Beschreibung
des Stands der Technik
Halbleiterbauelemente,
etwa moderne integrierte Schaltungen enthalten typischerweise eine große Anzahl
an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, und
dergleichen, die für
gewöhnlich
in einer im Wesentlichen ebenen Konfiguration auf einem geeigneten
Substrat ausgebildet sind, das darauf eine kristalline Halbleiterschicht
aufweist. Auf Grund der großen
Anzahl an Schaltungselementen und der erforderlichen komplexen Anordnung
moderner integrierter Schaltungen können die elektrischen Verbindungen
der einzelnen Schaltungselemente im Allgemeinen nicht in der gleichen
Ebene verwirklicht werden, in der die Schaltungselemente hergestellt
sind, sondern es sind eine oder mehrere zusätzliche „Verdrahtungs"-Schichten erforderlich,
die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten enthalten
im Allgemeinen metallenthaltende Leitungen, die die elektrische
Verbindung innerhalb der Ebene herstellen, und enthalten ferner
mehrere Zwischenebenenverbindungen, die auch als „Kontaktdurchführung" bezeichnet werden,
die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind und die elektrische
Verbindung zwischen zwei benachbarten gestapelten Metallisierungsschichten
herstellen.
Um
die Verbindung der Schaltungselemente mit den Metallisierungsschichten
einzurichten, wird eine geeignete vertikale Kontaktstruktur vorgesehen, die
ein entsprechendes Kontaktgebiet eines Schaltungselements, etwa
eine Gateelektrode und die Drain/Source-Gebiete der Transistoren,
mit einer entsprechenden Metallleitung in der ersten Metallisierungsschicht
verbindet. Die Kontaktpfropfen und Gebiete der Kontaktstruktur werden
in einem Zwischenschichtdielektrikumsmaterial hergestellt, das die Schaltungselemente
umgibt und passiviert. In einigen Schaltungskonfigurationen kann
eine Verbindung einzelner Bereiche eines Schaltungselements mit
anderen einzelnen Bereichen des gleichen oder anderer Schaltungselemente,
etwa eine Verbindung von einer Gateelektrode oder einer Polysiliziumleitung
zu einem aktiven Halbleitergebiet, etwa einem Drain/Source-Gebiet
mittels der Kontaktstruktur auf der Grundlage entsprechender Kontaktgebiete
eingerichtet werden. Ein Beispiel in dieser Hinsicht ist das Verdrahtungsschema
gewisser Speicherbauelemente, in denen entsprechende Kontaktgräben, die häufig als
CAREC-Kontakte bezeichnet werden, die Gateelektrode oder Polysiliziumleitungen
mit einem Drain/Source-Gebiet verbinden.
Während der
Herstellung entsprechender Kontaktgebiete, die direkt mit einzelnen
Kontaktgebieten von Schaltungselementen verbunden sind, können jedoch
eine Reihe von Problemen auftreten, insbesondere bei sehr modernen
Halbleiterbauelementen mit kritischen Strukturgrößen von 100 nm und weniger.
Mit Bezug zu den 1a bis 1d wird ein typischer Prozessablauf zur
Herstellung entsprechender Kontaktgebiete zur direkten Verbindung
von Polysiliziumleitungen oder Gateelektroden mit entsprechenden
aktiven Halbleitergebieten, d. h. Drain/Source-Gebieten, nunmehr
detaillierter beschrieben, um die darin auftretenden Probleme deutlicher
darzustellen.
1a zeigt schematisch ein
Halbleiterbauelement 100, das eine beliebige geeignete
Schaltung repräsentieren
kann, in der ein direktes Kontaktgebiet, ein sogenannter CAREC-Kontakt, gebildet
wird, um benachbarte Schaltungsgebiete zu verbinden. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst
ein Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Substrat
repräsentieren
kann, etwa ein Siliziumvollsubstrat, ein SOI- (Silizium-auf-Isolator-)
Substrat, und dergleichen. Das Substrat 101 weist darauf
ausgebildet eine im Wesentlichen kristalline Halbleiterschicht 102 auf, auf
und in der entsprechende Schaltungselemente ausgebildet sind, wovon
eines als Element 120 bezeichnet ist. Eine Grabenisolation 103 ist
in der Halbleiterschicht 102 gebildet, um damit ein aktives
Halbleitergebiet 111 zu definieren, das als ein dotiertes Halbleitergebiet
zu verstehen ist, in welchem zumindest ein Bereich im Wesentlichen
in der gleichen Weise wie ein Draingebiet oder ein Sourcegebiet
eines Feldeffekttransistor des Bauelements 100 ausgebildet
ist. Folglich kann das aktive Gebiet 111 implantierte Bereiche 107, 107e aufweisen,
die der Einfachheit halber als Drain/Source-Gebiete 107 mit entsprechenden
Erweiterungsgebieten 107e bezeichnet werden. Des weiteren
umfasst das Bauelement 100 eine Polysiliziumleitung 104,
die über
dem aktiven Gebiet 111 ausgebildet ist und die durch eine
Isolationsschicht 104 getrennt sein kann, wobei die Polysiliziumleitung 104 im
Wesentlichen entsprechend den Entwurfskriterien aufgebaut ist, die
auch für
die Herstellung von Gateelektrodenstrukturen in dem Bauelement angewendet
werden. An Seitenwänden
der Polysiliziumleitung 104 sind entsprechende Seitenwandabstandshalter 106 ausgebildet,
die typischerweise aus Siliziumnitrid aufgebaut sind. Entsprechende
Metallsilizidgebiete 108 können auf der Oberseite der
Polysiliziumleitung 104 und in dem Drain/Source-Gebiet 107 gebildet
sein, und eine Kontaktätzstoppschicht 109,
die typischerweise aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, kann auf dem
aktiven Gebiet 111 und der Polysiliziumleitung 104 einschließlich der
Seitenwandabstandshalter 106 gebildet sein. Schließlich ist
ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 110 über dem
Schaltungselement 120 ausgebildet, das durch die Polysiliziumleitung 104 und
das aktive Gebiet 111 repräsentiert ist, um damit das Schaltungselement 120 einzuschließen und
zu passivieren.
Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt
ist, kann die folgenden Prozesse umfassen. Die Isolationsschicht 105 und
die Polysiliziumleitung 104 werden auf der Grundlage gut
etablierter Oxidations-, Abscheide-, Photolithographie- und Ätzverfahren hergestellt,
wobei laterale Abmessungen der Polysiliziumleitung 104 entsprechend
den Bauteilerfordernissen ausgebildet werden, wobei in modernen
Bauelementen die laterale Abmessung ungefähr 100 nm oder deutlich
weniger betragen kann. Danach werden die Seitenwandabstandshalter 106 durch
gut etablierte Abscheide- und anisotrope Ätzverfahren hergestellt, wobei
vor und nach der Herstellung des Seitenwandabstandshalters 106,
der aus mehreren Abstandselementen aufgebaut sein kann, geeignete Implantationsprozesse
ausgeführt
werden, um das Source/Drain-Gebiet 107 mit dem Erweiterungsgebiet 107e zu
bilden. Danach werden die Metallsilizidgebiete 108 beispielsweise
durch Abscheiden eines geeigneten hochschmelzenden Metalls und dem
Ingangsetzen eines Silizidierungsprozesses auf der Grundlage einer
geeigneten Wärmebehandlung
hergestellt. Nach dem Entfernen von überschüssigem Material wird die Kontaktätzstoppschicht 109 auf
der Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter CVD (chemische Dampfabscheide-)
Verfahren hergestellt, woran sich das Abscheiden des dielektrischen
Zwischenschichtmaterials 110 anschließt, das typischerweise aus
Siliziumdioxid aufgebaut ist. Nach einem Einebnungsprozess, etwa
einem CMP-Prozess, und dergleichen, um eine im Wesentlichen ebene
Oberfläche
des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 110 bereitzustellen,
wird ein geeigneter Photolithographieprozess auf der Grundlage einer
entsprechenden Photolithographiemaske ausgeführt, um eine Lackmaske (nicht
gezeigt) zu bilden, die entsprechende Öffnungen aufweist, die jeweiligen
Kontaktöffnungen
entsprechen, die über
der Polysiliziumleitung 104 und dem Drain/Source-Gebiet 107 zu
bilden sind, um damit eine direkte elektrische Verbindung dazwischen
zu schaffen. Auf der Grundlage einer entsprechenden Lackmaske wird
ein anisotroper Ätzprozess
ausgeführt,
der dann in und auf der Kontaktätzstoppschicht 109 auf
Grund der hohen Ätzselektivität des entsprechenden Ätzrezepts
dem Ätzen durch
das Siliziumdioxidmaterial der Schicht 110 angehalten wird.
Nachfolgend wird ein weiterer Ätzschritt
ausgeführt,
um die Kontaktätzstoppschicht 109 zu öffnen, um
damit einen Kontakt zu der Polysiliziumleitung 104, d.
h. zu dem entsprechenden darauf ausgebildeten Metallsilizidgebiet 108,
und zu dem Drain/Source-Gebiet 107,
d. h. zu dem entsprechenden darauf ausgebildeten Metallsilizidgebiet 108,
herzustellen. Während
des entsprechenden Ätzprozesses
können
die Seitenwandabstandshalter 106 zumindest an der Seite
des Drain/Source-Gebiets 107 ebenso vollständig entfernt
werden, da die Kontaktätzstoppschicht 109 und
die Abstandshalter 106 aus dem gleichen Material aufgebaut
sind und ein gewisses Maß an Überätzung erforderlich
ist, um in zuverlässiger
Weise die entsprechenden Metallsilizidgebiete 108 freizulegen.
Folglich kann während dieser Überätzzeit die Ätzfront
nach dem Entfernen des Seitenwandabstandshalters 106 auch
das Erweiterungsgebiet 107e angreifen, so dass die Ätzfront
in das Erweiterungsgebiet 107e zu einem gewissen Grade
eindringen kann, wodurch möglicherweise
ein Kurzschluss zu dem verbleibenden aktiven Gebiet 111 erzeugt
wird, oder die Wahrscheinlichkeit für erhöhte Leckströme der sich ergebenden elektrischen Verbindung
entsteht.
1b zeigt schematisch das
Halbleiterbauelement 100 nach dem Ende der oben beschriebenen
Prozesssequenz. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein
Kontaktgebiet 112, das mit einem leitenden Material, etwa
Wolfram, gefüllt, ist,
wobei an Seitenwandbereichen 112s und an Unterseitenbereichen 112b ein
leitendes Barrierenmaterial, etwa Titan und dergleichen, vorgesehen
sein kann. Da das Kontaktgebiet 112 mit den entsprechenden
Metallsilizidgebieten 108 der Polysiliziumleitung 104 und
des Drain/Source-Gebiets 107 verbunden ist, wird eine direkte
elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilbereichen erreicht. Wie
zuvor angegeben ist, kann der Ätzprozess
zur Herstellung einer entsprechenden Kontaktöffnung in dem dielektrischen
Zwischenschichtmaterial 110 und der Kontaktätzstoppschicht 109 eine
Vertiefung 113 in dem Erweiterungsgebiet 107e geschaffen
haben, die sich in das aktive Gebiet 111 unter dem Erweiterungsgebiet
erstrecken kann, das auch als Potentialtopf- bzw. Wannengebiet bezeichnet
wird, wodurch möglicherweise
ein Kurzschluss oder zumindest ein Stromweg für erhöhte Leckströme geschaffen werden kann.
Nachfolgend wird das Kontaktgebiet 112 auf der Grundlage
gut etablierter Rezepte hergestellt, die beispielsweise das Abscheiden
der Barrieren schicht 114 gemäß gut etablierter CVD-, PVD-
(physikalische Dampfabscheide-) Techniken enthalten, woran sich
eine geeignete Einfülltechnik
anschließt, etwa
CVD auf der Grundlage geeigneter Vorstufenmaterialien. Danach wird überschüssiges Material der
Barrierenschicht und des leitenden Materials, das das Kontaktgebiet 112 bildet,
entfernt und eine weitere Passivierungsschicht kann abgeschieden
werden.
Folglich
kann das konventionelle Verfahren zu erhöhten Leckströmen oder
sogar Kurzschlüssen zwischen
Bereichen 113 des aktiven Gebiets 111, das invers
dotiert ist in Bezug auf die Drain/Source-Gebiete 107 und
die Erweiterungsgebiete 107e, führen, wodurch das Verhalten
des Bauelements 100 deutlich negativ beeinflusst wird.
Die
Patentschrift
US 6
479 873 B1 offenbart einen selbst ausrichtenden Kontakt,
der eine Gateelektrode mit einem Source/Draingebiet verbindet. Auf der
Gateelektrode kann eine SiN-Schutzschicht
7 gebildet sein.
Der Kontakt wird in einer dielektrischen Schicht gebildet, die auf
einem Schichtstapel gebildet ist, der eine nicht dotierte Silikatglasschicht
und eine darauf gebildete SiN-Ätzstoppschicht
aufweist. Beim Ätzen
des Kontaktloches kann sowohl die SiN-Ätzstoppschicht als auch die
SiN-Schutzschicht als Ätzstopp
dienen. Die Funktion der Silikatglasschicht ist nicht spezifiziert.
Die
Patentschrift
US 6
483 153 B1 bezieht sich auf die Herstellung lokaler Verbindungsleitungen,
die eine Gateelektrode und ein Source/Draingebiet verbinden und
in einer dielektrischen Zwischenschicht gebildet sind. Zum Ätzen eines
Grabens für die
Verbindungsleitungen in der Zwischenschicht werden übereinander
angeordnete Ätzstoppschichten
aus SiON und Polysilizium eingesetzt.
Die
Patentschrift
US 5 940 735 offenbart
einen Kontakt, der Gate- mit Source- oder Drainanschlüssen elektrisch
verbindet. Beim Ätzen
der Kontaktöffnung
wird eine zuvor abgeschiedene dielektrische Barrierenschicht, die
auch als Ätzschutz
fungieren kann, entfernt. Vor dem Abscheiden der Barrierenschicht
kann ferner eine Wasserstoffgetterschicht, z. B. aus dotiertem Silikatglas,
gebildet werden, die ebenfalls im Kontaktbereich wieder entfernt
wird.
Die
Patentschrift
US 4 844 776 bezieht
sich auf Kontakte, die auf einer TiN-Schicht gebildet werden, wobei
die TiN-Schicht auch als Ätzstopp
dienen kann. Entsprechend strukturiert, kann die TiN-Schicht auch
als lokale Verbindungsleitung, die Source- und Drainanschiüsse von
verschiedenen Transistoren verbinden kann, fungieren.
Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht dennoch ein Bedarf für eine verbesserte Technik,
die die Herstellung von Kontaktgebieten zur direkten Verbindung
von Kontaktgebieten an Schaltungselementen innerhalb der Kontaktstruktur
ermöglicht,
wobei eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden
oder deren Auswirkungen zumindest reduziert werden.
Überblick über die
Erfindung
Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die die Herstellung von Kontaktstrukturen mit direkten Verbindungen
zwischen benachbarten Gebieten von Schaltungselementen, etwa CAREC-Kontakte,
ermöglicht,
wobei eine erhöhte
Zuverlässigkeit
im Hinblick auf die mechanische Integrität sowie in Bezug auf Kurzschlüsse und
Leckströme
erreicht werden kann, während
ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit dem konventionellen Prozessablauf, wie er zuvor beschrieben
ist, beibehalten wird. Zu diesem Zweck wird eine zusätzliche Ätzstoppschicht
auf der Grundlage von Siliziumoxid selektiv auf einem Schaltungselement
gebildet, um damit die Ätzselektivität während des Ätzprozesses
zur Herstellung entsprechender Kontaktöffnungen in dem dielektrischen
Zwischenschichtmaterial und in der Kontaktätzstoppschicht zu erhöhen. In
einem weiteren Lösungsansatz
wird die Ätzrate
der Kontaktätzstoppschicht
vor dem Strukturieren der Kontaktätzstoppschicht modifiziert,
um die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Ätzschäden in dem aktiven Halbleitergebiet
zu verringern.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und
5 gelöst.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird,
in denen:
1a und 1b schematisch
Querschnittsansichten eines konventionellen Halbleiterbauelements
während
der Herstellung eines Kontaktgebiets für die direkte Verbindung einer
Polysiliziumleitung und eines Drain/Source-Gebiets während diverser
Fertigungsphasen gemäß konventioneller Verfahren
zeigen, die zu einer erhöhten
Wahrscheinlichkeit für
Leckströme
oder Kurzschlüsse
führen;
2a bis 2c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit einem Schaltungselement
und einem Kontaktgebiet für
eine direkte Verbindung gewisser Kontaktgebiete der Schaltungselemente
während
diverser Fertigungsphasen gemäß anschaulicher
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung zeigen, in denen eine zusätzliche Ätzstoppschicht auf Siliziumdioxidbasis
vor dem Abscheiden des dielektrischen Zwischenschichtmaterials gebildet
wird; und
3a bis 3d schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während der Herstellung
eines Kontaktbereichs zeigen, wobei die Ätzrate der Kontaktätzstoppschicht
vor dem Strukturieren der Kontaktätzstoppschicht gemäß weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung modifiziert wird.
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik für die Herstellung
von Kontaktgebieten, d. h. metallgefüllten Gebieten innerhalb einer dielektrischen
Zwischenschicht für
das elektrische Verbinden entsprechender Kontaktgebiete von Schaltungselementen,
etwa von Feldeffekttransistoren, Polysiliziumleitungen, aktiven
Gebieten und dergleichen in direkter Weise, d. h. ohne einen elektrischen
Kontakt über
die erste Metallisierungsschicht, wobei eine erhöhte Zuverlässigkeit während der Herstellung einer
entsprechenden Kontaktöffnung
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
auf Grund des Vorsehens einer zusätzlichen Ätzstoppschicht auf der Grundlage
von Siliziumdioxid erreicht wird, um damit einen nachteiligen Ätzangriff
auf freiliegende Siliziumbereiche während der Kontaktöffnungsätzung zu
reduzieren. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann ein unerwünschter
Abtrag von Material der Abstandshalter reduziert werden, indem die Ätzrate der
Kontaktätzstoppschicht
vor deren Entfernung modifiziert wird. Die vorliegende Erfindung
ist äußerst vorteilhaft
im Zusammenhang mit modernen integrierten Schaltungen mit Transistorelementen
mit einer Gatelänge
von 100 nm und deutlich weniger, da derartige Elemente äußerst eng
gesetzte Prozessgrenzen im Hinblick auf die Tiefe der PN-Übergänge und
dergleichen aufweisen, wodurch die Gefahr für Leckströme und Kurzschlüsse deutlich ansteigt,
wie dies zuvor erläutert
ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung auch
auf weniger kritische Anwendungen angewendet werden kann und die
Erfindung sollte nicht auf spezielle Bauteilabmessungen eingeschränkt werden,
sofern derartige Einschränkungen
nicht explizit in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie
in den angefügten
Patentansprüchen
angegeben sind.
Mit
Bezug zu den 2a bis 2c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
In 2a umfasst
ein Halbleiterbauelement 200 ein Substrat 201 mit
einer darüber
ausgebildeten Halbleiterschicht 202, in und auf der ein
Schaltungselement 220 gebildet ist. Das Schaltungselement 220 kann
eine Leitung 204, in einigen anschaulichen Ausführungsformen
in Form einer Gateelektrode, aufweisen, die von der Halbleiterschicht 202 durch
eine Isolierschicht 205, etwa eine Gateisolationsschicht,
getrennt ist. Ferner können
entsprechende Abstandshalter 206 an Seitenwänden der
Leitung 204 gebildet sein. Aktive Gebiete, etwa Drain/Source-Gebiete 207,
die entsprechende Erweiterungsgebiete 207e bei modernen
Feldeffekttransistoren enthalten können, sind in der Halbleiterschicht 202 ausgebildet. Das
Schaltungselement 220 kann in den aktiven Gebieten oder
Drain/Source-Gebieten 207 und in der Leitung oder Gateelektrode 204 Metallsilizidgebiete 208 aufweisen.
Anders als bei konventionellen Bauelementen ist eine Ätzstoppschicht 221 über dem Schaltungselement 220 ausgebildet,
an die sich eine Kontaktätzstoppschicht 209 anschließt. In einer
Ausführungsform
ist die Ätzstoppschicht 221 über dem gesamten
Bauelement 200 gebildet, wodurch auch andere Schaltungselemente
(nicht gezeigt) abgedeckt werden, während in anderen Ausführungsformen
die Schicht 221 selektiv in einem Bereich des Bauelements 200 gebildet
ist, in welchem das Schaltungselement 220 angeordnet ist,
während
andere Schaltungselemente, etwa Transistorelemente mit hoher Schaltgeschwindigkeit,
nicht von der Schicht 221 bedeckt sind. Beispielsweise
kann in einigen Anwendungen eine Kontaktätzstoppschicht, etwa die Schicht 209,
mit einer hohen intrinsischen Verspannung vorgesehen sein, um damit
die Ladungsträgerbeweglichkeit
in den entsprechenden Transistoren zu modifizieren. Somit kann es
im Hinblick auf eine hohe Effizienz beim Übertragen der Ver spannung
in das entsprechende Kanalgebiet vorteilhaft sein, die zusätzlich Atzstoppschicht
in diesen Transistoren wegzulassen, während die Schaltungselemente
der gleichen Art wie das Schaltungselement selektiv die zusätzliche Ätzstoppschicht 221 erhalten.
Die Ätzstoppschicht 221 kann
aus einem beliebigen geeigneten Material auf Siliziumdioxidbasis hergestellt
werden, das eine hohe Ätzselektivität in Bezug
auf die Kontaktätzstoppschicht 209 aufweist, die
in einer anschaulichen Ausführungsform
aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, wodurch ein hohes Maß an Prozesskompatibilität mit dem
konventionellen Prozessablauf erreicht wird, wie er zuvor mit Bezug
zu 1a und 1b beschrieben
ist.
Das
Halbleiterbauelement 200, wie es in 2a gezeigt
ist, kann gemäß gut etablierter
Rezepte hergestellt werden, wobei ähnliche Prozesse verwendet
werden können,
wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben
sind. Jedoch wird ein zusätzlicher
Abscheideschritt nach Vollendung des Schaltungselements 220 ausgeführt, d.
h. nach der Herstellung der Metallsilizidgebiete 208 in der
Leitung 204 und in den aktiven Gebieten 207, wobei
der Seitenwandabstandshalter 209 als eine Reaktionsmaske
dient. Das Abscheiden der Ätzstoppschicht 221 kann
auf der Grundlage etablierter Abscheideverfahren, etwa plasmaunterstützter CVD, und
dergleichen bewerkstelligt werden. Wie zuvor beschrieben ist, wird
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die Schicht 221 so gebildet, dass diese das Schaltungselement 220 bedeckt,
während andere
Schaltungselemente (nicht gezeigt), etwa moderne Transistorbauelemente,
die in Logikbereichen des Bauelements 200 vorgesehen sind,
wenn beispielsweise eine moderne CPU betrachtet wird, freigelegt
sind. Dazu kann die Schicht 221 nach dem Abscheiden selektiv
mittels einer geeigneten Lackmaske auf der Grundlage gut etablierter Ätzrezepte entfernt
werden. In anderen Ausführungsformen
wird eine Lackmaske vor der Abscheidung gebildet, und der nachfolgende
Abscheideprozess wird auf der Grundlage von Prozessparametern ausgeführt, die mit
den Eigenschaften der Lackmaske verträglich sind. Nach dem Abscheiden
wird die Lackmaske, die von dem siliziumbasierten Material bedeckt
ist, entfernt, wobei das Schaltungselement 220 durch die Schicht 221 abgedeckt
bleibt.
Nach
dem Abscheiden der Schicht 221 wird die Kontaktätzstoppschicht 209 auf
der Grundlage gut etablierter Abscheideverfahren, etwa plasmaunterstützter CVD,
und dergleichen gebildet. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
wird die Kontaktätzstoppschicht 209 mit
einer hohen intrinsischen Verspannung gebildet, die in der Reihe
von ungefähr beispielsweise
1,5 GPa kompressiver Verspannung bis ungefähr 1,5 GPa Zugspannung oder
höher liegen
kann. Eine entsprechende hohe intrinsische Verspannung kann durch
geeignetes Einstellen der Abscheideparameterwerte während eines
plasmaunterstützten
Abscheideprozesses in Bezug auf beispielsweise Druck, Temperatur,
Ausmaß an
Ionenbeschuss, und dergleichen erreicht werden.
2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz und in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Hier umfasst das Bauelement 200 eine
Kontaktöffnung 217 in
einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 211, wobei auch
die Kontaktätzstoppschicht 209 bereits
geöffnet ist.
Die Öffnung 217 kann
auf der Grundlage anisotroper Ätzprozesse
hergestellt werden, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Prozessablauf
beschrieben sind. Auf Grund der hohen Ätzselektivität der Ätzstoppschicht 211 in
Bezug auf die Kontaktätzstoppschicht 209 wird
das Schaltungselement 220 im Gegensatz zum konventionellen
Verfahren zuverlässig während des
entsprechenden Ätzprozesses
geschützt.
Nachfolgend wird das Bauelement 200 einem weiteren Ätzprozess 224 zum
Entfernen eines freiliegenden Bereichs der Ätzstoppschicht 221 unterzogen.
Dazu können
gut etablierte nasschemische Ätzrezepte
oder Trockenätzrezepte
ausgeführt
werden, wie sie für
Materialien auf Basis von Siliziumdioxid gut bekannt sind. Nach
dem Entfernen des. freiliegenden Bereichs der Ätzstoppschicht 221 und
optionalen Reinigungsprozessen kann die weitere Bearbeitung auf
der Grundlage eines gut etablierten Prozesses fortgesetzt werden,
der die Abscheidung eines Barrierenmaterials und das Einfüllen Kontaktmetalls
beinhaltet.
2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit einem Kontaktgebiet 212 mit
einer Barrierenschicht 214 und einem geeigneten Metall, etwa
Wolfram. Folglich wird auf Grund des Vorsehens der Ätzstoppschicht 221 eine
direkte elektrische Verbindung von der Leitung 204 zu dem
aktiven Halbleitergebiet 207 geschaffen, ohne dass im Wesentlichen
eine Gefahr der Ausbildung elektrischer Kurzschlüsse oder der Schaffung elektrischer
Verbindungswege für
erhöhte
Leckströme
besteht.
Somit
wird eine verbesserte Technik bereitgestellt, die die Herstellung
von Kontaktgebieten, etwa sogenannter CAREC-Kontakte, ermöglicht,
die eine direkte elektrische Verbindung von Kontaktgebieten von
Schaltungselementen innerhalb eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials
ohne Kontakt zu der ersten Metallisierungsschicht ergeben. Auf Grund
des Vorsehens der zusätzlichen Ätzstoppschicht
kann ein unerwünschter
Materialabtrag von den Seitenwandabstandshaltern 206 unterdrückt werden,
wodurch die Wahrscheinlichkeit für
das Erzeugen von Leckstromwegen reduziert wird.
Mit
Bezug zu den 3a bis 3d werden weitere
anschauliche Ausführungsformen
detaillierter beschrieben, wobei ebenso eine hohe Kompatibilität mit dem
konventionellen Prozessablauf beibehalten wird, wobei dennoch eine
Verringerung von Leckströmen
erreicht werden kann.
In 3a umfasst
ein Halbleiterbauelement 300 ein Substrat 301 mit
einer darauf ausgebildeten Halbleiterschicht 302, in und
auf der ein Schaltungselement 320 gebildet ist. Das Schaltungselement 320,
das in einer anschaulichen Ausführungsform
einen Feldeffekttransistor repräsentiert,
umfasst eine Leitung 304, die in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
in Form einer Gateelektrode vorgesehen ist, die von der Halbleiterschicht 302 durch
eine Isolierschicht 305, etwa eine Gateisolationsschicht, getrennt
ist. Des weiteren sind entsprechende Abstandshalter 306 an
den Seitenwänden
der Leitung 304 gebildet. Aktive Gebiete, etwa Drain/Source-Gebiete 307,
die entsprechende Erweiterungsgebiete 307e bei modernen
Feldeffekttransistoren aufweisen können, sind in der Halbleiterschicht 302 ausgebildet.
Das Schaltungselement 320 kann in den aktiven Gebieten
oder Drain/Source-Gebieten 307 und
in der Leitung oder Gateelektrode 304 Metallsilizidgebiete 308 aufweisen.
Eine Kontaktätzstoppschicht 309 ist über dem
Schaltungselement 320 gebildet und in einer anschaulichen
Ausführungsform
ist die Schicht 309 auf den Metallsilizidgebieten 308 angeordnet. Wie
zuvor beschrieben ist, kann in Abhängigkeit von den Bauteilerfordernissen
in einigen Ausführungsformen
die Kontaktätzstoppschicht 309 mit
einer hohen intrinsischen Verspannung vorgesehen sein, wodurch die
Ladungsträgerbeweglichkeit
in den entsprechenden Transistoren modifiziert wird. Somit kann
es im Hinblick auf eine effiziente Übertragung der Verspannung
in das entsprechende Kanalgebiet vorteilhaft sein, die Kontaktätzstoppschicht
direkt auf dem Schaltungselement 320 zu bilden. Ein dielektrisches
Zwi schenschichtmaterial 311 ist auf der Kontaktätzstoppschicht 309 ausgebildet
und umfasst eine Kontaktöffnung 317,
um das aktive Gebiet 307 und die Leitung 304 zu
verbinden.
Das
Halbleiterbauelement 300, wie es in 3a gezeigt
ist, kann gemäß gut etablierter
Prozessverfahren hergestellt werden, wie sie auch im Zusammenhang
mit den Bauelementen 100 und 200 beschrieben sind,
wobei jedoch die zusätzliche Ätzstoppschicht 221 (siehe 2a bis 2c)
weggelassen werden kann.
3b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, wobei das Bauelement 300 einer Behandlung 324 zum
Modifizieren des Ätzverhaltens eines
freiliegenden Bereichs 309a der Kontaktätzstoppschicht 309 unterzogen
wird. Somit kann der freiliegende Bereich 309a eine deutlich
höhere Ätzrate im
Hinblick auf einen spezifizierten Ätzprozess aufweisen, der nachfolgend
auszuführen
ist, um den Bereich 309a für die Herstellung eines entsprechenden Kontaktgebiets
zu entfernen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen können die
Kontaktätzstoppschicht 309 und
die Seitenwandabstandshalter 306 aus ähnlichen Materialien, etwa
Siliziumnitrid, und dergleichen aufgebaut sein, wobei in konventionellen
Verfahren diese Komponenten eine ähnliche Ätzrate im Hinblick auf einen Ätzprozess
zum Öffnen einer
Kontaktätzstoppschicht
aufweisen, wie dies zuvor beschrieben ist. Auf Grund der Behandlung 324 zeigt
jedoch der Bereich 309a die höhere Ätzrate, wobei die modifizierte Ätzrate in
einer selbstjustierten Weise erzeugt wird, ohne dass im Wesentlichen
andere Eigenschaften des Bauelements 300 beeinflusst werden.
Die Behandlung 324 umfasst in einer anschaulichen Ausführungsform
einen Ionenbeschuss, um die Struktur des Bereichs 309a zu
modifizieren, wodurch eine erhöhte
Anzahl an Diffusionswegen für
die nachfolgende Ätzumgebung
geschaffen wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird der Ionenbeschuss
durch Verwendung inerter Ionen, etwa Xenon, oder andere Edelgasionen
ausgeführt.
Die Ionen können
mittels eines Ionenimplantationsprozesses unter Anwendung standardmäßiger Implantationsanlagen
bereitgestellt werden, wobei geeignete Prozessparameterwerte auf
der Grundlage von Simulation und/oder Experimenten ermittelt werden
können.
Beispielsweise kann eine Implantationsenergie für Xenon-Ionen in der Reihe
von einigen keV bis mehreren hundert keV eingesetzt werden, um die
Ionen in einer geeigneten Tiefe anzuordnen, ohne dass damit im Wesentlichen
unerwünscht die
Metallsilizidgebiete 308 beeinflusst werden. Somit kann
durch Auswählen
einer geeigneten Implantationsenergie mit einer Dosis, etwa 1013 bis 1016 pro cm2, die Struktur des Bereichs 309a effizient
modifiziert werden, wobei tieferliegende Gebiete, etwa die Abstandshalter 306 im
Wesentlichen nicht beeinflusst werden. Während der Behandlung 324 dient das
dielektrische Zwischenschichtmaterial 311 als eine Maske,
so dass der Prozess 324 selbstjustierend ist.
3c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Wie gezeigt, ist das Bauelement 300 einem Ätzprozess 325 zum
Abtragen des Bereichs 309a unterzogen, wobei der Prozess 325 auf der
Grundlage etablierter Rezepte ausgeführt werden kann, wie dies zuvor
beschrieben ist. Während des
Prozesses 325 besitzt der modifizierte Bereich 309a eine
höhere Ätzrate im
Vergleich zu dem Abstandshalter 306, selbst wenn der Abstandshalter 306 und
die Schicht 309 anfänglich
im Wesentlichen aus dem gleichen Material hergestellt sind. Folglich kann
der Bereich 309a mit einer höheren Geschwindigkeit abgetragen
werden, so dass die Metallsilizidbereiche 308 effizienter
freigelegt werden, selbst wenn eine gewisse Ungleichförmigkeit über das
Substrat 301 hinweg auftritt. Somit können die Metallsilizidgebiete 308 zuverlässiger in
einer geringeren Ätzzeit
freigelegt werden, die mittels Endpunkterkennung erfasst werden
kann, während
lediglich eine geringe Menge an Material des Abstandshalters 306 entfernt
wird, wodurch in effizienter Weise die Gefahr zur Ausbildung von
Leckstromwegen in dem Halbleiterbereich unter dem Abstandshalter 306 vermieden wird.
Somit kann nach dem Endes Ätzprozesses 325 der
Abstandshalter 306 in seiner Größe reduziert sein, der nunmehr
als 306a bezeichnet ist, während dennoch das darunterliegende
Halbleitergebiet bedeckt bleibt. Danach kann die weitere Bearbeitung auf
der Grundlage etablierter Rezepte fortgesetzt werden, d. h. durch
Bilden einer Barrierenschicht und das Einfüllen eines Kontaktmetalls.
3d zeigt
schematisch das Bauelement 300 nach dem Ende der oben beschriebenen
Prozesssequenz. Somit umfasst das Bauelement ein metallgefülltes Kontaktgebiet 312,
das von einer Barrierenschicht 314 eingeschlossen ist.
Es
gilt also, das Bauelement kann mit reduzierten Leckstromwegen hergestellt
werden, indem das Ätzverhalten
eines Teils der Kontaktätzstoppschicht
modifiziert wird, während
konventionelle Prozessstrategien verwendbar sind. Die zusätzliche
Behandlung kann über
das gesamte Substrat hinweg ausgeführt werden, wodurch auch die Ätzrate in
anderen Kontaktöffnungen
verbessert wird. Somit kann die gesamte erhöhte Ätzrate Ätzungleichförmigkeiten während des Öffnens der
Kontaktätzstoppschicht
auf Grund der geringeren Ätzzeit
reduzieren, wodurch auch die Einwirkung auf die Seitenwandabstandshalter
in den Bauelementen, die CAREC-Kontakte erhalten, verringert wird,
was deutlich zu einer geringen Wahrscheinlichkeit für das Schaffen
von Leckstromwegen beiträgt.
Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.