DE102004041066A1 - Hochintegriertes Halbleiterbauelement mit Silicidschicht und zugehöriges Herstellungsverfahren - Google Patents

Hochintegriertes Halbleiterbauelement mit Silicidschicht und zugehöriges Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein hochintegriertes Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat (100) mit einem Sourcebereich und einem Drainbereich (150a, 150b), von denen wenigstens einer einen schwach dotierten und einen stark dotierten Bereich (130a, 130b, 140a, 140b) umfasst, einer Gateelektrode (110), die auf einem vorgegebenen Bereich des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und einer Silicidschicht (160), die auf der Gateelektrode und wenigstens dem stark dotierten Bereich (140a, 140b) des Source- und/oder des Drainbereichs ausgebildet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine epitaxiale Schicht (120) auf vorgegebenen Bereichen des Halbleitersubstrats beidseits der Gateelektrode derart angeordnet, dass die Gateelektrode um eine vorgegebene Tiefe in der epitaxialen Schicht vertieft ist, wobei der Sourcebereich und der Drainbereich in der epitaxialen Schicht und vorgegebenen oberen Bereichen des Halbleitersubstrats unterhalb der epitaxialen Schicht ausgebildet sind. Ein Offset-Abstandshalter (115) ist entlang wenigstens einer Seitenwand der Gateelektrode ausgebildet und isoliert die Gateelektrode von dem Source- und dem Drainbereich. Die Silicidschicht (160) ist auch auf dem schwach dotierten Bereich des Source- und/oder Drainbereichs ausgebildet. DOLLAR A Verwendung z. B. für hochintegrierte Halbleiterspeicherbauelemente.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein hochintegriertes Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen hochintegrierten Halbleiterbauelements.
  • Mit zunehmendem Integrationsgrad von Halbleiterbauelementen nehmen die Fläche und die Linienbreite der Halbleiterbauelemente ab, was zu einer Zunahme eines Zwischenverbindungswiderstands und eines Kontaktwiderstands der Halbleiterbauelemente führen kann. Eine derartige Zunahme des Widerstands reduziert die Betriebsgeschwindigkeit der Halbleiterbauelemente.
  • Um den Zwischenverbindungswiderstand und den Kontaktwiderstand zu reduzieren, wurde bereits ein Verfahren zur Bildung einer selbstjustierten Silicidschicht auf einer Gateelektrode, einem Sourcebereich und einem Drainbereich eines Metall-Oxid-Halbleiter(MOS)-Transistors vorgeschlagen, siehe z.B. die Literaturstelle "Silicon processing for the VLSI Era", Bd. 4, S. 604.
  • Ein herkömmliches hochintegriertes Halbleiterbauelement mit einer solchen selbstjustierten Silicidschicht und ein Verfahren zu seiner Herstellung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
  • Bezugnehmend auf 1 werden zur Herstellung dieses herkömmlichen Halbleiterbauelements eine Gateisolationsschicht 15 und eine Polysiliciumschicht 18 sequentiell auf einem Halbleitersubstrat 10 aufgebracht, zum Beispiel einem Siliciumsubstrat, und vorgegebene Teile der Gateisolationsschicht 15 und der Polysiliciumschicht 18 werden strukturiert, um eine Gateelektrode 20 zu bilden. Störstellenionen geringer Konzentration werden in vorgegebene Bereiche des Halbleitersubstrats 10 auf beiden Seiten der Gateelektrode 20 implantiert, um schwach dotierte Drainbereiche (LDD-Bereiche) 25a und 25b zu bilden. Als nächstes wird ein isolierender Abstandshalter 30 entlang beider Seitenwände der Gateelektrode 20 gebildet, und stark dotierte Bereiche 35a und 35b werden in vorgegebenen Bereichen des Halbleitersubstrats 10 auf beiden Seiten des Abstandshalters 30 erzeugt, wodurch ein Sourcebereich 40a und ein Drainbereich 40b gebildet werden. Als nächstes wird eine nicht gezeigte Übergangsmetallschicht auf der resultierenden Struktur aufgebracht und eine Wärmebehandlung wird durchgeführt. Die Gateelektrode 20, der Sourcebereich 40a und der Drainbereich 40b, die aus Silicium bestehen, reagieren mit der Übergangsmetallschicht derart, dass eine Silicidschicht 45 auf der Gateelektrode 20, dem Sourcebereich 40a und dem Drainbereich 40b gebildet wird. Als nächstes werden nicht reagierte Bereiche der Übergangsmetallschicht entfernt. Da die Silicidschicht 45, die einen geringen Widerstand aufweist, auf der Gateelektrode 20, dem Sourcebereich 40a und dem Drainbereich 40b gebildet wird, die später mit einer Metallschicht zu verbinden sind, werden ein Zwischenverbindungswiderstand und ein Kontaktwiderstand reduziert.
  • Bezugnehmend auf 2 wird eine isolierende Zwischenschicht 50 auf der resultierenden Struktur von 1 aufgebracht und geätzt, bis der Sourcebereich 40a und der Drainbereich 40b freiliegen, wodurch eine Kontaktöffnung 55a gebildet wird.
  • Mit zunehmendem Integrationsgrad des Halbleiterbauelements nehmen jedoch die Flächen des Sourcebereichs 40a und des Drainbereichs 40b ab. Aufgrund eines Mangels an Spielraum, der für die Kontaktöffnung notwendig ist, kann während eines Photolithographieprozesses, der zur Bildung der Kontaktöffnung durchgeführt wird, eine Fehljustierung auftreten. Wenn eine Fehljustierung auftritt, kann eine Kontaktöffnung 55 gebildet werden, die sich wenigstens teilweise im Bereich des Abstandshalters 30 erstreckt, wodurch der LDD-Bereich 25a freigelegt wird, wie in 2 gezeigt. Da der durch die Kontaktöffnung 55 freigelegte LDD-Bereich 25a eine relativ geringe Störstellenkonzentration und einen hohen Widerstand aufweist, nimmt ein Kontaktwiderstand zwischen dem LDD-Bereich 25a und der nicht gezeigten Metallschicht zu, wenn der LDD-Bereich 25a später die Metallschicht kontaktiert.
  • Des Weiteren nehmen mit der reduzierten Linienbreite der Gateelektrode in dem hochintegrierten Halbleiterbauelement die Tiefen des Sourcebereichs 40a und des Drainbereichs 40b ebenfalls ab. Als Folge erfordert eine Designregel von weniger als 0,1 μm eine Übergangstiefe von weniger als ungefähr 80nm.
  • Wenn die Silicidschicht 45 auf dem Sourcebereich 40a und dem Drainbereich 40b mit flacher Übergangstiefe gebildet wird, muss die Silicidschicht ebenfalls dünn sein, und das Silicium, aus dem der Sourcebereich 40a und der Drainbereich 40b bestehen, wird in hohem Maß zur Bildung der Silicidschicht 45 verwendet, was einen Übergangsleckstrom verursachen kann.
    •
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines hochintegrierten Halbleiterbauelements der eingangs genannten Art so wie eines zugehörigen Herstellungsverfahrens zugrunde, mit denen sich die oben genannten Schwierigkeiten herkömmlicher hochintegrierter Halbleiterbauelemente dieser Art wenigstens teilweise vermeiden lassen.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines hochintegrierten Halbleiterbauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines zugehörigen Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    •
  • Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte herkömmliche Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt. Hierbei zeigen:
  • 1 und 2 Querschnittansichten eines herkömmlichen hochintegrierten Halbleiterbauelements,
  • 3 eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 4A bis 4D Querschnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des hochintegrierten Halbleiterbauelements von 3 darstellen,
  • 5A und 5B Querschnittansichten zur Erläuterung einer Variante des hochintegrierten Halbleiterbauelements von 3,
  • 6 eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 7 eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
  • 8 eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Erfindung wird nunmehr vollständiger unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Abmessungen von Elementen in den Zeichnungen sind übertrieben dargestellt, um die Erkennbarkeit zu steigern und eine klare Beschreibung zu fördern.
  • 3 ist eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und die 4A bis 4D sind Querschnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des hochintegrierten Halbleiterbauelements von 3 darstellen.
  • Bezugnehmend auf 3 ist eine Gateelektrode 110 auf einem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 100 kann zum Beispiel ein Siliciumsubstrat oder ein Silicium-Germanium-Substrat sein. Die Gateelektrode 110 beinhaltet eine Gateisolationsschicht 105 und eine Polysiliciumschicht 107. Die Gateelektrode 110 ist um eine vorgegebene Dicke in das Halbleitersubstrat 100 vertieft. Das heißt, die Oberfläche des Halbleitersubstrats 100 ist auf beiden Seiten der Gateelektrode 110 um eine vorgegebene Dicke erhöht und überlappt auf diese Weise mit den Seitenwänden der Gateelektrode 110. Vorgegebene Berei che des Halbleitersubstrats 100, welche mit den Seitenwänden der Gateelektrode 110 teilweise überlappen, können eine selektiv epitaxial aufgewachsene (SEG-)Schicht 120 beinhalten, die aus Silicium oder Silicium-Germanium besteht. Die Dicke d dieser vorgegebenen Bereiche des Halbleitersubstrats 100, nämlich der SEG-Schicht, liegt im Bereich von 10nm bis 100nm und vorzugsweise von 25nm bis 35nm. Ein dünner Offset-Abstandshalter 115 ist entlang der Seitenwände der Gateelektrode 110 ausgebildet. Der Offset-Abstandshalter 115 ist zwischen die Gateelektrode 110 und die vorgegebenen Bereiche des Halbleitersubstrats 100 eingefügt, um die Gateelektrode 110 von den vorgegebenen Bereichen des Halbleitersubstrats 100 zu isolieren. Der Offset-Abstandshalter 115 kann eine Siliciumoxid(SiO2)-Schicht, eine Siliciumnitrid(SiN)-Schicht, eine Siliciumoxynitrid(SiON)-Schicht oder eine Kombination der Siliciumoxidschicht, der Siliciumnitridschicht und der Siliciumoxynitridschicht sein. Es ist bevorzugt, dass der Offset-Abstandshalter 115 eine minimale Dicke aufweist, die erforderlich ist, um die Gateelektrode 110 von den vorgegebenen Bereichen des Halbleitersubstrats 100 zu isolieren. In einer Ausführungsform liegt die minimale Dicke im Bereich zwischen 15nm und 25nm. Die für den Offset-Abstandshalter 115 verwendete Siliciumoxidschicht kann hierbei z.B. eine Dicke im Bereich zwischen 5nm und 10nm aufweisen, und die für den Offset-Abstandshalter 115 verwendete Siliciumnitridschicht kann z.B. eine Dicke im Bereich zwischen 10nm und 15nm aufweisen.
  • Ein Sourcebereich 150a und ein Drainbereich 150b sind in vorgegebenen oberen Bereichen des Halbleitersubstrats 100 ausgebildet und erstrecken sich auch in der SEG-Schicht 120. Der Sourcebereich 150a beinhaltet einen schwach dotierten Bereich 130a und einen stark dotierten Bereich 140a, und der Drainbereich 150b beinhaltet einen schwach dotierten Bereich 130b und einen stark dotierten Bereich 140b. Der schwach dotierte Bereich des Drainbereichs, aber auch der schwach dotierte Bereich des Sourcebereichs werden beide übereinstimmend üblicherweise auch als schwach dotierte Drainbereiche (LDD-Bereiche) bezeichnet. Der Sourcebereich 150a und der Drainbereich 150b sind, wie gesagt, in der SEG-Schicht 120 und in den vorgegebenen oberen Bereichen des Halbleitersubstrats 100 unter der SEG-Schicht 120 ausgebildet. Sie weisen hierbei eine flache Übergangstiefe unter einer Anfangsoberfläche 100a des Halbleitersubstrats 100 auf, weisen jedoch dank der SEG-Schicht 120 eine ausreichende Übergangstiefe auf. Die Übergangstiefe des Sourcebereichs 150a und des Drainbereichs 150b liegt im Bereich von ungefähr 80nm bis 100nm.
  • Eine Silicidschicht 160 mit einer vorgegebenen Dicke ist auf der Gateelektrode 110, dem Sourcebereich 150a und dem Drainbereich 150b ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass die Silicidschicht 160 eine ausreichende Dicke aufweist, um als eine ohmsche Kontaktschicht zu fungieren, ohne später während eines Kontakts mit leitfähigen Zwischenverbindungsleitungen verloren zu gehen. Die ausreichende Dicke kann zum Beispiel im Bereich von 10nm bis 100nm liegen. Da die LDD-Bereiche 130a und 130b nicht von dem Offset-Abstandshalter 115 bedeckt sind, ist auch die Silicidschicht 160, welche die für die ohmsche Kontaktfunktion ausreichende Dicke aufweist, gleichmäßig auf den LDD-Bereichen 130a und 130b ausgebildet.
  • Eine isolierende Zwischenschicht 180 ist auf der resultierenden Struktur des Halbleitersubstrats 100 mit der darauf ausgebildeten Silicidschicht 160 ausgebildet. Eine Kontaktöffnung 185 ist in der isolierenden Zwischenschicht 180 ausgebildet, um den Sourcebereich 150a und/oder den Drainbereich 150b freizulegen. Die nicht gezeigten leitfähigen Zwischenverbindungsleitungen sind in der Kontaktöffnung 180 ausgebildet. Selbst wenn die LDD-Bereiche 130a und 130b aufgrund einer Fehljustierung während der Bildung der Kontaktöffnung 185 freigelegt sind, nimmt der Kontaktwiderstand nicht wesentlich zu, da die Silicidschicht 160, die einen geringen Widerstand aufweist, auch auf den LDD-Bereichen 130a und 130b, die hohe Widerstände aufweisen, ausgebildet ist. Demgemäß kann die Kontaktöffnung 185 über der gesamten Fläche der LDD-Bereiche 130a und 130b gebildet werden, wodurch ein Kontaktierungsspielraum zunimmt.
  • Nunmehr wird ein Verfahren zur Herstellung des hochintegrierten Halbleiterbauelements beschrieben.
  • Bezugnehmend auf 4A wird zunächst das Halbleitersubstrat 100 hergerichtet. Das Halbleitersubstrat 100 kann zum Beispiel ein Siliciumsubstrat oder ein Silicium-Germanium-Substrat sein, das mit Störstellen dotiert ist. Die Gateisolationsschicht 105 und die Polysiliciumschicht 107 werden sequentiell auf dem Halbleitersubstrat 100 aufgebracht und anisotrop geätzt, um die Gateelektrode 110 zu bilden. Um eine Schädigung zu reparieren, die während des Ätzprozesses zur Bildung der Gateelektrode 110 auftreten kann, werden Oberflächen des Halbleitersubstrats 100 und der Gateelektrode 110 reoxidiert, wodurch eine nicht gezeigte reoxidierte Schicht auf den Oberflächen des Halbleitersubstrats 100 und der Gateelektrode 110 gebildet werden kann. Auf der resultierenden Struktur wird eine isolierende Schicht, die dünner als ein üblicher LDD-Abstandshalter ist, zum Beispiel eine Siliciumoxidschicht, eine Siliciumnitridschicht oder eine Siliciumoxynitridschicht, aufgebracht und wirkt als ein Abstandshalter. Es ist bevorzugt, dass die isolierende Schicht eine minimale Dicke aufweist, z.B. 10nm bis 20nm, die notwendig ist, um leitfähige Schichten voneinander zu isolieren. Als nächstes wird die isolierende Schicht anisotrop ganzflächig geätzt, um den Offset-Abstandshalter 115 entlang der Seitenwände der Gateelektrode 110 zu bilden. Der Offset-Abstandshalter 115 kann die reoxidierte Schicht und die isolierende Schicht beinhalten. Die reoxidierte Schicht auf der Gateelektrode 110 und dem Halbleitersubstrat 100 wird während des Ätzprozesses zur Bildung des Offset-Abstandshalters 115 entfernt.
  • Als nächstes wird die resultierende Struktur zur Bildung von SEG-Schichten 120 und 125 einem selektiven epitaxialen Aufwachsen mit einer vorgegebenen Dicke unterworfen. Da die SEG-Schichten 120 und 125 nur auf Silicium enthaltende Schichten aufwachsen, wachsen sie nur auf dem Halbleitersubstrat 100 und der Polysiliciumschicht 107. Die SEG-Schichten 120 und 125 weisen eine Dicke im Bereich zwischen 10nm und 100nm und vorzugsweise zwischen 25nm und 35nm auf. Da die SEG-Schicht 120 gebildet wird und somit die vorgegebenen Bereiche des Halbleitersubstrats 100 um die vorgegebene Dicke d angehoben werden, wird die Gateelektrode 110 in dem Halbleitersubstrat 100 um eine entsprechende vorgegebene Tiefe vertieft. Eine Anfangsoberfläche 100a des Halbleitersubstrats 110 ist mit gestrichelten Linien gezeigt.
  • Bezugnehmend auf 4B werden Störstellenionen geringer Konzentration in die SEG-Schicht 120 und die vorgegebenen Bereiche des Halbleitersubstrats 100 unter der SEG-Schicht 120 implantiert, um die LDD-Bereiche 130a und 130b zu bilden. Die Störstellenionen geringer Konzentration werden vorzugsweise derart implantiert, dass die LDD-Bereiche 130a und 130b dicker als die SEG-Schicht 120 sind.
  • Bezugnehmend auf 4C wird die isolierende Schicht auf der resultierenden Struktur aufgebracht und dann anisotrop ganzflächig geätzt, um einen LDD-Abstandshalter 135 entlang des Offset-Abstandshalters 115 zu bilden. Der LDD-Abstandshalter 135 kann aus einer Siliciumoxidschicht oder einer Siliciumnitridschicht bestehen. Störstellenionen hoher Konzentration werden in vorgegebene Bereiche des Halbleitersubstrats 100, in denen die LDD-Bereiche 130a und 130b ausgebildet sind, über die Kanten des LDD-Abstandshalters 135 hinaus implantiert, um stark dotierte Bereiche 140a und 140b zu bilden. Als Folge werden der Sourcebereich 150a und der Drainbereich 150b gebildet. Der Sourcebereich 150a und der Drainbereich 150b weisen eine flache Übergangstiefe von 50nm bis 80nm unter der Anfangsoberfläche 100a des Halbleitersub strats 100 auf, weisen jedoch eine relativ große Übergangstiefe von ungefähr 80nm bis 100nm unter der Oberfläche der SEG-Schicht 120 auf, die gegenüber der Anfangsoberfläche 100a des Halbleitersubstrats 100 angehoben ist.
  • Bezugnehmend auf 4D wird der LDD-Abstandshalter 135 unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens zur Freilegung der LDD-Bereiche 130a und 130b entfernt. Als nächstes wird eine Schicht 155 aus einem hochschmelzenden Übergangsmetall auf der resultierenden Struktur gebildet. Die Übergangsmetallschicht 155 kann z.B. aus einem Metall bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan (Ti), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Platin (Pt) oder einer Kombination des Titans, Kobalts, Nickels und/oder Platins besteht. Die Übergangsmetallschicht 155 weist z.B. eine Dicke von 10nm bis 100nm und vorzugsweise von 10nm bis 20nm auf.
  • Bezugnehmend auf 3 wird die resultierende Struktur thermisch behandelt, um die Silicidschicht 160 mit einer Dicke von 10nm bis 100nm und vorzugsweise 10nm bis 20nm auf der Gateelektrode 110, dem Sourcebereich 150a und dem Drainbereich 150b zu bilden. Wenn die Übergangsmetallschicht aus Titan oder Kobalt besteht, wird die resultierende Struktur des Halbleitersubstrats 100z.B. ein erstes Mal bei einer Temperatur von 350°C bis 600°C und dann ein zweites Mal bei einer Temperatur von 500°C bis 900°C thermisch behandelt, um die Silicidschicht mit einer stabilen Phase zu bilden. Andererseits wird die resultierende Struktur des Halbleitersubstrats 100, wenn die Übergangsmetallschicht aus Nickel besteht, z.B. nur ein Mal bei einer Temperatur von 350°C bis 650°C thermisch behandelt, um die Silicidschicht mit einer stabilen Phase zu bilden. Als nächstes werden nicht reagierte Teile der Übergangsmetallschicht, das heißt Teile der Übergangsmetallschicht, die auf dem Offset-Abstandshalter 115 verblieben sind, und eine nicht gezeigte separierende Schicht durch einen Nassätzprozess entfernt.
  • Demgemäß wird die Silicidschicht 160 auf der Gateelektrode 110, dem Sourcebereich 150a und dem Drainbereich 150b gebildet.
  • Die Silicidschicht 160 kann alternativ zwischen dem Bilden der LDD-Bereiche 130a und 130b und dem Bilden des LDD-Abstandshalters 135 erzeugt werden. Das heißt, nach dem Bilden der LDD-Bereiche 130a und 130b, wie in 4B gezeigt, wird in diesem Fall die nicht gezeigte Übergangsmetallschicht auf dem Halbleitersubstrat 100 aufgebracht und dann thermisch behandelt, um die Silicidschicht 160 auf den LDD-Bereichen 130a und 130b und der Gateelektrode 110 zu bilden, wie in 5A gezeigt.
  • Bezugnehmend auf 5B wird dann der LDD-Abstandshalter 135 unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens entlang der Seiten des Offset-Abstandshalters 115 erzeugt. Als nächstes werden Störstellen hoher Konzentration in die LDD-Bereiche 130a und 130b implantiert, auf denen die Silicidschicht 160 ausgebildet ist, um die stark dotierten Bereiche 140a und 140b zu bilden. Der LDD-Abstandshalter 135 wird dann entfernt.
  • Unabhängig davon, mit welcher der obigen Varianten der bisherige Herstellungsprozess erfolgt ist, wird dann bezugnehmend auf 3 die isolierende Zwischenschicht 180 auf der resultierenden Struktur aufgebracht, und eine nicht gezeigte Photoresiststruktur wird durch einen herkömmlichen Photolithographieprozess auf der isolierenden Zwischenschicht 180 gebildet und legt den Sourcebereich 150a und den Drainbereich 150b frei. Als nächstes wird die isolierende Zwischenschicht 180 unter Verwendung der Photoresiststruktur als Ätzmaske geätzt, um die Kontaktöffnung 185 zu bilden. Dann wird die Photoresiststruktur entfernt. Da die Silicidschicht 160, die eine Dicke aufweist, die groß genug ist, um als ohmsche Kontaktschicht zu fungieren, auch auf den LDD-Bereichen 130a und 130b ausgebildet wird, nehmen eine Kontaktfläche und ein Kontaktspielraum zu, und ein Kontaktwiderstand nimmt ab, selbst wenn die LDD-Bereiche 130a und 130b aufgrund irgendeiner Fehljustierung freigelegt sind.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird die Silicidschicht 160, die eine ausreichende Dicke aufweist, um als die ohmsche Kontaktschicht zu dienen, auf den stark dotierten Bereichen 140a und 140b sowie den LDD-Bereichen 130a und 130b gebildet. Folglich dehnt sich die Kontaktfläche von den stark dotierten Bereichen 140a und 140b zu den LDD-Bereichen 130a und 130b aus, wodurch eine ausreichende Kontaktierungstoleranz sichergestellt ist.
  • Da die Silicidschicht 160 mit einem geringen Widerstand auf den LDD-Bereichen 130a und 130b mit einer relativ geringen Störstellenkonzentration ausgebildet ist, ist des Weiteren ein Flächenwiderstand der LDD-Bereiche 130a und 130b reduziert. Demzufolge nimmt ein parasitärer Widerstand ab und die Leistungsfähigkeit des Halbleiterbauelements ist verbessert.
  • Da der Sourcebereich 150a und der Drainbereich 150b auch in der SEG-Schicht 120 ausgebildet sind, die sich von dem anfänglichen Niveau des Halbleitersubstrats 100 erhebt, ist des Weiteren eine ausreichende Übergangstiefe sichergestellt. Da eine ausreichende Menge an Silicium während der Bildung der Silicidschicht bereitgestellt ist und dennoch der Sourcebereich 150a und der Drainbereich 150b sichergestellt sind, wird ein Übergangsleckstrom reduziert.
  • 6 ist eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Zu dessen Herstellung wird nach dem gleichen Vorgehen, wie oben zur ersten Ausführungsform beschrieben, die Silicidschicht 160 auf der Gateelektrode 110, dem Sourcebereich 150a und dem Drainbereich 150b ge bildet, jedoch vor Bildung des LDD-Abstandshalters 135 der ersten Ausführungsform. Erst dann wird ein selbstjustierter Abstandshalter 165 entlang der Seitenwände des Offset-Abstandshalters 115 gebildet, der entlang der Seitenwände der Gateelektrode 110 ausgebildet ist. Der selbstjustierte Abstandshalter 165 kann aus einer Siliciumnitridschicht bestehen und kann dicker als der Offset-Abstandshalter 115 sein.
  • Da eine nicht gezeigte selbstjustierte Kontaktstelle (SAC) auf dem Sourcebereich 150a und dem Drainbereich 150b an den Seiten der Gateelektrode 110 dank des selbstjustierten Abstandshalters 165 gebildet werden kann, kann das hochintegrierte Halbleiterbauelement gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung z.B. als Transistor in einer dynamischen Speicherzelle eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) verwendet werden.
  • 7 ist eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Dieses kann auf einem Silicium-auf-Isolator(SOI)-Substrat anstelle des aus Silicium bestehenden Halbleitersubstrats 100 gebildet werden. Bezugnehmend auf 7 wird dazu ein SOI-Substrat 200 hergerichtet. Das SOI-Substrat 200 beinhaltet ein Basissubstrat 210, eine vergrabene Schicht 220 aus Siliciumoxid und eine Siliciumschicht 230. Das SOI-Substrat 200 kann durch Bonden von zwei Wafern oder Implantieren von Sauerstoff in einen Wafer unter Verwendung von Ionenimplantation gebildet werden.
  • Als nächstes werden die Gateelektrode 110 und der Source- sowie der Drainbereich 150a und 150b sequentiell in dem SOI-Substrat 200 in der gleichen Weise gebildet, wie oben zur ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da die Siliciumschicht 230 des SOI-Substrats 200 die gleichen Eigenschaften wie das Halbleitersubstrat 100 der ersten Ausführungsform der Erfindung aufweist, kann das hochintegrierte Halb leiterbauelement mittels der gleichen Prozesse hergestellt werden, wie oben zur ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung sind die Unterseiten des Sourcebereichs 150a und des Drainbereichs 150b um einen vorgegebenen Abstand von der vergrabenen Schicht 220 aus Siliciumoxid getrennt. Die Unterseiten des Sourcebereichs 150a und des Drainbereichs 150b können jedoch alternativ auch mit der vergrabenen Schicht 220 aus Siliciumoxid in Kontakt sein.
  • Das hochintegrierte Halbleiterbauelement der dritten Ausführungsform kann die gleichen Effekte erzielen wie jene der vorigen Ausführungsformen und reduziert des Weiteren einen durch einen parasitären Widerstand verursachten Latch-up-Effekt.
  • 8 ist eine Querschnittansicht eines hochintegrierten Halbleiterbauelements gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Um den Widerstand des Sourcebereichs 150a und des Drainbereichs 150b zu reduzieren, wird in diesem Beispiel eine zweite Silicidschicht 170 auf einem vorgegebenen Teil des Sourcebereichs 150a und des Drainbereichs 150b gebildet.
  • Dazu wird nach der Bildung des selbstjustierten Abstandshalters 165 entlang der Seitenwände des Offset-Abstandshalters 115, der entlang der Seitenwände der Gateelektrode 110 in der gleichen Weise gebildet wird, wie oben zur zweiten Ausführungsform beschrieben, eine nicht gezeigte zweite Übergangsmetallschicht auf der resultierenden Struktur des hochintegrierten Halbleiterbauelements gebildet. Die zweite Übergangsmetallschicht kann im Material gleich sein wie die erste Übergangsmetallschicht oder sich von ihr unterscheiden. Die zweite Übergangsmetallschicht kann zum Beispiel aus Titan, Kobalt, Nickel oder Platin bestehen. Als nächstes wird der Teil des Halbleitersubstrats 100, auf dem die zweite Übergangsmetallschicht ausgebildet ist, bei einer vorgegebenen Temperatur thermisch behandelt, um die zweite Silicidschicht 170 zu bilden. Hierbei kann der thermische Prozessschritt einmal oder zweimal in Abhängigkeit von dem Metall der Übergangsmetallschicht durchgeführt werden, analog wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Die zweite Silicidschicht 170 wird auf der Gateelektrode 110 und den stark dotierten Bereichen 140a und 140b des Sourcebereichs 150a und des Drainbereichs 150b gebildet, die durch den selbstjustierten Abstandshalter 165 freigelegt sind. Aufgrund der zweiten Silicidschicht 170 ist eine Gesamtsilicidschicht 175, welche die erste Silicidschicht 160 und die zweite Silicidschicht 170 beinhaltet, auf der Gateelektrode 110 dicker als die erste Silicidschicht 160 und weist auf dem Sourcebereich 150a und dem Drainbereich 150b eine gestufte Form auf.
  • Da die zweite Silicidschicht 170 auf der Gateelektrode 110, dem Sourcebereich 150a und dem Drainbereich 150 gebildet wird, ist der Widerstand der Gateelektrode 110, des Sourcebereichs 150a und des Drainbereichs 150b weiter reduziert.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist die Silicidschicht mit der ausreichenden Dicke, um als ohmsche Kontaktschicht zu fungieren, gleichmäßig auf den LDD-Bereichen ausgebildet. Demgemäß ist ein Kontaktwiderstand nicht erhöht, selbst wenn die LDD-Bereiche aufgrund einer aus der Bildung der Kontaktöffnung resultierenden Fehljustierung freigelegt sind. Außerdem ist eine ausreichende Kontaktierungstoleranz des hochintegrierten Halbleiterbauelements sichergestellt, da die LDD-Bereiche als Kontaktfläche verwendet werden können.
  • Außerdem ist der Widerstand der LDD-Bereiche reduziert und es wird verhindert, dass ein parasitärer Widerstand zunimmt, da die Silicid schicht mit der vorgegebenen Dicke auf den LDD-Bereichen mit der relativ geringen Störstellenkonzentration ausgebildet ist.
  • Da der Sourcebereich und der Drainbereich in der SEG-Schicht ausgebildet sind, die sich von dem Substrat erhebt, wird eine ausreichende Übergangstiefe erzielt. Demzufolge kann eine ausreichende Menge an Silicium während der Bildung der Silicidschicht bereitgestellt werden, wobei der Sourcebereich und der Drainbereich mit der vorgegebenen Tiefe gewährleistet sind, wodurch ein Übergangsleckstrom reduziert wird.

Claims (22)

  1. Hochintegriertes Halbleiterbauelement mit – einem Halbleitersubstrat (100) mit einem Sourcebereich und einem Drainbereich (150a, 150b), von denen wenigstens einer einen schwach dotierten Bereich und einen stark dotierten Bereich (130a, 130b, 140a, 140b) umfasst, – einer Gateelektrode (110), die auf einem vorgegebenen Bereich des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und – einer Silicidschicht (160), die auf der Gateelektrode und wenigstens dem stark dotierten Bereich des Sourcebereichs und/oder des Drainbereichs ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine epitaxiale Schicht (120) auf vorgegebenen Bereichen des Halbleitersubstrats (100) beidseits der Gateelektrode (110) derart angeordnet ist, dass die Gateelektrode um eine vorgegebene Tiefe (d) in der epitaxialen Schicht vertieft ist, – der Sourcebereich und der Drainbereich (150a, 150b) in der epitaxialen Schicht und vorgegebenen oberen Bereichen des Halbleitersubstrats unterhalb der epitaxialen Schicht ausgebildet sind, – ein Offset-Abstandshalter (115) entlang wenigstens einer Seitenwand der Gateelektrode ausgebildet ist und die Gateelektrode von dem Sourcebereich und dem Drainbereich isoliert und – die Silicidschicht (160) auch auf dem schwach dotierten Bereich des Sourcebereichs und/oder des Drainbereichs ausgebildet ist.
  2. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaxiale Schicht eine Siliciumschicht und/oder eine Silicium-Germanium-Schicht beinhaltet.
  3. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaxiale Schicht eine Dicke im Bereich von ungefähr 25nm bis 35nm aufweist.
  4. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sourcebereich und/oder der Drainbereich eine Tiefe im Bereich von 80nm bis 100nm aufweist.
  5. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset-Abstandshalter nur eine minimale Dicke aufweist, die notwendig, ist, um leitfähige Schichten voneinander zu isolieren.
  6. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset-Abstandshalter eine Dicke im Bereich von 15nm bis 25nm aufweist.
  7. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Silicidschicht dünner als die epitaxiale Schicht ist.
  8. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Silicidschicht aus einem Metall besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Kobalt, Nickel und Platin und beliebigen Kombinationen dieser Metalle besteht.
  9. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat ein Silicium-auf-Isolator-Substrat ist.
  10. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen selbstjustierten Abstandshalter, der entlang von Seitenwänden des Offset-Abstandshalters ausgebildet ist.
  11. Hochintegriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein isolierender Abstandshalter (165) entlang beider Seiten des Offset-Abstandshalters ausgebildet ist und ein Teil (170) der Silicidschicht (175), der auf dem stark dotierten Bereich ausgebildet ist, dicker als ein Teil (160) der Silicidschicht ist, der auf dem schwach dotierten Bereich ausgebildet ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines hochintegrierten Halbleiterbauelements, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Bilden einer Gateelektrode (110) auf einem Halbleitersubstrat (100), – Bilden eines Offset-Abstandshalters (115) entlang wenigstens einer Seitenwand der Gateelektrode, – Aufwachsen von vorgegebenen Bereichen des Halbleitersubstrats auf den beiden Seiten der Gateelektrode bis zu einer vorgegebenen Dicke (d), um eine selektiv epitaxial aufgewachsene Schicht (120) zu bilden, – Bilden eines Sourcebereichs und eines Drainbereichs (150a, 150b) in den vorgegebenen Aufwachsbereichen des Halbleitersubstrats auf den beiden Seiten der Gateelektrode derart, dass der Sourcebereich und/oder der Drainbereich einen schwach dotierten Bereich und einen stark dotierten Bereich beinhaltet, und – Bilden einer Silicidschicht (160) auf der Gateelektrode, dem Sourcebereich und dem Drainbereich, wobei sie auf dem schwach dotierten Bereich und dem stark dotierten Bereich des Source- und/oder des Drainbereichs ausgebildet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset-Abstandshalter nur eine minimale Dicke aufweist, die notwendig ist, um leitfähige Schichten voneinander zu isolieren.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des Offset-Abstandshalters folgende Schritte beinhaltet: – Reoxidieren der Gateelektrode und des Halbleitersubstrats, – Aufbringen einer isolierenden Schicht auf der resultierenden Struktur bis zu einer vorgegebenen Dicke und – anisotropes Ätzen der isolierenden Schicht.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des Sourcebereichs und des Drainbereichs folgende Schritte beinhaltet: – Implantieren von Störstellen geringer Konzentration in die vorgegebenen Bereiche des Halbleitersubstrats auf den beiden Seiten der Gateelektrode, um die schwach dotierten Bereiche zu bilden, – Bilden eines Abstandshalters für die schwach dotierten Bereiche entlang von Seitenwänden der Gateelektrode, – Implantieren von Störstellen hoher Konzentration in vorgegebene Bereiche des Halbleitersubstrats zur Bildung der stark dotierten Bereiche derart, dass der Abstandshalter für die schwach dotierten Bereiche zwischen den stark dotierten Bereichen und der Gateelektrode angeordnet ist, und – Entfernen des Abstandshalters für die schwach dotierten Bereiche.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des Sourcebereichs und des Drainbereichs und das Bilden der Silicidschicht folgende Schritte beinhaltet: – Implantieren von Störstellen geringer Konzentration in die vorgegebenen Bereiche des Halbleitersubstrats auf den beiden Seiten der Gateelektrode, um die schwach dotierten Bereiche zu bilden, – Bilden der Silicidschicht auf den schwach dotierten Bereichen, – Bilden eines isolierenden Abstandshalters entlang von Seitenwänden der Gateelektrode und – Implantieren von Störstellen hoher Konzentration in vorgegebene Bereiche des Halbleitersubstrats, um stark dotierte Bereiche derart zu bilden, dass der isolierende Abstandshalter zwischen den stark dotierten Bereichen und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden der Silicidschicht folgende Schritte beinhaltet: – Aufbringen einer Übergangsmetallschicht auf die resultierende Struktur des Halbleitersubstrats mit den darin ausgebildeten Source- und Drainbereichen und der Gateelektrode, – thermisches Behandeln der Übergangsmetallschicht zur Bildung der Silicidschicht und – Entfernen von verbliebenen Teilen der Übergangsmetallschicht.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsmetallschicht aus einem Metall besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Kobalt, Nickel und Platin und beliebigen Kombinationen dieser Metalle besteht.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsmetallschicht aus einem Metall besteht, das Titan und Kobalt beinhaltet, und die thermische Behandlung folgende Schritte beinhaltet: – erstes thermisches Behandeln der Übergangsmetallschicht bei einer Temperatur von 350°C bis 600°C und – zweites thermisches Behandeln der im ersten Schritt thermisch behandelten Übergangsmetallschicht bei einer Temperatur von 500°C bis 900°C.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsmetallschicht aus Nickel besteht und die thermische Behandlung der Übergangsmetallschicht eine solche bei einer Temperatur von 350°C bis 600°C beinhaltet.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, weiter gekennzeichnet durch die Bildung eines selbstjustierten Abstandshalters entlang von Seitenwänden des Offset-Abstandshalters nach der Bildung der Silicidschicht.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden der Silicidschicht die Bildung einer ersten Silicidschicht auf der Gateelektrode, dem Sourcebereich und dem Drainbereich und die Bildung einer zweiten Silicidschicht auf vorgegebenen Bereichen der ersten Silicidschicht auf den beiden Seiten des Offset-Abstandshalters und auf der Gateelektrode beinhaltet.
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