Materialien und Prozessführung für vertikale Stoßionisationstransistoren

Die von Gordon Moore 1965 veröffentlichte Beobachtung, dass sich die Komplexität integrierter Schaltungen alle 18 Monate verdoppelt, entwickelte sich zum Taktgeber für die gesamte Elektronikbranche. Seit etwa 2000 werden jedoch immer wieder fundamentale Grenzen erreicht, denen durch Entwicklungen in der Prozesstechnologie, den Einsatz neuer Materialien und Modifikationen des klassischen MOSFET-Konzepts begegnet wird. Beispiele dafür sind der Einsatz von verspannten Silizium-Germanium-Schichten und high-k-Dielektrika oder die Entwicklung nichtplanarer Multigate-Konzepte. Durch die Öffnung für die dritte Dimension gewinnen alternative Konzepte an Attraktivität.

Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Integration neuer Prozesse in einen vertikalen Stoßionisationstransistor. Kennzeichnend für dieses Bauteil ist die sehr steile Unterschwellsteigung. Um diese zu erreichen, ist ein scharf begrenztes Dotierstoffprofil erforderlich. Es wird ein Niedertemperaturprozess mit einer maximalen Prozesstemperatur von 400°C entwickelt, um die Diffusion der Dotierstoffe während der Herstellung effektiv zu unterdrücken. Die Grundlage bilden ein mittels Atomic Layer Deposition abgeschiedenes Aluminiumoxid als Gatedielektrikum und ein Metal Gate. Die elektrischen Parameter können so optimiert werden. Der zweite Schwerpunkt ist die theoretische Betrachtung des vertikalen Stoßionisationstransistors, dessen Funktion sich stark von der des MOSFETs und des konventionellen Stoßionisationstransistors unterscheidet, so dass deren Theorie nicht anwendbar ist.