Kurzfassung:
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der technologischen Entwicklung eines CMOS (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor) Prozesses zur Herstellung von integrierten Schaltungen. Dabei werden Siliziumoxid und Aluminiumoxid als Gatedielektrika verwendet und untersucht. Dadurch ergibt sich ein Vergleich zwischen einem selbstjustierenden Gate-Prozess, mit Polysilizium als Gateelektrode und Siliziumoxid als Dielektrikum, und dem Metal-Gate Prozess mit einem Gatestack basierend auf Aluminiumoxid mit metallischer Gateelektrode. Neben den theoretischen Grundlagen zur Thematik der Feldeffekttransistoren wird auf das statische Verhalten des CMOS-Inverters eingegangen. Dieser wird im Rahmen der Arbeit als integrierte Schaltung hergestellt. Bei der Entwicklung der Prozesse wird ein Hauptaugenmerk auf die Dotierung mit Spin-On-Gläsern gelegt, da dies eine oberflächennahe Dotierung erlaubt. Dabei wird das Verfahren zur Herstellung der Source/Drain Gebiete sowie für die Wannen eingesetzt. Es wird ein Prozess entwickelt, bei dem die Source/Drain Gebiete gleichzeitig mit der Gateelektrode aus Polysilizium, dotiert werden. Bei der Verwendung von Bor als Dopand bildet sich nach der Diffusion eine ätzresistente Borschicht. Im Hinblick auf diese Problemstellung werden verschiedene Verfahren zur Entfernung der Schicht aufgezeigt. Dabei stellt sich heraus, dass eine trockenchemische Ätzung die besten Ergebnisse liefert. Neben diesem Prozessschritt wird auch auf die Entwicklung eines Nitridspacers eingegangen. Dieser ist für die Herstellung der Transistoren mit selbstjustierendem Gateprozess notwendig. Dabei werden sowohl unterschiedliche Ätzverfahren für Polysilizium, als auch ein Spacer mit zusätzlichem Siliziumoxid dargestellt. Es stellt sich heraus, dass die trockenchemischen Ätzverfahren die besten und reproduzierbarsten Ergebnisse liefern. Des Weiteren wird auf den Unterschied in der Prozessierung zwischen einem selbstjustierenden Gate-Prozess und einem Metal-Gate eingegangen. Bei letzterem wird auf die Abscheidetechnik des Aluminiumoxids und die Passivierung näher eingegangen. Dabei muss auf Grund des metallischen Gatestacks eine Niedertemperatur-Passivierung gewählt werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der elektrischen Charakterisierung und dem Vergleich mit analytischen Berechnungen. Dabei werden sowohl die Feldeffekttransistoren als auch die Schaltungen in Form von Invertern behandelt. Bei den Transistoren mit Polysilizium als Gateelektrode und Siliziumoxid wurden nur n-Kanal Bauelemente hergestellt. Dabei ergibt sich aufgrund der hohen Substratdotierung eine Einsatzspannung von VTn = 5,28 V und eine Unterschwellsteigung S = 290 mV/dek. Diese Werte stimmen mit den Erwartungswerten überein. Jedoch zeigt sich eine Abhängigkeit des Off-Stroms von der Drain-Source Spannung. Anhand von analytischen Berechnungen und Messungen an den pn-Dioden des Transistors stellt sich heraus, dass der Off-Strom von der Güte der Drain-Bulk Diode maßgeblich abhängig ist. Mit dem Metal-Gate Prozess wurden die ersten CMOS-Transistoren am Institut hergestellt. Der Inverter zeigt ein typisches Verhalten auf, indem er das Bit am Eingang negiert. Jedoch liegt aufgrund von nicht symmetrischen Einsatzspannungen der komplementären Transistoren kein symmetrischer Inverter vor. In diesem Fall ist der Umschaltpunkt des Inverters gegenüber einem idealen symmetrischen Inverter in positiver Spannungsrichtung verschoben. Die zugehörigen Transistoren zeigten ein Verhältnis von IOn/IOff von 7 Dekaden auf. Die Ausbeute der hergestellten p-Kanal Bauelemente liegt bei ca. 97%, die der n-Kanal bei ca. 50%. Bei beiden Transistoren zeigt sich eine Abhängigkeit des Off-Stroms von der Gate-Source Spannung. Dieses Verhalten wird anhand von analytischen Berechnungen erörtert und kann dem sogenannten GIDL-Effekt (Gate-Induced Drain Leakage) zugeordnet werden.