buried silicon oxide layer. The ELTRAN method is described in [1].

Eine der Herausforderungen beim Herstellen eines planaren SOI-MOS-Transistors ist das Verringern der parasitären Widerstände an den Source- und Drain-Bereichen. Eine teilweise Umgehung des Problems wird häufig mittels des epitaktischen Aufwachsens von (insbesondere "raised", d.h. erhöht vorgesehenem) Silizium-Material auf der Oberseite einer dünnen Kanal-Schicht erreicht, so dass genügend Material für eine Silizidierung verfügbar ist, und für nachfolgende Kontaktlochprozesse. Eine andere Herausforderung beim Herstellen von SOI-MOS- Vorrichtungen ist das häufig erforderliche Einführen von neuartigen Materialien wie beispielsweise metallische Gate- Materialien, High-k-Gate-Dielektrika, Silizium-Germanium- Legierungen, etc., um eine bessere Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit eines Device zu erreichen. Allerdings bringen solche neuen Materialien den Nachteil mit sich, dass beim Bilden anderer halbleitertechnologischer Komponenten (zum Beispiel der Gate-isolierenden Schicht eines Feldeffekttransistors) auftretende Temperaturen so hoch sind, dass diese neuartigen Materialien bei derart hohen Prozesstemperaturen negativ beeinflusst oder gar zerstört werden können. Wenn die Dimensionen kleiner werden, wird auch das Handling von existierenden Dotierstoffen aus ähnlichen Gründen schwierig.One of the challenges in fabricating a planar SOI-MOS transistor is reducing the parasitic resistances at the source and drain regions. A partial circumvention of the problem is often achieved by epitaxially growing silicon material on top of a thin channel layer so that sufficient material is available for silicidation and subsequent via processes. Another challenge in fabricating SOI-MOS devices is the often required introduction of novel materials such as metal gate materials, high-k gate dielectrics, silicon germanium alloys, etc., for better performance and scalability Device to reach. However, such new materials have the disadvantage that when forming other semiconductor technology components (for example, the gate insulating layer of a field effect transistor) occurring temperatures are so high that these novel materials can be adversely affected or even destroyed at such high process temperatures. As the dimensions become smaller, the handling of existing dopants also becomes difficult for similar reasons.

Probleme bei der FD-SOI-Technologie bestehen insbesondere darin, einen Kanal-Bereich mit sehr geringer Dicke zu bilden, die Source-/Drain-Gebiete mit ausreichend geringem Anschlusswiderstand zu kontaktieren und die EinsatzSpannung eines an Ladungsträgern verarmten Transistors mittels Auswählens des Gate-Materials (und nicht wie bei herkömmlichen Transistoren mittels Einsteilens der Kanal- Dotierung) zu justieren.In particular, problems with the FD-SOI technology are to form a channel region of very small thickness, to contact the source / drain regions with sufficiently low terminal resistance, and to use a charge-depleted transistor by selecting the gate material (and not to adjust as in conventional transistors by adjusting the channel doping).

Eine Möglichkeit zum Erzeugen eines sehr dünnen Kanal- Bereichs ist die "Recessed-Channel"-Technologie, die in [2] beschrieben ist.One way to create a very thin channel region is the recessed channel technology described in [2].

In [2] ist ein Verfahren zum Prozessieren eines FuIIy- Depleted-SOI-Transistors offenbart, das auf dem Bilden einer Aussparung in einem Kanal-Bereich beruht ("Recessed-Channel"- Technologie) . Nachdem ein Kanal-Bereich als gedünnter Bereich einer Silizium-Schicht gebildet worden ist, wird darüber ein Gate-Bereich aus polykristallinem Silizium gebildet.[2] discloses a method for processing a dummy depleted SOI transistor based on forming a recess in a channel region ("recessed channel"). Technology). After a channel region has been formed as a thinned region of a silicon layer, a gate region made of polycrystalline silicon is formed above it.

Insbesondere ist in [2] ein Verfahren zum Herstellen eines SOI-Feldeffekttransistors offenbart, bei dem eine Hartmaske auf einer strukturierten Silizium-Schicht eines SOI-Substrats gebildet wird. Nachfolgend wird ein Fenster in der Hartmaske zum Freilegen der Silizium-Schicht in einem Fensterbereich gebildet. Die Silizium-Schicht wird in dem Fensterbereich abgetragen. Danach wird in dem Fenster eine Gate-isolierende Schicht gebildet, und es wird auf dieser eine Gate-Elektrode gebildet. Die nicht zurückgeätzten Bereiche der Silizium- Schicht werden als Source-/Drain-Bereiche verwendet, der zurückgeätzte Bereich der Silizium-Schicht wird als Kanal- Bereich verwendet. Es wird ein Gate-Bereich aus polykristallinem Silizium-Material gebildet.In particular, [2] discloses a method of manufacturing an SOI field effect transistor in which a hard mask is formed on a patterned silicon layer of an SOI substrate. Subsequently, a window is formed in the hard mask to expose the silicon layer in a window area. The silicon layer is removed in the window area. Thereafter, a gate insulating layer is formed in the window, and a gate electrode is formed thereon. The unetched portions of the silicon layer are used as the source / drain regions, and the re-etched portion of the silicon layer is used as the channel region. A gate region of polycrystalline silicon material is formed.

[3] offenbart, dass die Austrittsarbeit von Kohlenstoff- Material ungefähr 4.85eV ist.[3] discloses that the work function of carbon material is about 4.85eV.

In [4] sind Strukturen offenbart, welche zum Ableiten von Wärme aus Halbleiter-Devices dienen. Die Wärmeableitung wird dabei durch thermisch leitfähige Strukturen aus Diamant oder Diamant-ähnlichem Material erreicht, wobei zur Ausbildung der thermisch leitfähigen Strukturen in einer Siliziumschicht Gräben geformt und anschließend mit Diamant oder Diamant¬ ähnlichem Material gefüllt werden.In [4], structures are disclosed which serve to dissipate heat from semiconductor devices. The heat dissipation is achieved by thermally conductive structures of diamond or diamond-like material, wherein formed to form the thermally conductive structures in a silicon layer trenches and then filled with diamond or Diamant¬ similar material.

Der Erfindung liegt insbesondere das Problem zugrunde, eine gegenüber [2] verbesserte Schicht-Anordnung, die insbesondere als Feldeffekttransistor verwendbar ist, zu schaffen. Das Problem wird durch eine Schicht-Anordnung, durch einen Feldeffekttransistor und durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht-Anordnung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.The invention is based in particular on the problem of providing a layer arrangement which is improved compared to [2] and which can be used in particular as a field-effect transistor. The problem is solved by a layer arrangement, by a field effect transistor and by a method for producing a layer arrangement having the features according to the independent patent claims.

Die erfindungsgemäße Schicht-Anordnung enthält ein Substrat, eine Halbleiter-Schicht auf dem Substrat, einen Graben in der Halbleiter-Schicht, elektrisch isolierendes Material an den Seitenwänden und am Boden des Grabens und Kohlenstoff aufweisendes Material auf dem elektrisch isolierenden Material in dem Graben.The layer arrangement according to the invention comprises a substrate, a semiconductor layer on the substrate, a trench in the semiconductor layer, electrically insulating material on the sidewalls and at the bottom of the trench and carbon-containing material on the electrically insulating material in the trench.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein Feldeffekttransistor mit einer Schicht-Anordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen geschaffen.In addition, according to the invention, a field effect transistor is provided with a layer arrangement having the features described above.

Ferner ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht-Anordnung geschaffen, bei dem eine Halbleiter-Schicht auf einem Substrat vorgesehen wird, in der Halbleiter-Schicht ein Graben gebildet wird, elektrisch isolierendes Material an den Seitenwänden und am Boden des Grabens gebildet wird und Kohlenstoff aufweisendes Material auf dem elektrisch isolierenden Material in dem Graben gebildet wird.Further, according to the present invention, there is provided a method of fabricating a layered structure in which a semiconductor layer is provided on a substrate, a trench is formed in the semiconductor layer, electrically insulating material is formed on the sidewalls and bottom of the trench, and carbon material is formed on the electrically insulating material in the trench.

Eine Grundidee der Erfindung ist darin zu sehen, eine als Feldeffekttransistor einrichtbare Schicht-Anordnung zu schaffen, bei der ein gedünnter Abschnitt einer Halbleiter- Schicht als Kanal-Bereich in "Recessed-Channel"-Technologie mit einer extrem geringen Dicke vorgesehen wird und ein aufgrund des gedünnten Halbleiter-Schichtbereichs generierter Graben mit Kohlenstoff aufweisendem Material als Gate-Bereich gefüllt wird. Die Verwendung von Kohlenstoff-Material als Gate-Bereich ist für einen FD-SOI-Feldeffekttransistor sehr vorteilhaft. Bei einem solchen FD-SOI-Feldeffekttransistor mit ultradünnem Kanal-Bereich können die Transistoreigenschaften (insbesondere die Einsatzspannung) mittels Auswählens der Gate-Materials und nicht wie herkömmlich mittels einer Kanaldotierung eingestellt werden. Kohlenstoff-Material ist ein sogenanntes "Midgap-Material" , d.h. die Einsatzspannung eines Feldeffekttransistors auf Basis der erfindungsgemäßen Schicht-Anordnung ist aufgrund der Implementierung eines Kohlenstoff-Gate-Bereichs sowohl für einen n-MOS- Feldeffekttransistor als auch für einen p-MOS- Feldeffekttransistor möglich. Somit eignet sich die erfindungsgemäße Schicht-Anordnung hervorragend für CMOS- Anwendungen. Die Midgap-Material-Eigenschaft von Kohlenstoff beruht darauf, dass die Austrittsarbeit für Kohlenstoff im Bereich von ungefähr 5eV liegt (gemäß [3] bei etwa 4.85 eV) , d.h. näher bei Silizium-Midgap als im Falle von n+-dotiertem oder p+-dotiertem Polysilizium.A basic idea of the invention is to provide a field effect transistor einrichtbare layer arrangement in which a thinned portion of a semiconductor layer is provided as a channel region in "recessed channel" technology with an extremely small thickness and a due of the thinned semiconductor layer region-generated trench is filled with carbon-containing material as the gate region. The use of carbon material as a gate region is very advantageous for a FD-SOI field effect transistor. In such an ultrathin channel FD-SOI field effect transistor, the transistor characteristics (particularly the threshold voltage) can be adjusted by selecting the gate material rather than by channel doping, as is conventional. Carbon material is a so-called "midgap material", ie the threshold voltage of a field effect transistor based on the layer arrangement according to the invention is due to the implementation of a carbon gate region for both an n-MOS field effect transistor and a p-MOS Field effect transistor possible. Thus, the layer arrangement according to the invention is outstandingly suitable for CMOS applications. The midgap material property of carbon is due to the fact that the work function for carbon is in the range of about 5eV (according to [3] at about 4.85 eV), ie closer to silicon midgap than to n + doped or p + doped polysilicon.

Kohlenstoff als den Graben auffüllendes Material der Schicht- Anordnung ist gut verträglich mit anderen für die Schicht- Anordnung einsetzbaren Prozessmaterialien, insbesondere im Rahmen der Silizium-Mikrotechnologie (z.B. Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid) und kann somit auch in bestehende Prozesse mit vertretbarem Aufwand eingegliedert werden. Insbesondere weist Kohlenstoff-Material eine gute Depositionseigenschaft auf elektrisch isolierendem Material an der Innenwand des Grabens auf, welche als elektrisch isolierendes Material vorzugsweise Siliziumoxid enthält und bei einer Ausgestaltung der Schicht-Anordnung als Feldeffekttransistor als Gate-isolierende Schicht dienen kann. Auch ist Kohlenstoff-Material mit typischen Prozessbedingungen (Temperatur, chemisches Milieu) der Silizium-Mikrotechnologie insbesondere zum Herstellen von Feldeffekttransistoren verträglich. Diese Verträglichkeit beinhaltet die Eigenschaft einer guten Temperaturbeständigkeit und die Möglichkeit, eine Kohlenstoff-Schicht mittels Trockenätzens (zum Beispiel H2-, O2-, Luft- oder Plasma-Ätzung) einfach zurückzuätzen.Carbon as the trench-filling material of the layer arrangement is well compatible with other process materials that can be used for the layer arrangement, in particular in the context of silicon microtechnology (eg, silicon, silicon oxide, silicon nitride), and thus can also be incorporated into existing processes with reasonable effort , In particular, carbon material has a good deposition property on electrically insulating material on the inner wall of the trench, which preferably contains silicon oxide as electrically insulating material and can serve as a field-effect transistor as a gate-insulating layer in one embodiment of the layer arrangement. Also, carbon material is typical Process conditions (temperature, chemical environment) of the silicon micro-technology in particular for the manufacture of field effect transistors compatible. This compatibility includes the property of good temperature resistance and the ability to easily etch back a carbon layer by dry etching (eg, H 2 , O 2 , air or plasma etching).

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, eine "Recessed-Channel"-Prozessierung zum Bilden der Schicht- Anordnung mit dem Einsatz von Kohlenstoff, insbesondere von polykristallinem Kohlenstoff, als neuartiges Material zum Auffüllen des Grabens zu kombinieren. Hierbei kann das Kohlenstoff-Material aufgrund seiner "Midgap-Workfunction" vorteilhafterweise sowohl für p-MOS-Devices als auch für n- MOS-Devices eingesetzt werden.An important aspect of the invention may be seen as combining recessed channel processing to form the layer assembly with the use of carbon, particularly polycrystalline carbon, as a novel trench filling material. In this case, due to its "midgap workfunction", the carbon material can advantageously be used both for p-MOS devices and for n-MOS devices.

Die erfindungsgemäße Schicht-Anordnung dient gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als Fully-Depleted- Feldeffekttransistor mit sehr guter Performance. Unter Einsatz der SOI-Technologie ist erfindungsgemäß ein FD-SOI- Transistor mit ultradünnem Kanal-Bereich und Kohlenstoff als Gate-Material geschaffen.The layer arrangement according to the invention serves according to a preferred embodiment as a fully depleted field effect transistor with very good performance. Using the SOI technology, an FD-SOI transistor with ultrathin channel region and carbon as gate material is provided according to the invention.

Die Verwendung von Kohlenstoff-Material zum Auffüllen des Grabens bzw. als Gate-Material einer als Feldeffekttransistor eingerichteten Schicht-Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, dass eine solche Kohlenstoff-Schicht eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, so dass eine verlustarme Signalzufuhr an den Gate-Bereich ermöglicht ist und vor allem ein schnelles Device realisiert ist, da die SignalVerzögerung aufgrund des geringen ohmschen Widerstands des Kohlenstoff- Materials gering gehalten ist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The use of carbon material for filling in the trench or as a gate material of a layer arrangement arranged as a field effect transistor has the additional advantage that such a carbon layer has a very good electrical conductivity, so that a low-loss signal supply to the gate Range is possible and above all a fast device is realized because the signal delay is kept low due to the low ohmic resistance of the carbon material. Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Im Weiteren werden zunächst Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schicht-Anordnung beschrieben.In the following, embodiments of the layer arrangement according to the invention will first be described.

Zwischen dem Substrat und der Halbleiter-Schicht der Schicht- Anordnung kann eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen sein.An electrically insulating layer may be provided between the substrate and the semiconductor layer of the layer arrangement.

Bei der Schicht-Anordnung können das Substrat, die elektrisch isolierende Schicht und die Halbleiter-Schicht als Silicon- On-Insulator-Substrat (SOI-Substrat) gebildet sein. Mit anderen Worten bildet gemäß dieser Ausgestaltung das Substrat einen Bulk-Silizium-Wafer, die elektrisch isolierende Schicht eine vergrabene Siliziumoxid-Schicht und die Halbleiter- Schicht eine Top-Silizium-Schicht einer sehr geringen Dicke. Ausgehend von einem SOI-Substrat kann bereits mit einer sehr dünnen Top-Silizium-Schicht als Halbleiter-Schicht die Prozessierung begonnen werden, so dass mittels des Dünnens eines zentralen Abschnitts der Halbleiter-Schicht ein extrem dünner Kanal-Bereich gebildet werden kann.In the layer arrangement, the substrate, the electrically insulating layer and the semiconductor layer may be formed as a silicon on insulator substrate (SOI substrate). In other words, according to this embodiment, the substrate forms a bulk silicon wafer, the electrically insulating layer forms a buried silicon oxide layer, and the semiconductor layer forms a top silicon layer of a very small thickness. Starting from an SOI substrate, processing can already be started with a very thin top silicon layer as the semiconductor layer, so that an extremely thin channel region can be formed by thinning a central section of the semiconductor layer.

Die Halbleiter-Schicht (insbesondere der gedünnte zentrale Bereich der Halbleiter-Schicht, der als Kanal-Bereich einsetzbar ist) der Schicht-Anordnung kann an Ladungsträgern teilweise verarmt (partially-depleted) sein, und ist vorzugsweise an Ladungsträgern vollständig verarmt (fully depleted) .The semiconductor layer (in particular the thinned central region of the semiconductor layer, which can be used as channel region) of the layer arrangement can be partially depleted on charge carriers, and is preferably fully depleted on charge carriers. ,

Die Halbleiter-Schicht kann im Bereich des Grabens eine Dicke von höchstens 30nm, vorzugsweise von höchstens lOnm aufweisen. Anders ausgedrückt kann der gedünnte Bereich der Halbleiter-Schicht eine Dicke von höchstens 30nm, vorzugsweise von höchstens lOnrα aufweisen. Bei einem Kanal- Bereich dieser Dicke ist eine besonders gute Einstellbarkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Kanal-Bereichs mittels Anlegens eines elektrischen Signals an den Gate-Bereich unter Verwendung des Feldeffekts erreichbar.The semiconductor layer may have a thickness of at most 30 nm, preferably at most 10 nm, in the region of the trench exhibit. In other words, the thinned portion of the semiconductor layer may have a thickness of at most 30 nm, preferably at most 10nrα. In a channel region of this thickness, a particularly good adjustability of the electrical conductivity of the channel region can be achieved by applying an electrical signal to the gate region using the field effect.

Das Kohlenstoff aufweisende Material kann aus Kohlenstoff bestehen. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Kohlenstoff aufweisende Material einzig aus Kohlenstoff gebildet und weist andere Komponenten nicht oder höchstens in Spuren (d.h. in unmaßgeblichen Mengen) auf.The carbon-containing material may be carbon. According to this embodiment, the carbon-containing material is formed solely of carbon and does not have other components at most or at most in trace amounts (i.e., in insignificant amounts).

Das Kohlenstoff aufweisende Material kann polykristallinen Kohlenstoff aufweisen oder daraus bestehen. Polykristalliner Kohlenstoff eignet sich ausgezeichnet als Midgap-Material für p-MOS-Devices und n-MOS-Devices .The carbon-containing material may include or consist of polycrystalline carbon. Polycrystalline carbon is ideal as a midgap material for p-MOS devices and n-MOS devices.

Als Übersicht werden kurz die Eigenschaften unterschiedlicher Kohlenstoff aufweisender Materialien (z.B. polykristalliner Kohlenstoff, Graphit, Diamant, etc.), die für die erfindungsgemäße Schicht-Anordnung verwendbar sind, gegenübergestellt. Besonders gut geeignet sind aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit polykristalliner Kohlenstoff und Graphit.For brevity, the properties of different carbonaceous materials (e.g., polycrystalline carbon, graphite, diamond, etc.) useful in the layer assembly of the present invention will be briefly contrasted. Due to their high electrical conductivity, polycrystalline carbon and graphite are particularly suitable.

Der spezifische Widerstand für undotierte Materialien liegt für Graphit bei einigen mΩcm, d.h. etwa bei 5 mΩcm, für Diamant ist er viel größer als 1 mΩcm, d.h. etwa im Bereich von 100 mΩcm bis 1000 mΩcm, und für das erfindungsgemäß bevorzugte Material aus polykristallinem Kohlenstoff bei etwa 1 mΩcm (undotierter Kohlenstoff in Größenordnung von höchst dotiertem Silizium) . Somit weist das erfindungsgemäß bevorzugte Material aus Kohlenstoff einen um Größenordnungen geringeren spezifischen Widerstand auf als Diamant.The resistivity for undoped materials is for graphite at a few mΩcm, ie about 5 mΩcm, for diamond it is much greater than 1 mΩcm, ie, in the range of 100 mΩcm to 1000 mΩcm, and for the invention preferred material of polycrystalline carbon at about 1 mΩcm (undoped carbon of order of magnitude doped silicon). Thus, the inventively preferred material made of carbon has orders of magnitude lower resistivity than diamond.

Der spezifische Widerstand für dotierte Materialien liegt für Graphit bei einigen μΩcm, d.h. etwa bei 5 μΩcm, für hochdotierten Diamant (1020 bis 1021 pro cm3) bei einigen 1 mΩcm, d.h. etwa im Bereich von 5 mΩcm und für das erfindungsgemäß bevorzugte Material aus polykristallinem Kohlenstoff bei etwa 10 μΩcm bis 1 μΩcm, vorzugsweise bei etwa 1 μΩcm. Somit weist das erfindungsgemäß bevorzugte Material aus Kohlenstoff auch im dotierten Zustand einen um Größenordnungen geringeren spezifischen Widerstand auf als Diamant. Je nach Dotierung oder Implantation oder Interkalation ist es sogar möglich, dass das erfindungsgemäß bevorzugte Material aus Kohlenstoff einen geringeren spezifischen Widerstand aufweist als Silber, welches einen spezifischen Widerstand von 1,6 μΩcm aufweist.The specific resistance for doped materials for graphite is a few μΩcm, ie about 5 μΩcm, for highly doped diamond (10 20 to 10 21 per cm 3 ) at some 1 mΩcm, ie in the range of 5 mΩcm and for the preferred material according to the invention of polycrystalline carbon at about 10 μΩcm to 1 μΩcm, preferably at about 1 μΩcm. Thus, the carbon material preferred according to the invention also has a specific order of magnitude lower resistivity than diamond in the doped state. Depending on the doping or implantation or intercalation, it is even possible for the carbon material preferred according to the invention to have a lower specific resistance than silver, which has a specific resistance of 1.6 μΩcm.

Die Rauhigkeit von Higly Oriented Pyrolitic Graphite (HOPG) ist kleiner als 1 nm, die von Diamant ist stark abhängig von der Mikrostruktur, d.h. der Korngröße und Orientierung, des Stresses, der Verunreinigungen und der Versetzungen innerhalb des Diamanten. Für das erfindungsgemäß bevorzugte Material aus polykristallinem Kohlenstoff liegt die Rauhigkeit zwischen 1 nm und 3 nm, insbesondere bei etwa 2 nm + 0,3 nm. Die Rauhigkeit des erfindungsgemäß bevorzugten Materials aus Kohlenstoff liegt zwischen HOPG und Diamant.The roughness of Higly Oriented Pyrolitic Graphite (HOPG) is less than 1 nm, that of diamond is highly dependent on the microstructure, i. grain size and orientation, stress, impurities and dislocations within the diamond. For the material of polycrystalline carbon preferred according to the invention, the roughness is between 1 nm and 3 nm, in particular about 2 nm + 0.3 nm. The roughness of the material of carbon preferred according to the invention lies between HOPG and diamond.

Die Korngröße von HOPG liegt bei etwa 10 μm und bei polykristallinen CVD Diamant, d.h. Diamant, welcher mittels chemischer vapour deposition erzeugt ist, bei einigen um, d.h. etwa 5 μm. Die Korngröße des erfindungsgemäß bevorzugten Materials aus polykristallinem Kohlenstoff beträgt zwischen 0,5 nm und 3 um, insbesondere 1 um bis 2 nun.The grain size of HOPG is about 10 microns and in polycrystalline CVD diamond, ie diamond, which is produced by chemical vapor deposition, at some to, ie about 5 microns. The grain size of the invention preferred Polycrystalline carbon material is between 0.5 nm and 3 μm, in particular 1 μm to 2 mm.

Die Härte von Graphit beträgt etwa 0,2 GPa und die für Diamant 10 GPa bis einige 100 GPa, d.h. bis etwa 500 GPa. Die Härte des erfindungsgemäß bevorzugten Materials aus polykristallinem Kohlenstoff beträgt zwischen 2 GPa und 9 GPa, insbesondere etwa 6 GPa bis 7 GPa.The hardness of graphite is about 0.2 GPa and that for diamond is 10 GPa to several 100 GPa, i. up to about 500 GPa. The hardness of the inventively preferred material of polycrystalline carbon is between 2 GPa and 9 GPa, in particular about 6 GPa to 7 GPa.

Die Elastizität von Graphit beträgt etwa 8 GPa und die für Diamant etwa 400 GPa bis 500 GPa. Die Elastizität des erfindungsgemäß bevorzugten Materials aus polykristallinem Kohlenstoff beträgt zwischen 50 GPa und 150 GPa, insbesondere etwa 80 GPa und liegt somit zwischen der Elastizität von Graphit und Diamant.The elasticity of graphite is about 8 GPa and for diamond about 400 GPa to 500 GPa. The elasticity of the inventively preferred material of polycrystalline carbon is between 50 GPa and 150 GPa, in particular about 80 GPa and thus lies between the elasticity of graphite and diamond.

Die Schicht-Anordnung kann als Feldeffekttransistor eingerichtet sein.The layer arrangement can be set up as a field-effect transistor.

Gemäß dieser Ausgestaltung kann der (gedünnte) Bereich der Halbleiter-Schicht unterhalb des Grabens als Kanal-Bereich eingerichtet sein, können an den Graben angrenzende Bereiche der Halbleiter-Schicht als erster Source-/Drain-Bereich und als zweiter Source-/Drain-Bereich eingerichtet sein (d.h. kann ein erster ungedünnter Bereich der Halbleiter-Schicht als erster Source-/Drain-Bereich eingerichtet sein und kann ein zweiter ungedünnter Bereich der Halbleiter-Schicht als zweiter Source-/Drain-Bereich eingerichtet sein) , kann zumindest ein Teil des elektrisch isolierenden Materials als Gate-isolierende Schicht eingerichtet sein und kann das Kohlenstoff aufweisende Material als Gate-Bereich eingerichtet sein. Die Schicht-Anordnung kann wahlweise als p-MOS-Feldeffekttransistor oder als n-MOS- Feldeffekttransistor eingesetzt werden.According to this embodiment, the (thinned) portion of the semiconductor layer below the trench may be configured as a channel region, regions of the semiconductor layer adjacent to the trench may be the first source / drain region and the second source / drain region be arranged (ie, a first unthinned portion of the semiconductor layer may be configured as a first source / drain region and a second unthinned portion of the semiconductor layer may be configured as a second source / drain region), at least a part of electrically insulating material may be configured as a gate insulating layer and the carbon-containing material may be configured as a gate region. The layer arrangement can optionally as p-MOS field effect transistor or used as an n-MOS field effect transistor.

Ferner ist erfindungsgemäß eine CMOS-Anordnung gebildet, mit einer ersten erfindungsgemäßen Schicht-Anordnung, die als p- MOS-Feldeffekttransistor eingerichtet ist, und mit einer zweiten erfindungsgemäßen Schicht-Anordnung, die als n-MOS- Feldeffekttransistor eingerichtet ist. Diese beiden Schicht- Anordnungen können in einem gemeinsamen Substrat integriert sein. Da Kohlenstoff-Material ein Midgap-Material darstellt, kann das Kohlenstoff-Material als Gate-Bereich sowohl in einem p-MOS-Feldeffekttransistor als auch in einem n-MOS- Feldeffekttransistor vorgesehen sein, so dass mit geringem Aufwand ein hochleistungsfähiges CMOS-Device gebildet ist.Furthermore, according to the invention, a CMOS arrangement is formed, with a first layer arrangement according to the invention, which is set up as a p-MOS field-effect transistor, and with a second layer arrangement according to the invention, which is set up as an n-MOS field-effect transistor. These two layer arrangements can be integrated in a common substrate. Since carbon material is a midgap material, the carbon material may be provided as a gate region both in a p-MOS field effect transistor and in an n-MOS field effect transistor, so that a high-performance CMOS device is formed with little effort is.

Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Schicht-Anordnung näher beschrieben. Ausgestaltungen der Schicht-Anordnung gelten auch für das Verfahren zum Herstellen der Schicht-Anordnung und umgekehrt.In the following, the method according to the invention for producing a layer arrangement will be described in more detail. Embodiments of the layer arrangement also apply to the method for producing the layer arrangement and vice versa.

Zum Abscheiden der Kohlenstoff-Schicht sind insbesondere zwei unterschiedliche Prozesse möglich.In particular, two different processes are possible for depositing the carbon layer.

Gemäß einem ersten Prozess kann bei einer Temperatur von vorzugsweise 950° Celsius und einem Druck von 1 Hektopascal in H2-Atmosphäre anschließend ein Gasfluss eines kohlenstoffhaltigen Gases wie Methan (CH4) eingestellt werden, womit der Druck auf beispielsweise 600 Hektopascal eingestellt wird. Die Dicke der abgeschiedenen Kohlenstoff- Schicht kann über die Prozessierungszeit eingestellt werden.According to a first process, at a temperature of preferably 950 ° Celsius and a pressure of 1 hectopascal in H2 atmosphere then a gas flow of a carbonaceous gas such as methane (CH 4 ) can be adjusted, whereby the pressure is set to, for example, 600 hectopascals. The thickness of the deposited carbon layer can be adjusted over the processing time.

Gemäß einem zweiten Verfahren kann bei 800° Celsius in einem Photonen-Ofen bei einem Druck von 2,5 Torr (ungefähr 3,3 Hektopascal) Wasserstoff und 7,5 Torr (ungefähr 10 Hektopascal) Methan die Kohlenstoff-Schicht gebildet werden.According to a second method, at 800 ° C in a photon furnace at a pressure of 2.5 Torr (about 3.3 Hectopascal) of hydrogen and 7.5 torr (about 10 hectopascal) of methane carbon layer are formed.

Im einzelnen kann das Abscheiden von polykristallinem Kohlenstoff erfolgen, wie im Weiteren beschrieben wird. Unter einer polykristallinen Kohlenstoff-Schicht wird insbesondere eine Schicht verstanden, welche im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht und welche in Teilbereichen eine GraphitStruktur, d.h. eine hexagonale Gitterstruktur, welche als kristallin aufgefasst werden kann, aufweist. Die einzelnen "kristallinen" Teilbereiche mit hexagonalen Strukturen sind jedoch durch Bereiche getrennt, welche keine hexagonalen Gitterstrukturen aufweisen, oder zumindest durch hexagonale Gitterstrukturen getrennt, welche eine zu den benachbarten "kristallinen" Teilbereichen unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.In particular, the deposition of polycrystalline carbon can be carried out, as described below. A polycrystalline carbon layer is understood in particular to mean a layer which consists essentially of carbon and which in partial regions has a graphite structure, i. a hexagonal lattice structure which can be considered crystalline. However, the individual "crystalline" subregions with hexagonal structures are separated by regions which have no hexagonal lattice structures, or at least separated by hexagonal lattice structures which have a different orientation to the adjacent "crystalline" subregions.

Bei einem ersten Prozess wird bei einer Temperatur zwischen 900°Celsius und 970°Celsius, vorzugsweise 950°Celsius, eine Wasserstoffatmosphäre mit einem Druck von 1 Hektopascal, erzeugt. Anschließend wird ein kohlenstoffhaltiges Gas, beispielsweise Methan (CH4) oder Azetylen (C2H4) , eingeleitet, bis sich ein Gesamtdruck von etwa 600 Hektopascal einstellt. Bei diesen Bedingungen scheidet sich eine polykristalline Kohlenstoff-Schicht ab. Vorzugsweise wird das kohlenstoffhaltige Gas während des Abscheideprozesses ständig eingeleitet, so dass der Gesamtdruck im Wesentlichen konstant bleibt.In a first process, at a temperature between 900 ° Celsius and 970 ° Celsius, preferably 950 ° Celsius, a hydrogen atmosphere is generated at a pressure of 1 hectopascal. Subsequently, a carbon-containing gas, for example, methane (CH 4 ) or acetylene (C 2 H 4 ), is introduced until a total pressure of about 600 hectopascals sets. Under these conditions, a polycrystalline carbon layer separates out. Preferably, the carbonaceous gas is constantly introduced during the deposition process, so that the total pressure remains substantially constant.

Bei einem zweiten Prozess zum Erzeugen einer polykristallinen Kohlenstoff-Schicht wird bei einer Temperatur von etwa 800°Celsius eine Wasserstoffatmosphäre von etwa 2 Torr bis 3 Torr, vorzugsweise 2,5 Torr, was etwa 3,3 Hektopascal entspricht, erzeugt. Gleichzeitig zum Heizen mittels eines normalen Ofens wird ein so genannter Photonen-Ofen verwendet, d.h. eine Lichtquelle, welche zusätzlich Energie zur Verfügung stellt. Hierdurch lässt sich die Temperatur gegenüber dem oben beschriebenen Verfahren senken, was je nach Anwendungsgebiet vorteilhaft sein kann. In die Wasserstoffatmosphäre wird anschließend wiederum ein kohlenstoffhaltiges Gas, beispielsweise Methan (CH4) , Azetylen (C2H4) oder Alkoholdampf, vorzugsweise Äthanoldampf (C2H5OH), eingeleitet, bis ein Gesamtdruck zwischen 6,5 Torr und 8,5 Torr, vorzugsweise 7,5 Torr, was etwa 10 Hektopascal entspricht, erreicht ist. Auch bei diesen Bedingungen scheidet sich eine polykristalline Kohlenstoff-Schicht ab. Auch in diesem Prozess wird das kohlenstoffhaltige Gas vorzugsweise ständig eingeleitet, solange die konforme Abscheidung durchgeführt wird.In a second process for producing a polycrystalline carbon layer, at a temperature of about 800 ° C, a hydrogen atmosphere of about 2 Torr to 3 Torr, preferably 2.5 Torr, which is about 3.3 hectopascals corresponds, generated. Simultaneously with heating by means of a normal oven, a so-called photon furnace is used, ie a light source which additionally provides energy. As a result, the temperature can be reduced compared to the method described above, which can be advantageous depending on the field of application. A carbon-containing gas, for example methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 4 ) or alcohol vapor, preferably ethanol vapor (C 2 H 5 OH), is then in turn introduced into the hydrogen atmosphere until a total pressure between 6.5 Torr and 8, 5 Torr, preferably 7.5 Torr, which corresponds to about 10 hectopascals, is reached. Even under these conditions, a polycrystalline carbon layer separates out. Also in this process, the carbonaceous gas is preferably continuously introduced while the conformal deposition is performed.

Zusammenfassend kann das Kohlenstoff aufweisende Material gebildet werden, indem bei einer Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Gesamtdruck zwischen 1 Hektopascal und 4 Hektopascal und bei einer Temperatur zwischen 600° Celsius und 1000° Celsius ein kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt wird.In summary, the carbon-containing material can be formed by supplying a carbon-containing gas in a hydrogen atmosphere having a total pressure of between 1 hectopascal and 4 hectopascal and at a temperature between 600 ° C and 1000 ° C.

Das kohlenstoffhaltige Gas kann Methan, Äthan, Azetylen oder Alkoholdampf sein.The carbonaceous gas may be methane, ethane, acetylene or alcohol vapor.

Die Temperatur kann zwischen 900° Celsius und 970° Celsius eingestellt werden, der Gesamtdruck der Wasserstoff- Atmosphäre kann 1 Hektopascal betragen, und beim Ausbilden der Kohlenstoff aufweisenden Schicht kann soviel kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt werden, dass sich ein Gesamtdruck zwischen 500 Hektopascal und 700 Hektopascal einstellt. Die Temperatur kann alternativ zwischen 750° Celsius und 850° Celsius eingestellt werden, der Gesamtdruck der Wasserstoff- Atmosphäre kann 1,5 Hektopascal betragen, und beim Ausbilden der Kohlenstoff aufweisenden Schicht kann soviel kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt werden, dass sich ein Gesamtdruck zwischen 9 Hektopascal und 11 Hektopascal einstellt.The temperature can be set between 900 ° Celsius and 970 ° Celsius, the total pressure of the hydrogen atmosphere can be 1 hectopascal, and in forming the carbonaceous layer enough carbonaceous gas can be supplied to set a total pressure between 500 hectopascals and 700 hectopascals , Alternatively, the temperature may be set between 750 ° C and 850 ° C, the total hydrogen atmosphere pressure may be 1.5 Hectopascals, and carbon-forming layer may be carbonated enough to produce a total pressure of between 9 and Hectopascals 11 hectopascal sets.

Die Temperatur kann zumindest teilweise mittels einer Photonen-Heizung und/oder mittels Verwenden eines Plasmas aufrechterhalten werden.The temperature may be maintained at least in part by means of photon heating and / or by using a plasma.

Der Graben kann in der Halbleiter-Schicht mittels Entfernens von Material der Halbleiter-Schicht gebildet werden, d.h. mittels Dünnens der Halbleiter-Schicht (zum Beispiel in einem zentralen Abschnitt der Halbleiter-Schicht) .The trench may be formed in the semiconductor layer by removing material of the semiconductor layer, i. by thinning the semiconductor layer (for example, in a central portion of the semiconductor layer).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Figuren 1 bis 12 Schichtenfolgen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Verfahrens zum Herstellen eines Feldeffekttransistors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,FIGS. 1 to 12 layer sequences at different times during a method for producing a field-effect transistor according to a preferred exemplary embodiment of the invention,

Figur 13 den gemäß dem Verfahren nach Figuren 1 bis 12 . hergestellten Feldeffekttransistor gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 13 according to the method according to FIGS. 1 to 12. produced field effect transistor according to a preferred embodiment of the invention.

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den-Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The same or similar components in different figures are provided with the same reference numerals. The illustrations in the figures are schematic and not to scale.

Das in Fig.l gezeigte Silicon-On-Insulator-Substrat 100 enthält ein Bulk-Silizium-Substrat 101, eine darauf gebildete Siliziumoxid-Schicht 102 ("buried oxide", BOX) und eine auf der Siliziumoxid-Schicht 102 gebildete dünne Top-Silizium- Schicht 103 aus kristallinem Silizium-Material (c-Si) .The silicon-on-insulator substrate 100 shown in FIG. 1 contains a bulk silicon substrate 101, a buried oxide 102 (BOX) formed thereon, and a thin top layer formed on the silicon oxide layer 102. Silicon layer 103 of crystalline silicon material (c-Si).

Um die in Fig.2 gezeigte lateral begrenzte Silizium-Schicht 201 zu erhalten, wird unter Verwendung eines Lithographie- Verfahrens und eines Ätz-Verfahrens basierend auf der Top- Silizium-Schicht 103 ein aktives Gebiet ("Mesen") definiert.In order to obtain the laterally limited silicon layer 201 shown in FIG. 2, an active region ("mesen") is defined using a lithography process and an etching process based on the top silicon layer 103.

Um die in Fig.3 gezeigte Schichtenfolge 300 zu erhalten, werden erste Seitenwandspacer 301 an den Seitenwänden der lateral begrenzten Silizium-Schicht 201 gebildet. Die ersten Seitenwandspacer 301 können aus Siliziumoxid-Material oder aus Siliziumnitrid-Material gebildet werden. Hierdurch wird eine seitliche Isolation der Mesen gewährleistet.In order to obtain the layer sequence 300 shown in FIG. 3, first sidewall spacers 301 are formed on the sidewalls of the laterally limited silicon layer 201. The first sidewall spacers 301 may be formed of silicon oxide material or silicon nitride material. This ensures a lateral isolation of the mesen.

Um die in Fig.4 gezeigte Schichtenfolge 400 zu erhalten, wird eine Siliziumnitrid-Hartmaske 401 auf der Schichtenfolge 300 abgeschieden.In order to obtain the layer sequence 400 shown in FIG. 4, a silicon nitride hard mask 401 is deposited on the layer sequence 300.

Um die in Fig.5 gezeigte Schichtenfolge 500 zu erhalten, wird zunächst Fotoresist-Material (Lack) auf der Schichtenfolge 400 abgeschieden und unter Verwendung eines Lithographie- Verfahrens und eines Ätz-Verfahrens derart strukturiert, dass Fotoresist-Material in einem zentralen Abschnitt entfernt wird, womit ein Fenster 502 gebildet wird und ein Oberflächenbereich der Siliziumnitrid-Hartmaske 401 freigelegt wird.In order to obtain the layer sequence 500 shown in FIG. 5, photoresist material (lacquer) is first deposited on the layer sequence 400 and patterned using a lithography process and an etching process in such a way that photoresist material is removed in a central section , whereby a window 502 is formed and a Surface area of the silicon nitride hardmask 401 is exposed.

Um die in Fig.6 gezeigte Schichtenfolge 600 zu erhalten, wird unter Verwendung eines Trockenätz-Verfahrens die Siliziumnitrid-Hartmaske 401 in den freigelegten Bereich geätzt, wodurch eine strukturierte Siliziumnitrid-Hartmaske 401 gebildet wird und ein Oberflächenbereich der lateral begrenzten Silizium-Schicht 201 freigelegt wird. Nachfolgend wird zum Beispiel mittels eines Stripping-Verfahrens der Fotoresist 501 von der Oberfläche der so erhaltenen Schichtenfolge entfernt.In order to obtain the layer sequence 600 shown in FIG. 6, the silicon nitride hard mask 401 is etched into the exposed area using a dry etching method, thereby forming a patterned silicon nitride hard mask 401 and exposing a surface area of the laterally confined silicon layer 201 becomes. Subsequently, for example, by means of a stripping method, the photoresist 501 is removed from the surface of the layer sequence thus obtained.

Um die in Fig.7 gezeigte Schichtenfolge 700 zu erhalten, wird unter Verwendung eines Trockenätz-Verfahrens die lateral begrenzte Silizium-Schicht 201 gedünnt. Dadurch wird in einem zentralen Abschnitt der lateral begrenzten Silizium-Schicht 201 ein gedünnter Silizium-Bereich 703 gebildet, an den sich gemäß Fig.7 linksseitig ein erster ungedünnter Silizium- Bereich 701 anschließt und gemäß Fig.7 rechtsseitig ein zweiter ungedünnter Silizium-Bereich 702. Aufgrund des Entfernens von Silizium-Material beim Dünnen der lateral begrenzten Silizium-Schicht 201 bleibt in einem zentralen Abschnitt der lateral begrenzten Silizium-Schicht 201 ein Graben 704 zurück.In order to obtain the layer sequence 700 shown in FIG. 7, the laterally limited silicon layer 201 is thinned using a dry etching method. As a result, a thinned silicon region 703 is formed in a central section of the laterally delimited silicon layer 201, to which a first, unthinned silicon region 701 adjoins on the left side according to FIG. 7 and a second, unthinned silicon region 702 on the right side according to FIG Due to the removal of silicon material during thinning of the laterally confined silicon layer 201, a trench 704 remains in a central portion of the laterally confined silicon layer 201.

Um die in Fig.8 gezeigte Schichtenfolge 800 zu erhalten, wird zunächst (beispielsweise mittels thermischen Oxidierens oder unter Verwendung eines Abscheide-Verfahrens) eine Schutz- Siliziumoxid-Schicht 801 in einem gemäß Fig.8 horizontalen Bodenbereich des Grabens 704 gebildet. Nachfolgend werden zweite Seitenwandspacer 802 aus Siliziumnitrid-Material an gemäß Fig.8 vertikalen Wänden des Grabens 704 gebildet. Um die in Fig.9 gezeigte Schichtenfolge 900 zu erhalten, wird die Schichtenfolge 800 einem Nassätz-Verfahren zur Glättung unterzogen, wodurch die Schutz-Siliziumoxid-Schicht 801 entfernt wird.In order to obtain the layer sequence 800 shown in FIG. 8, a protective silicon oxide layer 801 is initially formed (for example by means of thermal oxidation or using a deposition method) in a horizontal bottom region of the trench 704 according to FIG. Next, second sidewall spacers 802 of silicon nitride material are formed on vertical walls of the trench 704, as shown in FIG. In order to obtain the layer sequence 900 shown in FIG. 9, the layer sequence 800 is subjected to a wet etching process for smoothing, whereby the protective silicon oxide layer 801 is removed.

Um die in Fig.10 gezeigte Schichtenfolge 1000 zu erhalten, wird eine Gate-isolierende Schicht 1001 aus Siliziumoxid- Material auf dem freiliegenden Bereich der lateral strukturierten Silizium-Schicht 201, d.h. vorwiegend auf dem gedünnten Silizium-Bereich 703 in dem Graben 704 gebildet.To obtain the layer sequence 1000 shown in Fig. 10, a gate insulating layer 1001 of silicon oxide material is formed on the exposed portion of the laterally-patterned silicon layer 201, i. formed predominantly on the thinned silicon region 703 in the trench 704.

Um die in Fig.11 gezeigte Schichtenfolge 1100 zu erhalten, wird polykristallines Kohlenstoff-Material 1101 ganzflächig auf der Schichtenfolge 1000 abgeschieden, wodurch der Graben 704 vollständig mit Kohlenstoff-Material gefüllt wird und auch sonstige Bereiche der Schichtenfolge mit Kohlenstoff- Material bedeckt werden. Bei diesem Kohlenstoff- Abscheideverfahren wird bei einer Temperatur von 950° Celsius und einem Druck von 1 Hektopascal in H2-Atmosphäre anschließend ein Gasfluss des kohlenstoffhaltigen Gases Methan (CH4) eingestellt, womit der Druck auf beispielsweise 600 Hektopascal eingestellt wird.In order to obtain the layer sequence 1100 shown in FIG. 11, polycrystalline carbon material 1101 is deposited over the entire surface of the layer sequence 1000, whereby the trench 704 is completely filled with carbon material and also other regions of the layer sequence are covered with carbon material. In this carbon deposition method, a gas flow of the carbon-containing gas methane (CH 4 ) is then set at a temperature of 950 ° Celsius and a pressure of 1 hectopascal in H2 atmosphere, whereby the pressure is set to 600 hectopascal, for example.

Um die in Fig.12 gezeigte Schichtenfolge 1200 zu erhalten, wird das abgeschiedene polykristalline Kohlenstoff-Material 1101 derart zurückgeätzt, dass Kohlenstoff-Material nur in dem Graben 704 zurückbleibt, womit ein Kohlenstoff-Gate- Bereich 1201 aus polykristallinem Kohlenstoff-Material gebildet wird.In order to obtain the layer sequence 1200 shown in FIG. 12, the deposited polycrystalline carbon material 1101 is etched back so that carbon material remains only in the trench 704, thus forming a carbon gate region 1201 of polycrystalline carbon material.

Um den in Fig.13 gezeigten Feldeffekttransistor 1300 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erhalten, wird unter Verwendung eines Ätz-Verfahrens die Siliziumnitrid-Hartmaske 401 entfernt.To the field effect transistor shown in Figure 13 1300 according to the preferred embodiment of the invention to obtained, the silicon nitride hardmask 401 is removed using an etching process.

Bei dem Feldeffekttransistor 1300 wird der erste ungedünnte Silizium-Bereich 701 als erster Source-/Drain-Bereich 1301 eingerichtet, wird der zweite ungedünnte Silizium-Bereich 702 als zweiter Source-/Drain-Bereich 1302 eingerichtet und ist der gedünnte Silizium-Bereich 703 als ultradünner Kanal- Bereich 1303 ausgebildet. Somit ist der Feldeffekttransistor 1300 aus Fig.13 ein FD-SOI-MOSFET mit hervorragenden Transistoreigenschaften. In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiertIn the field effect transistor 1300, the first un-thinned silicon region 701 is established as the first source / drain region 1301, the second undiluted silicon region 702 is established as the second source / drain region 1302, and the thinned silicon region 703 is ultra-thin channel region 1303 formed. Thus, the field effect transistor 1300 of Fig. 13 is an FD-SOI MOSFET having excellent transistor characteristics. The following publications are cited in this document

[1] T. Yonehara and K. Sakaguchi, "ELTRAN®; Novel SOI Wafer Technology", JSAP International No.4 (JuIy 2001), pp. 10-16[1] T. Yonehara and K. Sakaguchi, "ELTRAN ®; Novel SOI wafer technology", JSAP International No.4 (JuIy 2001), pp. 10-16

[2] DE 102 33 663 AlDE 102 33 663 A1

[3] G. Raghavan, J.L. Hoyt and J.F. Gibbons, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.32 (1993), pp. 380-383[3] G. Raghavan, J.L. Hoyt and J.F. Gibbons, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.32 (1993), pp. 380-383

[4] US 2003/0189231 Al Bezugszeichenliste[4] US 2003/0189231 Al LIST OF REFERENCE NUMBERS

100 Silicon-On-Insulator-Substrat 101 BuIk-SiIizium-Substrat 102 Siliziumoxid-Schicht 103 Top-Silizium-Schicht 200 Schichtenfolge 201 lateral begrenzte Silizium-Schicht 300 Schichtenfolge 301 erste Seitenwandspacer 400 Schichtenfolge 401 Siliziumnitrid-Hartmaske 500 Schichtenfolge 501 Photoresist 502 Fenster 600 Schichtenfolge 601 Fenster 700 Schichtenfolge 701 erster ungedünnter Silizium-Bereich 702 zweiter ungedünnter Silizium-Bereich 703 gedünnter Silizium-Bereich 704 Graben 800 Schichtenfolge 801 Schutz-Siliziumoxid-Schicht 802 zweite Seitenwandspacer 900 Schichtenfolge 1000 Schichtenfolge 1001 Gate-isolierende Schicht 1100 Schichtenfolge 1101 polykristallines Kohlenstoff-Material 1200 Schichtenfolge 1201 Kohlenstoff-Gate-Bereich 1300 Feldeffekttransistor 1301 erster Source-/Drain-Bereich 1302 zweiter Source-/Drain-Bereich 1303 ultradünner Kanal-Bereich 100 silicon-on-insulator substrate 101 semiconductor silicon substrate 102 silicon oxide layer 103 top silicon layer 200 layer sequence 201 laterally delimited silicon layer 300 layer sequence 301 first sidewall spacer 400 layer sequence 401 silicon nitride hard mask 500 layer sequence 501 photoresist 502 window 600 Layer sequence 601 window 700 layer sequence 701 first undiluted silicon region 702 second undiluted silicon region 703 thinned silicon region 704 trench 800 layer sequence 801 protective silicon oxide layer 802 second sidewall spacer 900 layer sequence 1000 layer sequence 1001 gate-insulating layer 1100 layer sequence 1101 polycrystalline carbon Material 1200 layer sequence 1201 carbon gate region 1300 field effect transistor 1301 first source / drain region 1302 second source / drain region 1303 ultra-thin channel area

Claims

Patentansprüche: claims: 1. Schicht-Anordnung, • mit einem Substrat; • mit einer Halbleiter-Schicht auf dem Substrat; • mit einem Graben in der Halbleiter-Schicht; • mit elektrisch isolierendem Material an den Seitenwänden und am Boden des Grabens; • mit Kohlenstoff aufweisendem elektrisch leitfähigem Material auf dem elektrisch isolierenden Material in dem Graben.1st layer arrangement, • with a substrate; • with a semiconductor layer on the substrate; • with a trench in the semiconductor layer; • with electrically insulating material on the sidewalls and at the bottom of the trench; • Carbon-containing electrically conductive material on the electrically insulating material in the trench. 2. Schicht-Anordnung nach Anspruch 1, mit einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen dem Substrat und der Halbleiter-Schicht.2. Layer arrangement according to claim 1, with an electrically insulating layer between the substrate and the semiconductor layer. 3. Schicht-Anordnung nach Anspruch 2, bei der das Substrat, die elektrisch isolierende Schicht und die Halbleiter-Schicht als Silicon-on-Insulator-Substrat gebildet sind.3. The layer arrangement according to claim 2, wherein the substrate, the electrically insulating layer and the semiconductor layer are formed as a silicon on insulator substrate. 4. Schicht-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , bei der die Halbleiter-Schicht an Ladungsträgern vollständig verarmt ist.4. Layer arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor layer is completely depleted of charge carriers. 5. Schicht-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Halbleiter-Schicht in dem Bereich des Grabens eine Dicke von höchstens zehn Nanometern aufweist.5. A layer arrangement according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor layer in the region of the trench has a thickness of at most ten nanometers. 6. Schicht-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das Kohlenstoff aufweisende Material aus Kohlenstoff besteht. 6. Layer arrangement according to one of claims 1 to 5, wherein the carbon-containing material consists of carbon. 7. Schicht-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher das Kohlenstoff aufweisende Material polykristallinen Kohlenstoff aufweist.7. A layer assembly according to any one of claims 1 to 6, wherein the carbon-containing material comprises polycrystalline carbon. 8. Feldeffekttransistor, mit einer Schicht-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.8. Field effect transistor, with a layer arrangement according to one of claims 1 to 7. 9. Feldeffekttransistor nach Anspruch 8, bei dem • der Bereich der Halbleiter-Schicht unterhalb des Grabens als Kanal-Bereich eingerichtet ist; • an den Graben angrenzende Bereiche der Halbleiter- Schicht als erster Source-/Drain-Bereich und als zweiter Source-/Drain-Bereich eingerichtet sind; • zumindest ein Teil des elektrisch isolierenden Materials als Gate-isolierende Schicht eingerichtet ist; • das Kohlenstoff aufweisende Material als Gate-Bereich eingerichtet ist.9. Field effect transistor according to claim 8, wherein • the area of the semiconductor layer below the trench is set up as a channel area; • regions of the semiconductor layer adjacent to the trench are arranged as a first source / drain region and as a second source / drain region; • at least a part of the electrically insulating material is designed as a gate-insulating layer; • The carbon-containing material is set up as a gate area. 10. Verfahren zum Herstellen einer Schicht-Anordnung, bei dem • eine Halbleiter-Schicht auf einem Substrat vorgesehen wird; • in der Halbleiter-Schicht ein Graben gebildet wird; • elektrisch isolierendes Material an den Seitenwähden und ■ am Boden des Grabens gebildet wird; • Kohlenstoff aufweisendes Material auf dem elektrisch isolierenden Material in dem Graben gebildet wird.10. A method for producing a layer arrangement, in which • a semiconductor layer is provided on a substrate; • a trench is formed in the semiconductor layer; • electrically insulating material is formed on the side walls and ■ at the bottom of the trench; Carbon-containing material is formed on the electrically insulating material in the trench. 11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Kohlenstoff aufweisende Material gebildet wird, indem bei einer Wasserstoffatmosphäre mit einem Gesamtdruck zwischen 1 Hektopascal und 4 Hektopascal und bei einer Temperatur zwischen 600°Celsius und 1000°Celsius ein kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt wird.11. The method of claim 10, wherein the carbon-containing material is formed by, in a hydrogen atmosphere with a total pressure between 1 hectopascal and 4 hectopascal and at a temperature between 600 ° Celsius and 1000 ° Celsius, a carbon-containing gas is supplied. 12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das kohlenstoffhaltige Gas Methan, Äthan, Azetylen oder Alkoholdampf ist.12. The method of claim 11, wherein the carbonaceous gas is methane, ethane, acetylene or alcohol vapor. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Temperatur zwischen 900°Celsius und 970°Celsius, der Gesamtdruck der Wasserstoffatmosphäre 1 Hektopascal beträgt und beim Ausbilden der Kohlenstoff aufweisenden Schicht so viel kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt wird, dass sich ein Gesamtdruck zwischen 500 Hektopascal und 700 Hektopascal einstellt.13. The method of claim 11 or 12, wherein the temperature between 900 ° Celsius and 970 ° Celsius, the total pressure of the hydrogen atmosphere is 1 hectopascal and in the formation of the carbon-containing layer so much carbon-containing gas is supplied that a total pressure between 500 Hektopascal and 700 hectopascal. 14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Temperatur zwischen 750°Celsius und 850°Celsius, der Gesamtdruck der Wasserstoffatmosphäre 1,5 Hektopascal beträgt und beim Ausbilden der Kohlenstoff aufweisenden Schicht so viel kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt wird, dass sich ein Gesamtdruck zwischen 9 Hektopascal und 11 Hektopascal einstellt.14. The method of claim 11 or 12, wherein the temperature between 750 ° C and 850 ° C, the total pressure of the hydrogen atmosphere is 1.5 hectopascal and in the formation of the carbon-containing layer so much carbon-containing gas is supplied that a total pressure between 9 hectopascal and 11 hectopascal sets. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Temperatur zumindest teilweise mittels einer Photonen-Heizung und/oder mittels Verwendens eines Plasmas aufrechterhalten wird.15. The method according to any one of claims 11 to 14, wherein the temperature is maintained at least partially by means of a photon heater and / or by using a plasma. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem der Graben in der Halbleiter-Schicht mittels Entfernens von Material der Halbleiter-Schicht gebildet wird. 16. The method of claim 10, wherein the trench is formed in the semiconductor layer by removing material of the semiconductor layer.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7978504B2 (en) * 2008-06-03 2011-07-12 Infineon Technologies Ag Floating gate device with graphite floating gate

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04142079A (en) * 1990-10-02 1992-05-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device and manufacture thereof
JP2001352058A (en) * 2000-06-09 2001-12-21 Toshiba Corp Method for manufacturing semiconductor device
US20020142551A1 (en) * 2001-03-29 2002-10-03 International Business Machines Corporation CMOS structure with non-epitaxial raised source/drain and self-aligned gate and method of manufacture
US20030189231A1 (en) * 1999-07-28 2003-10-09 Clevenger Lawrence A. Method and structure for providing improved thermal conduction for silicon semiconductor devices
DE10233663A1 (en) * 2002-07-24 2004-02-19 Infineon Technologies Ag 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
WO2005062752A2 (en) * 2003-11-28 2005-07-14 International Business Machines Corporation Metal carbide gate structure and method of fabrication

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04142079A (en) * 1990-10-02 1992-05-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device and manufacture thereof
US20030189231A1 (en) * 1999-07-28 2003-10-09 Clevenger Lawrence A. Method and structure for providing improved thermal conduction for silicon semiconductor devices
JP2001352058A (en) * 2000-06-09 2001-12-21 Toshiba Corp Method for manufacturing semiconductor device
US20020142551A1 (en) * 2001-03-29 2002-10-03 International Business Machines Corporation CMOS structure with non-epitaxial raised source/drain and self-aligned gate and method of manufacture
DE10233663A1 (en) * 2002-07-24 2004-02-19 Infineon Technologies Ag 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
WO2005062752A2 (en) * 2003-11-28 2005-07-14 International Business Machines Corporation Metal carbide gate structure and method of fabrication

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BUCHANAN D A ET AL: "Fabrication of midgap metal gates compatible with ultrathin dielectrics", APPLIED PHYSICS LETTERS, AIP, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, MELVILLE, NY, US, vol. 73, no. 12, 21 September 1998 (1998-09-21), pages 1676 - 1678, XP012020986, ISSN: 0003-6951 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 417 (E - 1258) 3 September 1992 (1992-09-03) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2002, no. 04 4 August 2002 (2002-08-04) *
RAGHAVAN G ET AL: "POLYCRYSTALLINE CARBON: A NOVEL MATERIAL FOR GATE ELECTRODES IN MOSTECHNOLOGY", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, PUBLICATION OFFICE JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. TOKYO, JP, vol. 32, no. 1B, PART 1, January 1993 (1993-01-01), pages 380 - 383, XP000418034, ISSN: 0021-4922 *

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