5.2 -Kanal-Transistor mit -Polysilizium-Gate

Bei Standard-CMOS-Technologien wird eine Prozeßvereinfachung durch die Verwendung von -dotiertem Polysilizium als Gate-Material für beide Transistortypen durch die Einsparung eines Maskenschrittes erzielt. In Prozessen unterhalb von etwa Gate-Länge und ganz besonders im Submikron-Bereich muß wegen der hohen negativen Differenz der Austrittsarbeit von -Polysilizium gegenüber Silizium () und als Konsequenz der dünnen Gate-Oxide bei einer geforderten Threshold-Spannung von größer als Volt der Kanal des -MOSFETs mit Akzeptoren (zumeist Bor) gegendotiert werden. An der Siliziumoberfläche entsteht so eine dünne -leitende Schicht, der Kanal bildet sich tiefer im Silizium aus: Man spricht vom vergrabenen Kanal (,,buried channel``) [Zhu88].

Neben der Maskeneinsparung hat der -MOSFET mit vergrabenem Kanal weitere Vorteile:

• Höhere Ladungsträgerbeweglichkeit durch den Wegfall der Oberflächenstreuung. Der Gewinn liegt zwischen [Hay91] und [Sze81].
• Geringerer Kurzkanal- und Substrateffekt [Sze81].
• Geringere Sensitivität der Threshold-Spannung auf Oxiddickenvariation (vgl. Abb. 5.13).
• Durch Verwendung von -Polysilizium als Gate-Material werden Probleme durch eine Borpenetration (speziell bei -Implantation [Bak89]) aus dem -Polysilizium durch das dünne Gate-Oxid hindurch in den Kanal und der daraus folgenden Instabilität der Threshold-Spannung vermieden [Pfi90].

Dem stehen Nachteile gegenüber, die gerade bei Submikron-Technologien stets aufs neue kritisch geprüft werden müssen:

• Generell schlechtere Steuerbarkeit des Bauelements durch das Gate, sichtbar in geringerer Steilheit.
• Deutlich höhere Anfälligkeit für Punchthrough [Zhu88].
• Höherer Drain-Reststrom.

Eine weitere Prozeßvereinfachung durch Einsparung einer Maske läßt sich erzielen, wenn die Gegendotierung des -Kanal-Transistors zugleich mit der Threshold-Justierung des -Kanal-Transistors erfolgen kann. Dieselbe seichte Akzeptor-Dotierung (fast immer Bor aus - oder -Implantation) erhöht beim -MOSFET die Threshold-Spannung und senkt diese beim -Kanal-Transistor.

Durch die Doppelverwendung der Threshold-Justierung geht ein Freiheitsgrad in der Wahl der Implantationsparameter verloren. Dies erfordert Aufmerksamkeit und Kompromisse bei der Wahl der verbliebenen Implantationsparameter. Im hier besprochenen extrem vereinfachten Multi-Megabit-DRAM-Prozeß verbleiben für beide Transistortypen zusammen nur mehr drei Implantationen in die Kanalregionen. Es ergibt sich eine logische Abfolge bei der Festlegung der freien Implantationsparameter:

• 5.2.1 -Wanne
• 5.2.2 Threshold-Justierung
• 5.2.3 -Wanne