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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere Halbleiterbauelemente mit Metallsilizidbereichen auf Halbleitergebieten, um den Widerstand der Halbleitergebiete zu reduzieren.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In modernen integrierten Schaltungen mit äußerst hoher Packungsdichte werden die Bauteilstrukturelemente ständig verkleinert, um das Bauteilleistungsverhalten und die Funktion zu verbessern. Ein wichtiges Schaltungselement in komplexen integrierten Schaltungen ist ein Feldeffekttransistor, der eine Komponente mit einem Kanalgebiet repräsentiert, dessen Leitfähigkeit durch ein elektrisches Feld gesteuert wird, das durch Anlegen einer Steuerspannung an eine Gateelektrode erzeugt wird, die in der Nähe des Kanalgebiets ausgebildet und davon durch eine Gateisolationsschicht getrennt ist. Das Kanalgebiet ist im Wesentlichen durch entsprechende PN-Übergänge gebildet, die durch eine Grenzfläche stark dotierter Drain- und Sourcegebiete und einem invers dotierten Gebiet gebildet sind, das zwischen dem Drain- und dem Sourcegebiet angeordnet ist. Wichtige Eigenschaften für das Leistungsverhalten einer integrierten Schaltung sind u. a. die Schaltgeschwindigkeit der einzelnen Transistorelemente und der Durchlassstrom. Somit ist ein wichtiger Aspekt zum Erreichen eines hohen Transistorleistungsverhaltens die Verringerung des Gesamtwiderstands des Stromweges, der durch das Kanalgebiet, den Widerstand der Drain- und Sourcegebiete und die entsprechenden Kontakte, die den Transistor mit peripheren Einrichtungen, etwa anderen Transistoren, Kondensatoren, und dergleichen verbinden, definiert ist. Die Verringerung der Kanallänge ergibt somit einen geringeren Widerstand des Kanalgebiets und ermöglicht auch, die Packungsdichte der integrierten Schaltung zu erhöhen. Bei der Reduzierung der Transistorabmessungen wird auch die Transistorbreite typischerweise im Hinblick auf die Packungsdichte und die Schaltgeschwindigkeit reduziert, wodurch auch das Durchlassstromvermögen verringert werden kann. Es ist daher von großer Wichtigkeit, den Reihenwiderstand eines Transistors für vorgegebene Entwurfsabmessungen möglichst stark zu reduzieren, um damit moderat hohe Durchlassstromqualitäten mit einer erhöhten Schaltgeschwindigkeit für modernste Logikschaltungen zu kombinieren.
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Daher ist es ein wichtiges Entwurfsziel, die Leitfähigkeit von Leitungen und Kontaktgebieten, etwa Drain- und Sourcegebieten, Gateelektroden, Polysiliziumverbindungsleitungen, und dergleichen zu erhöhen, da die Querschnittsfläche dieser Leitungen und Gebiete ebenso reduziert wird, wenn die allgemeinen Transistorabmessungen verkleinert werden. Die Querschnittsfläche bestimmt jedoch in Verbindung mit den Eigenschaften des Materials, aus dem die Leitungen und Kontaktgebiete hergestellt sind, den Widerstand der entsprechenden Leitung oder des Kontaktgebiets. Folglich können in Halbleiterbauelementen mit stark reduzierten Abmessungen die Leitungen und Kontaktgebiete einen höheren Widerstand aufweisen, sofern die reduzierte Querschnittsflächen nicht durch Verbessern der elektrischen Eigenschaften des Materials kompensiert werden, das die Leitungen und Kontaktgebiete bildet, etwa die Gateelektrode, und die Drain- und Sourcekontaktgebiete. Es ist daher von großer Bedeutung, die Eigenschaften leitender Gebiete zu verbessern, die im Wesentlichen aus Halbleitermaterial, etwa Silizium, aufgebaut sind. Beispielsweise beruhen in modernen integrierten Schaltungen die einzelnen Halbleiterbauelemente, etwa Feldeffekttransistoren, Kondensatoren, und dergleichen, im Wesentlichen auf Silizium, wobei die einzelnen Bauelemente durch Siliziumleitungen und Metallleitungen verbunden sind. Während der Widerstand der Metallleitungen verbessert werden kann, indem das üblicherweise verwendete Aluminium durch beispielsweise Kupfer und Kupferlegierungen ersetzt wird, sind Prozessingenieure mit einer herausfordernden Aufgabe konfrontiert, wenn eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Silizium enthaltenden Halbleiterleitungen und Halbleiterkontaktgebieten erforderlich ist.
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Mit Bezug zu 1a und 1b wird ein beispielhafter Prozess zur Herstellung einer integrierten Schaltung mit beispielweise mehreren MOS-Transistoren beschrieben, um die bei der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von siliziumenthaltenden Halbleitergebieten beteiligten Probleme detaillierter zu erläutern.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 100, die ein Substrat 101 aufweist, beispielsweise ein Siliziumsubstrat, über welchem ein Feldeffekttransistor 110 einer speziellen Leitfähigkeitsart, etwa ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor ausgebildet ist. Die Halbleiterstruktur 100 umfast eine Isolationsstruktur 113, die aus einem isolierenden Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, und dergleichen aufgebaut ist, das ein aktives Gebiet 112 in dem Substrat 101 definiert. In modernen Halbleiterbauelementen ist die Isolationsstruktur 113 in Form eines Isolationsgrabens (STI) vorgesehen, der zumindest teilweise mit einem oder mehreren geeigneten isolierenden Materialien gefüllt ist, wie es beispielsweise zuvor angegeben ist. Eine Gateelektrode 115 mit einer Gatelänge 115l ist über einer Gateisolationsschicht 118 ausgebildet, die die Gateelektrode 115 von dem aktiven Gebiet 112 trennt. Abstandselemente 116, die beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid hergestellt sind, sind an den Seitenwänden der Gateelektrode 115 angeordnet. In dem aktiven Gebiet 112 sind Source- und Drain-Gebiete 114, mit entsprechenden Erweiterungen 114a, ausgebildet und weisen ein geeignetes laterales Dotierstoffprofil auf, wie es zur Anbindung an ein Kanalgebiet 111 erforderlich ist, in welchem sich ein leitender Kanal zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet 114 beim Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode 115 ausbildet. Ferner sind Metallsilizidgebiete 117 in den Drain- und Sourcegebieten 114 und auf der Gateelektrode 115 gebildet. Die Metallsilizidgebiete 117 können ein beliebiges geeignetes Metallsilizid basierend auf einem geeigneten hochschmelzenden Metall, etwa Titan, Kobalt, Nickel, Platin, Wolfram, oder Verbindungen davon, aufweisen.
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1b zeigt schematisch eine Draufsicht der Halbleitestruktur 100. Wie gezeigt, erstreckt sich die Gateelektrode 115 in der Transistorbreitenrichtung, die als W angegeben ist, über das aktive Gebiet 112 (der Bereich innerhalb der Isolationsstruktur 113) und in den isolierten Bereich des Substrats 101 hinaus, der durch die flache Grabenisolationsstruktur 113 definiert ist. Abhängig von der Schaltungsanordnung kann die Gateelektrode 115 eine Verbindung zu einem benachbarten Transistor oder zu einem entsprechenden Kontaktgebiet (nicht gezeigt) herstellen. Wie zuvor erläutert ist, bestimmt die Gatelänge 1151 des Transistorelements 110 im Wesentlichen die Kanallänge des Transistors 110 und daher beeinflusst diese, wie zuvor dargelegt ist, deutlich die elektrischen Eigenschaften des Transistorelements 110. Die Transistorbreite ist durch die Abmessung des aktiven Bereichs 112 entlang der Breitenrichtung W definiert und wird daher durch die Grabenisolationsstruktur 113 bestimmt. Für eine vorgegebene Gatelänge 115l, die den Widerstand pro Einheitslänge in der Richtung des Stromflusses und die Schaltgeschwindigkeit bestimmt, beeinflusst die Transistorbreite auch die Treiberstromkapazität bzw. das Durchlassstromvermögen. Wie jedoch zuvor erläutert ist, kann im Hinblick auf die Packungsdichte und eine geringe Gesamtschaltgeschwindigkeit die Transistorbreite nicht in beliebiger Weise erhöht werden.
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Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung der Halbleiterstruktur 100, wie sie in den 1a und 1b gezeigt ist, kann die folgenden Prozesse umfassen. Nach der Herstellung der Grabenisolationsstruktur 113 durch gut bekannte Photolithographie-, Ätz-, Abscheide- und Einebnungstechniken werden Implantationsschritte ausgeführt, um ein vertikales Dotierstoffprofil in dem aktiven Gebiet 112 gemäß den Bauteilerfordernissen herzustellen. Nachfolgend wird die Gateisolationsschicht 118 gemäß den Entwurfserfordernissen nach dem Reinigen der freiliegenden Oberfläche des aktiven Bereichs 112 gebildet. Daraufhin wird die Gateelektrode 115 durch Strukturieren von beispielsweise einer Polysiliziumschicht mittels moderner Photolithographie- und Ätzverfahren strukturiert. Anschließend wird ein weiterer Implantationsschritt zur Herstellung der Source- und Drain-Erweiterungsgebiete 114a in den Source- und Draingebieten 114 beispielsweise auf der Grundlage geeigneter Offset-Abstandshalter (nicht gezeigt) ausgeführt, und anschließend werden die Abstandselemente 116 durch Abscheide- und anisotrope Ätzverfahren gebildet. Das Abstandselement 116 kann als eine Implantationsmaske für einen nachfolgenden Implantationsprozess verwendet werden, in welchem ein Dotiermittel in das aktive Gebiet 112 implantiert wird, um die Source- und Draingebiete 114 zu bilden, woraufhin die erforderliche hohe Dotierstoffkonzentration in diesen Gebieten geschaffen wird. Typischerweise werden geeignete Ausheizprozesse ausgeführt, um die Dotiermittel zu aktivieren und die durch die Implantation hervorgerufenen Gitterschäden zu reduzieren. Als nächstes werden die Metallsilizidgebiete 117 durch gut etablierte Techniken gebildet, die beispielsweise das Abscheiden eines geeigneten hochschmelzenden Metalls und das Ausführen einer Wärmebehandlung beinhalten können, um einen Prozess zur Silizidbildung in Gang zu setzen. Es kann eine geeignete niederohmige Phase erhalten werden, indem eine weitere Wärmebehandlung gemäß gut etablierter Verfahren ausgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass der sich ergebende Schichtwiderstand der Metallsilizidgebiete 117 deutlich kleiner ist im Vergleich zum Widerstand der Halbleitermaterialien der Drain- und Sourcegebiete 114 und der Gateelektrode 115, obwohl diese Bereiche stark dotiert sind. Folglich kann durch das Vorsehen der Metallsilizidgebiete 117 die reduzierte Querschnittsfläche der Kontaktgebiete, d. h. die Silizidbereiche der Drain- und Sourcegebiete 114 und der Polysiliziumleitungen, etwa der Gateelektrode 115, kompensiert werden, um damit den parasitären Widerstand trotz der insgesamt reduzierten Transistorabmessungen zu verringern.
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Im Hinblick auf eine weitere Reduzierung des Reihenwiderstandes zwischen dem Kanalgebiet 111 in seinem leitenden Zustand und den Oberflächenbereichen der Metallsilizidgebiete 117, an denen entsprechende Metallpfropfen den Transistor 110 kontaktieren, wäre es vorteilhaft, für eine gegebene Transistorkonfiguration den Anteil an Metallsilizid innerhalb der Drain- und Sourcegebiete 114 zu vergrößern, wobei jedoch für anspruchsvolle Anwendungen die Tiefe der Metallsilizidgebiete 117, obwohl diese in der Gateelektrode 115 wünschenswert ist, nicht wesentlich vergrößert werden kann, ohne eine Gefahr eines Kurzschlusses der Drain- und Sourcegebiete 114 mit dem aktiven Gebiet 112 hervorzurufen, wodurch ein Bauteilausfall bewirkt würde. Auf Grund der begrenzten Tiefe der Metallsilizidgebiete 117 in den Drain- und Sourcegebieten 114 ist es daher wichtig, ein Metallsilizid mit hoher Qualität innerhalb des gesamten Bereichs der Drain- und Sourcegebiete 114 bereitzustellen. In konventionellen Lösungen kann das Metallsilizid an der Grenzfläche zwischen den Drain- und Sourcegebieten 114 und der Grabenisolationsstruktur 113, die als 113a bezeichnet ist, eine geringere Dicke aufweisen, wodurch die Effizienz des Metallsilizids reduziert wird, da insgesamt eine moderat große Fläche (siehe 1b) eine reduzierte Metallsiliziddicke aufweisen kann.
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Die
US 2006/0001108 A1 offenbart ein Verfahren, das das Bilden von Grabenisolationsstrukturen in einem Siliziumsubstrat zur Abgrenzung aktiver Bereiche umfasst, wobei Teile der Seitenwand des aktiven Bereichs bereits in diesem Schritt freigelegt werden und (bei Niedervolttransistoren) der Hauptteil beim Entfernen einer dicken Oxidschicht, die in Hochvolttransistoren als Gateoxid dient, freigelegt wird. Anschließend wird ein RTH-Schritt auf dem aktiven Gebiet ausgeführt, um die Kanten des aktiven Gebietes abzurunden und natürliches Oxid zu entfernen. Auf dem aktiven Gebiet wird eine Gateelektrodenstruktur mit Seitenwandabstandselementen gebildet und auf freiliegenden Flächen des aktiven Gebiets wird ein Metallsilizidfilm gebildet.
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Die
US 6 232 640 B1 offenbart diverse Verfahren zum Freilegen von Seitenwandbereichen von Halbleitergebieten, wobei das Absenken der Oberfläche der STI-Strukturen nach dem Bilden von Drain- und Sourceerweiterungsgebieten, z. B. beim Bilden von Drain- und Sourceseitenwandabstandselementen, erfolgt.
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Die
US 6 245 637 B1 offenbart STI-Prozesse, bei denen Überschuss-Grabenfüllmaterial zurückgeätzt wird. Dabei entstehen Einkerbungen an der Grenzschicht zwischen dem Grabenfüllmaterial und dem aktiven Gebiet, die die Seitenwandbereiche des aktiven Gebietes freilegen, so dass sich anschließend in diesen Bereich Silizid bilden kann, das in dem aktiven Gebiet gebildete Source-Drain-Übergänge überbrücken kann.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte Technik, die eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermeidet oder deren Auswirkungen zumindest reduziert.
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Überblick über die Erfindung
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Die vorliegende Erfindung richtet sich an eine Technik, die die Herstellung von Metallsilizidgebieten in einem stark dotierten Halbleitergebiet mit Silizium ermöglicht, das von einer Isolationsstruktur umschlossen ist. Zu diesem Zweck wird der Oberflächenbereich in dem aktiven Halbleiterbereich, der für eine Silizidreaktion verfügbar ist, an der Grenzfläche zwischen der Isolationsstruktur und dem aktiven Halbleiterbereich vergrößert, wodurch der Anteil an gut leitendem Metallsilizid deutlich erhöht wird. Folglich kann der Gesamtserienwiderstand verringert werden. Ferner kann in einigen anschaulichen Ausführungsformen die vergrößerte Oberfläche an der Grenzfläche vor dem Ausbilden einer Gateelektrodenstruktur gebildet werden, die daher auch nahe an dem freigelegten Seitenwandbereich des aktiven Halbleiterbereichs angeordnet werden kann, wodurch die Effizienz der Gateelektrodenstruktur beim Erzeugen eines leitenden Kanals an der Grenzfläche zwischen dem aktiven Halbleiterbereich und der Isolationsstruktur verbessert wird. Auf diese Weise wird die effektive Kanalbreite eines Transistors vergrößert, wodurch auch zu einer Leistungssteigerung im Vergleich zu einem konventionellen Transistor mit den gleichen Entwurfsabmessungen beigetragen wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird insbesondere durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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:
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1a schematisch eine Querschnittsansicht eines konventionellen Transistors mit einem Metallsilizidgebiet zeigt, der gemäß einem konventionellen Prozessablauf hergestellt wird;
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1b schematisch eine Draufsicht des Transistors aus 1a zeigt;
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2a bis 2e schematisch Querschnittsansichten eines Transistorelements während diverser Fertigungsphasen zum Vertiefen einer Isolationsstruktur in einem frühen Stadium gemäß erläuternden Beispielen zusätzlicher Aspekte von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen;
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3a bis 3c schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements zeigen, das Gateisolationsschichten mit unterschiedlicher Dicke mit einem dazwischenliegenden Vertiefen der Isolationsstruktur gemäß noch weiteren erläuternden Beispielen zusätzlicher Aspekte von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhält;
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4a und 4b schematisch eine Querschnittsansicht eines Transistorelements während unterschiedlicher Fertigungsphasen zeigen, wobei eine Isolationsstruktur während eines Abstandhalterätzprozesses gemäß erläuternden Beispielen zusätzlicher Aspekte von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vertieft wird; und
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5a bis 5d schematisch Querschnittsansichten einer Grabenisolationsstruktur während diverser Fertigungsphasen zeigen, wobei ein Teil durch ein selektives Entfernen von Material des Isolationsgrabens gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vertieft wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zum Verbessern des Durchlassstromvermögens eines Schaltungselements, etwa eines Feldeffekttransistors, für gegebene Entwurfsabmessungen, indem die Menge an Metallsilizid erhöht wird, die in einem aktiven Halbleiterbereich gebildet wird, der von einer Isolationsstruktur umschlossen ist. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche des aktiven Halbleiterbereichs in der Nähe der Isolationsstruktur, die während eines Silizidbildungsprozesses verfügbar ist, erhöht, wodurch insgesamt zu einer Reduzierung des Widerstands des aktiven Halbleiterbereichs beigetragen wird. Das Vergrößern der Oberfläche kann erreicht werden, indem ein Teil einer Seitenwand des aktiven Halbleiterbereichs während einer geeigneten Fertigungsphase vor dem Ausführen des Silizidbildungsprozeses freigelegt wird, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein oder mehrere Ätz- oder Reinigungsprozesse in geeigneter Weise so modifiziert werden, dass der obere Seitenwandbereich des aktiven Halbleiterbereichs freigelegt wird, wodurch ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Prozessverfahren erreicht wird. Für Feldeffekttransistoren kann der Prozess zum Freilegen oder zumindest ein Schritt des Prozesses zum Freilegen des oberen Seitenwandbereichs vor dem Herstellen der Gateelektrode ausgeführt werden. In diesem Falle kann sich die Gateelektrode um den aktiven Halbleiterbereich auf Grund des freiliegenden oberen Seitenwandbereichs „anschmiegen”, wodurch eine verbesserte Steuerungswirkung des Kanalgebiets erreicht wird, was zu einer erhöhten Leitfähigkeit des Kanals in der Nähe der Isolationsstruktur führen kann. Somit wird die wirksame Kanalbreite im Vergleich zu einem konventionellen Transistor erhöht, der ansonsten im Wesentlichen die gleiche Entwurfsgestaltung aufweist. Da das Freilegen des oberen Seitenwandbereichs des aktiven Halbleitergebiets während einer beliebig gewünschten Fertigungsphase ausgeführt werden kann, ist das Ausmaß an Aussparung der Isolationsstruktur zum Erhalten der erhöhten wirksamen Kanalbreite und das Vergrößern des Oberflächenbereichs zum Erhalten eines dickeren Metallsilizids in einigen anschaulichen Ausführungsformen voneinander entkoppelt, indem zusätzlich die Isolationsstruktur nach der Herstellung der Gateelektrode vertieft wird.
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Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass Angaben im Hinblick auf die Position einer Komponente als relative Positionen zu verstehen sind, wobei der Bezugspunkt durch ein entsprechendes Substrat definiert ist. D. h., eine Positionsangabe, etwa horizontal, vertikal, lateral, und dergleichen, ist mit Bezug zu dem Substrat zu verstehen, über welchem ein entsprechendes Halbleiterbauelement gebildet ist. Somit ist vertikal eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Substratoberfläche orientiert ist, während horizontal im Wesentlichen parallel zu der Substratoberfläche verläuft. In ähnlicher Weise sind Begriffe, wie „unter”, „unterhalb”, „über”, „weiter unten”, „weiter oben”, „tiefer”, und dergleichen unter Anwendung des Substrats als Bezugselement zu verstehen. Somit ist eine erste Komponente „über” einer zweiten Komponente, wenn der Abstand der zweiten Komponente zur Substratoberfläche kleiner ist als der Abstand der ersten Komponente. Somit ist der „Höhenpegel” der ersten Komponente höher im Vergleich zu dem Höhenpegel der zweiten Komponente.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2e werden nunmehr erläuternde Beispiele zusätzlicher Aspekte von weiteren anschaulichen Ausführungsformen beschrieben.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit einem Substrat 201 mit einer Substratoberfläche 201s, das ein beliebiges geeignetes Substrat für die Herstellung von siliziumbasierten Halbleiterelementen repräsentieren kann. Beispielsweise kann das Substrat 201 ein Siliziumvollsubstrat repräsentieren, das auf einem Bereich eine kristalline Siliziumschicht ausgebildet aufweist. In anderen Fällen repräsentiert das Substrat 201 ein SOI-artiges (Silizium-auf-Isolator-)Substrat mit einer über einer isolierenden Schicht (nicht gezeigt) ausgebildeten siliziumenthaltenden Halbleiterschicht. Das Halbleiterbauelement 200 umfasst ferner eine Isolationsstruktur 213, die über dem Substrat 201 in einer siliziumenthaltenden Halbleiterschicht 202 gebildet ist, um damit einen aktiven Halbleiterbereich 212 zu definieren. Ein aktiver Halbleiterbereich ist als ein dotiertes oder undotiertes Halbleitergebiet zu verstehen, in welchem entsprechende PN-Übergänge gebildet sind oder zu bilden sind. In der gezeigten anschaulichen Ausführungsform kann der aktive Halbleiterbereich 212 einen aktiven Halbleiterbereich für ein Transistorelement repräsentieren, wobei der Querschnitt aus 2a die Transistorlängenrichtung zeigt.
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Ein typischer Prozessablauf für das Halbleiterbauelement 200, wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden Prozesse umfassen. Nach dem Herstellen der siliziumenthaltenden Halbleiterschicht 202 oder nach Bereitstellen des Substrats 201 mit der darauf ausgebildeten Schicht 202, wenn beispielsweise eine SOI-Architektur betrachtet wird, wird die Isolationsstruktur 213 auf der Grundlage gut etablierter Verfahren gebildet. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentiert die Isolationsstruktur 213 eine Grabenisolationsstruktur und kann gebildet werden, indem ein Graben durch Photolithographie und anisotrope Ätzverfahren hergestellt wird, woran sich das Herstellen eines geeigneten isolierenden Materials zumindest teilweise in dem Graben anschließt, um das gewünschte isolierende Verhalten zu erhalten. Das isolierende Material, das in einer anschaulichen Ausführungsform Siliziumdioxid aufweist, kann durch Abscheiden und Oxidation oder andere Verfahren gebildet werden, die das erforderliche Füllverhalten aufweisen. Somit definiert die Isolationsstruktur 213 eine Grenzfläche 213a mit einer Seitenwand 212s des aktiven Halbleiterbereichs 212. Danach wird das Halbleiterbauelement einem Reinigungsprozess 220 zum Entfernen von Kontaminationsstoffen unterzogen, die sich aus den vorhergehenden Prozessen ergeben, etwa einem Einebnungsprozess zum Entfernen von Überschussmaterial. Ferner werden auch Oxidreste entfernt, etwa ein natürliches Oxid, das auf der Oberfläche des aktiven Halbleiterbereichs 212 aufgewachsen ist. Der Reinigungsprozess 220 kann in einer anschaulichen Ausführungsform als ein nasschemischer Prozess auf der Grundlage einer Chemie zum Entfernen von Siliziumdioxid selektiv zu Silizium gestaltet sein. Somit können während des Prozesses 220 Oxidreste 221 effizient entfernt werden, während auch Material von dem Isolationsgraben entfernt wird, wenn dieser aus Siliziumdioxid aufgebaut ist. Der Prozess 220 kann für eine vorgegebene Zusammensetzung der Chemikalien und für ansonsten spezifizierte Prozessbedingungen, etwa die Temperatur, auf der Grundlage der Ätzzeit gesteuert werden, um ein gewünschtes Maß an Materialabtrag in der Isolationsstruktur 213 zu erhalten, während im Wesentlichen kein Materialabtrag in dem aktiven Halbleiterbereich 212 auf Grund der hohen Ätzselektivität des Prozesses 220 stattfindet. Geeignete nasschemische Ätztechniken für Silizium und Siliziumdioxid sind im Stand der Technik gut bekannt und können in dieser gezeigten Ausführungsform verwendet werden. Beispielsweise kann wässrige Fluorwasserstoffsäure (HF) eingesetzt werden.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende des Prozesses 220. Somit ist die Isolationsstruktur 213 bis zu einem spezifizierten Höhenpegel im Verhältnis zu der Oberfläche des aktiven Halbleiterbereichs 212 vertieft, wodurch eine Höhendifferenz gemäß einem spezifizierten Sollwert 222 für diese Fertigungsphase erzeugt wird. Somit ist ein oberer Bereich 212u der Seitenwand 212s während des nachfolgenden Bearbeitens des Bauelements 200 freigelegt. In einer Ausführungsform ist die Höhendifferenz 222 so ausgewählt, dass ein gewünschtes Maß an „Anschmiegung” einer Gatestruktur, die noch über dem aktiven Halbleiterbereich 212 und einem Teil der Isolationsstruktur 213 herzustellen ist, erreicht wird. Beispielsweise kann die Höhendifferenz im Bereich von ungefähr 1 bis 10 Nanometer (nm) für moderne Anwendungen mit Transistorelementen mit einer Gatelänge von 100 nm und deutlich weniger liegen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann, wenn eine Transistorvollsubstratkonfiguration betrachtet wird, die Tiefe der Isolationsstruktur 213 in geeigneter Weise so gewählt werden, dass ein „Verlust” an Tiefe auf Grund des Vertiefens kompensiert wird, indem ein Graben mit einer größeren Tiefe gebildet wird, um damit eine Schwellwertspannung eines parasitären Kanals unter der Isolationsstruktur auf einem gewünschten geringen Wert zu halten.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit einer Gateisolationsschicht 218, die zumindest auf freiliegenden Oberflächenbereichen des aktiven Halbleiterbereichs 212 ausgebildet ist. Beispielsweise wird die Gateisolationsschicht 218 auf der Grundlage moderner Oxidationsverfahren hergestellt, wenn die Gateisolationsschicht 218 im Wesentlichen aus Siliziumdioxid aufgebaut ist. In diesem Falle kann die Isolationsstruktur 213 ihren Höhenpegel im Wesentlichen beibehalten, da im Wesentlichen kein Oxidmaterial darauf gebildet wird, während ein Teil der freiliegenden Oberfläche des aktiven Halbleiterbereichs 212 von dem Oxidationsprozess verbraucht wird. In anderen Ausführungsformen wird die Gateisolationsschicht 218 durch Abscheidung, möglicherweise in Verbindung mit einem oder mehreren Oxidationsprozessen, gebildet, und die Gateisolationsschicht 218, oder zumindest ein Teil davon, kann auch auf der Isolationsstruktur 213 ausgebildet werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Dicke der Gateisolationsschicht 218, wenn diese durch Abscheidung hergestellt wird, berücksichtigt, wenn der Sollwert 222 (siehe 2b) festgelegt wird, um damit eine erforderliche Höhendifferenz nach dem Abscheiden einer Gateisolationsschicht 218 auf der Isolationsstruktur 213 zu erreichen. Beispielsweise können dielektrische Materialien mit großem ε verwendet werden, die die Herstellung der Gateisolationsschicht 218 mit einer erhöhten Dicke im Vergleich zu einer Schicht ermöglicht, die aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid aufgebaut ist.
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2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem in einer anschaulichen Ausführungsform ein Transistor 210 in und über dem aktiven Halbleiterbereich 212 und teilweise über der Isolationsstruktur 213 gebildet ist. In anderen Ausführungsformen kann der Transistor 210 ein anderes Schaltungselement, etwa eine leitende Halbleiterleitung, einen Kondensator, und dergleichen repräsentieren. Wie gezeigt, ist eine Gateelektrode 215, die eine Halbleiterleitung in anderen Ausführungsformen repräsentieren kann, über dem aktiven Halbleiterbereich 212 und teilweise über der Isolationsstruktur 213 gebildet und ist zumindest innerhalb des aktiven Halbleiterbereichs 212 davon durch die Gateisolationsschicht 218 getrennt. Ein Kanalgebiet 211 ist in dem aktiven Halbleiterbereich 212 unter der Gateisolationsschicht 218 angeordnet und trennt entsprechende Bereiche des aktiven Halbleiterbereichs 212, in welchem tiefe Drain- und Sourcegebiete 214 mit entsprechenden Erweiterungsgebieten 214a gebildet werden. Eine Seitenwandabstandshalterstruktur 216 ist an der Seitenwand der Gateelektrode 215 gebildete, wobei die Abstandshalterstruktur 216 eine beliebige Konfiguration aufweisen kann, wie dies durch Prozess- und Bauteilerfordernisse angezeigt ist. Es sollte beachtet werden, dass die Transistorkonfiguration, wie sie durch Bezugnahme auf den Transistor 210 dargelegt ist, eine beliebige Architektur repräsentieren kann, wie sie in modernen Halbleiterbauelementen eingesetzt wird. Beispielsweise kann das Kanalgebiet 211 darin ausgebildet ein verformtes Halbleitermaterial aufweisen, um damit die Ladungsträgerbeweglichkeit und damit das Durchlassstromvermögen zusätzlich zu dem Mechanismus eines vergrößerten Metallsilizidanteils und/oder einer erhöhten effektiven Transistorbreite zu erhöhen, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Zu diesem Zweck kann ein beliebiger verformungsinduzierender Mechanismus in dem Transistor 210 bereitgestellt werden, etwa ein verformtes Halbleitermaterial in den Drain- und Sourcegebieten 214, das beispielsweise in Form von Silizium/Germanium oder Silizium/Kohlenstoff vorgesehen wird, um damit eine Druckverformung bzw. Zugverformung in dem Kanalgebiet 211 hervorzurufen.
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Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement 200 Metallsilizidgebiete 217 in den Drain- und Sourcegebieten 214 und in der Gateelektrode 215. Die Metallsilizidgebiete 217 weisen ein beliebiges geeignetes Metall oder eine Kombination aus Metallen, etwa Kobalt, Nickel, Titan, Platin, Wolfram, und dergleichen auf. Die Metallsilizidgebiete 217, die in den Drain- und Sourcegebieten 214 gebildet sind, besitzen eine Dicke 217t, die entlang der Transistorlängenrichtung, d. h. in 2d die horizontale Richtung, die als L bezeichnet ist, variieren kann, und in einigen anschaulichen Ausführungsformen einen Maximalwert an der Grenzfläche 213a auf Grund des erhöhten Oberflächenbereichs aufweisen kann, der durch den freiliegenden oberen Bereich 212u (siehe 2b) bereitgestellt ist, der für die Silizidbildungsreaktion verfügbar ist. Unabhängig von der zur Herstellung der Metallsilizidgebiete 217 innerhalb der Drain- und Sourcegebiete 214 angewendeten Fertigungstechnik kann ein Zuwachs der Gesamtmenge an Metallsilizid insbesondere in der Nähe der Grenzfläche 213a im Vergleich zu einem konventionellen Bauelement, etwa dem Transistor 110, erhalten werden. Somit kann der gesamte Reihenwiderstand der Drain- und Sourcegebiete 214 im Vergleich zu einem Transistor mit den gleichen Entwurfsabmessungen reduziert werden. Es sollte beachtet werden, dass die Dicke 217t der Metallsilizidgebiete 217 in den Drain- und Sourcegebieten 214 als eine „durchschnittliche” Dicke in dem Sinne zu verstehen ist, dass eine Oberflächenrauhigkeit oder andere Unregelmäßigkeiten der Grenzfläche 217s zwischen dem Metallsilizid und den verbleibenden Drain- und Sourcegebieten 214 berücksichtigt wird oder enthalten ist, indem ein geeigneter Mittelwert für die Oberflächenrauhigkeit verwendet wird.
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Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 200, wie es in 2d gezeigt ist, kann die folgenden Prozesse wie sie in ähnlicher Weise mit Bezug zu 1a beschrieben sind, enthalten, wobei die Herstellungssequenz des Transistors 110 beschrieben ist. Es sollte beachtet werden, dass wenn ein hohes Maß an Kompatibilität mit gut etablierten Techniken erforderlich ist, eine geeignete gut etablierte Sequenz zur Herstellung des Transistors 210 ausgewählt werden kann. Somit kann jede moderne Technik im Hinblick auf das Bilden verformten Halbleitermaterials, moderne Implantations- und/oder in-situ-Dotierverfahren, moderne Aktivierungs- und Rekristallisierungsausheizprozesse, etwa lasergestützte oder blitzlichtgestützte Verfahren, bei Bedarf eingesetzt werden. Jedoch wird in der gezeigten Ausführungsform nach dem Herstellen der Gateisolationsschicht 218 ein Gateelektrodenmaterial, etwa Polysilizium, und dergleichen durch beispielsweise Abscheidung gebildet, wobei das entsprechende Gateelektrodenmaterial auch über der Isolationsstruktur 213 gebildet wird, und kann daher an die Stufe anschmiegen, die durch die unterschiedliche Höhe geschaffen wird (siehe 2b). Somit wird nach dem Strukturieren der Gateelektrode 215 ein Teil der Gateelektrode 215 an einem tieferen Höhenpegel im Vergleich zu dem Teil der Gateelektrode 215 angeordnet, der über dem aktiven Halbleiterbereich 212 ausgebildet ist, wie dies nachfolgend detaillierter in 2e gezeigt ist.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer Querschnittsansicht, wie dies in 2d angegeben ist. Somit wird die Gateelektrode 215 aus der Transistorbreitenrichtung „geschnitten” betrachtet, die als W bezeichnet ist. Wie gezeigt, besitzt die Gateelektrode 215e, 215i einen inneren Bereich 215i, der über dem aktiven Halbleiterbereich 212 angeordnet ist, und besitzt einen äußeren Bereich 215e, der über der Isolationsstruktur 213 ausgebildet und an dem Bereich 212u des aktiven Halbleiterbereichs 212 angeschmiegt ist. Somit liegt der äußere Bereich 215e bei einer geringeren Tiefe und ist somit näher an dem lateralen Ende des Kanalgebiets 211 im Vergleich zu einem konventionellen Bauelement mit einer im Wesentlichen ebenen Konfiguration oder ist sogar an einer höheren Höhe der Seite der Isolationsstruktur 213 angeordnet. Folglich wird beim Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode 215 das resultierende elektrische Feld effizienter in das Kanalgebiet 211 an der Grenzfläche 213a übertragen, wodurch ein effizienter Kanal auch in diesem Bereich des Kanalgebiets 211 ausgebildet wird, während in konventionellen Anordnungen dieser Bereich des Kanalgebiets nicht in effizienter Weise zu dem Gesamtstromfluss beitragen würde. Somit kann ein Zuwachs der wirksamen Kanalbreite erreicht werden.
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In dem zuvor beschriebenen Prozessablauf kann das Ausmaß des Freilegens des Bereichs 212u (siehe 2b) so festgelegt werden, dass ein gewünschter Betrag an Höhendifferenz zwischen dem inneren Bereich 215i und dem äußeren Bereich 215e erreicht wird, wobei auch das Maß an Freilegung des oberen Seitenwandbereichs 212u während des Silizidbildungsprozesses eingestellt wird. In anderen Ausführungsformen wird nach dem Vertiefen der Isolationsstruktur 213 vor dem Herstellen der Gateelektrode 215 ein weiterer Prozess zum Vertiefen der Isolationsstruktur 213 in einer späteren Phase durch einen beliebigen geeigneten Ätzprozess ausgeführt, um damit ein höheres Maß an Silizidzunahme an der Grenzfläche 213a einzustellen, falls dies gewünscht ist. Wenn beispielsweise ein Abstandshalter gebildet wird, z. B. ein Offset-Abstandshalter, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist, kann der entsprechende Ätzprozess so modifiziert werden, dass eine gewünschte weitere Vertiefung der Isolationsstruktur 213 erreicht wird. Um ferner den Einfluss des zusätzlichen Materialabtrags im Hinblick auf andere Komponenten, etwa den Abstandshalter, gering zu halten, können mehrere entsprechende Abtragungsschritte bei geeigneten Prozessen ausgeführt werden, um insgesamt die erforderliche Gesamtvertiefung der Isolationsstruktur 213 ohne einen signifikanten Einfluss auf andere Komponenten zu erhalten.
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Mit Bezug zu den 3a bis 3c werden nunmehr erläuternde Beispiele zusätzlicher Aspekte von weiteren anschaulichen Ausführungsformen beschrieben, in denen ein oder mehrere Schritte zum Vertiefen einer Isolationsstruktur vor der Herstellung einer Gateelektrode ausgeführt werden, wenn die Gateisolationsschichten mit unterschiedlicher Dicke in unterschiedlichen Bauteilgebieten erforderlich sind.
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3a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit einer ersten Isolationsstruktur 313f und einer zweiten Isolationsstruktur 313s, die in einer siliziumenthaltenden Halbleiterschicht 302 ausgebildet sind, die über einem Substrat 301 gebildet ist. Die erste und die zweite Isolationsstruktur 313f, 313s definieren einen ersten und einen zweiten aktiven Halbleiterbereich 312f, 312s. Im Hinblick auf die Eigenschaften der ersten und der zweiten Isolationsstruktur 313f, 313s und der Komponenten 301, 302, 312f, 312s gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 dargelegt sind. Ferner umfasst das Halbleiterbauelement 300 eine erste Teilschicht 318a einer Gateisolationsschicht, die noch herzustellen ist. Beispielsweise kann die Teilschicht 318a Siliziumdioxid mit einer Dicke von einigen Nanometern, abhängig von der weiteren Bearbeitung, aufweisen.
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In einer Ausführungsform wurden die Isolationsstrukturen 313f, 313s in einem ersten Schritt vor dem Herstellen der ersten Teilschicht 318a vertieft, wobei ein weiterer Materialabtrag für eine oder beide Isolationsstrukturen 313f, 313s erwünscht ist. Nach dem optionalen Vertiefen der Isolationsstrukturen 313f, 313s wird die Teilschicht 318a mittels geeigneter Verfahren, etwa Oxidation, gebildet, wenn eine Siliziumdioxidschicht herzustellen ist. Danach wird eine Ätzmaske 330 gebildet, um den ersten aktiven Halbleiterbereich 313f freizulegen, während der zweite aktive Halbleiterbereich 313s bedeckt ist, und es wird ein selektiver Ätzprozess 331 ausgeführt, um den freiliegenden Bereich der Teilschicht 318a zu entfernen oder diesen zumindest teilweise zu entfernen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist der Ätzprozess 331 so gestaltet, dass eine gewünschte Menge an Material der ersten Isolationsstruktur 313f entfernt wird, und, abhängig von der Schaltungsanordnung, auch von der zweiten Isolationsstruktur 313s. Dazu wird die Ätzzeit des Prozesses 331 so gewählt, dass die erwünschte Vertiefung erreicht wird. In anderen Ausführungsformen kann der Ätzprozess, wenn die Dicke der Teilschicht einer Solldicke für die weitere Beareitung entspricht, einen geeigneten Reinigungsprozess zum Entfernen von Oxidresten 321 enthalten, wie dies auch mit Bezug zu dem Bauelement 200 beschrieben ist.
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3b zeigt schematisch das Bauelement 300 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen nach dem Entfernen eines gewünschten Bereichs der Teilschicht in dem ersten aktiven Halbleiterbereich 312f, oder nach dem Verringern der Dicke mittels des Ätzprozesses 331 auf der Grundlage der Maske 330, ein gemeinsamer Reinigungsprozess 320 ausgeführt wird, um Oxidreste in dem ersten aktiven Halbleiterbereich 313f zu entfernen, während auch die Dicke der Teilschicht 318a in dem zweiten Halbleiterbereich 312s auf einen gewünschten Sollwert verringert und weiter Material von der ersten und der zweiten Isolationsstruktur 313f, 313s entfernt wird. Somit kann durch Ausführen einer oder mehreren der oben beschriebenen Sequenzen ein hohes Maß an Flexibilität zum Erzeugen einer vertieften Isolationsstruktur erreicht werden, wobei das Ausmaß an Vertiefung unterschiedlich für unterschiedliche Isolationsstrukturen ausgewählt werden kann, ohne dass merklich zur Prozesskomplexität beigetragen wird. Beispielswiese kann die Vertiefung 322s in der zweiten Isolationsstruktur 313s geringer sein als die Vertiefung 322f in der ersten Isolationsstruktur 313f.
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3c zeigt schematisch das Bauelement 300 mit einer zweiten Teilschicht 318b, die durch einen weiteren Oxidationsprozess oder einem anderen Prozess zur Herstellung einer Gateisolationsschicht gebildet sein kann. Ferner weist nun die Teilschicht 318a die schließlich gewünschte Solldicke auf, wie dies für die Herstellung entsprechender Transistorelemente darauf erforderlich ist. Somit kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, wie dies auch mit Bezug zu den Bauelementen 100 und 200 beschrieben ist, wobei die gleichen Vorteile im Hinblick auf das Verbessern der Transistorleistungsfähigkeit erreicht werden kann, wie dies zuvor beschrieben ist, wobei die entsprechenden Eigenschaften für die Transistoren mit unterschiedlich dicken Gateisolationsschichten 318a, 318b eingestellt werden können.
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Mit Bezug zu den 4a und 4b werden nunmehr erläuternde Beispiele zusätzlicher Aspekte von weiteren anschaulichen Ausführungsformen beschrieben, in denen ein oder mehrere Schritte zum Vertiefen der Isolationsstruktur nach der Herstellung einer Gateelektrode ausgeführt werden.
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4a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 400 mit einer Isolationsstruktur 413, die in einer siliziumenthaltenden Halbleiterschicht 402 gebildet ist, die über einem Substrat 401 angeordnet ist. Die Isolationsstruktur 413 definiert einen aktiven Halbleiterbereich 412 in der Halbleiterschicht 402. Eine Gateelektrode 415 ist über dem aktiven Halbleiterbereich 412 und zumindest teilweise in der Transistorbreitenrichtung über der Isolationsstruktur 413 ausgebildet, wobei die Gateelektrode 415 zumindest über dem aktiven Halbleiterbereich 412 durch eine Gateisolationsschicht 418 getrennt ist. Im Hinblick auf die Eigenschaften der Isolationsstruktur 413 und der Komponenten 401, 402, 412, 415, 418, gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 dargestellt sind. Ferner weist das Halbleiterbauelement 400 eine Abstandsschicht 440, die aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut ist, wobei in einer Ausführungsform die Schicht 440 aus einem Material mit einer vergleichbaren Ätzrate in Bezug auf einen anisotropen Ätzprozess 441 im Vergleich zu dem Material der Isolationsstruktur 413 hergestellt ist. Beispielsweise kann die Abstandsschicht 440 durch eine beliebige geeignete Abscheidetechnik gebildet werden und kann aus Siliziumoxid aufgebaut werden, wenn die Isolationsstruktur ebenso aus Siliziumoxid aufgebaut ist. Im Allgemeinen kann in dieser anschaulichen Ausführungsform das Material der Schicht 440 und der Isolationsstruktur 413 ähnliche Ätzeigenschaften aufweisen, oder zumindest das Material der Isolationsstruktur kann mit hoher Selektivität im Vergleich zu dem Material des Bereichs 412 geätzt werden. Während des anisotropen Ätzprozesses 441 wird Material der Abstandsschicht 440, das über horizontalen Oberflächenbereichen angeordnet ist, entfernt, wobei eine gewünschte Nachätzzeit vorgesehen wird, um auch die Isolationsstruktur in einem gewünschten Maße zu vertiefen. In diesem Falle kann die anfängliche Dicke der Abstandsschicht 440 so gewählt werden, dass eine gewisse Verringerung der Dicke vertikaler Schichtbereiche, die an Seitenwänden der Gateelektrode 415 angeordnet sind, kompensiert wird, da eine gewisse isotrope Ätzkomponente während des Prozesses 441 vorhanden sein kann. Da der Ätzprozess 441 in konventionellen Prozesssequenzen zur Herstellung von Offsetabstandshaltern eingesetzt werden kann, kann die entsprechende zusätzliche Abscheidezeit zur Herstellung der Schicht 440 effizient auf der Grundlage gut etablierter Rezepte bestimmt werden.
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4b zeigt schematisch das Bauelement 400 nach dem Ende des Ätzprozesses 441. Somit ist ein entsprechendes Abstandshalterelement 440a an den Seitenwänden der Gateelektrode 415 ausgebildet, wobei ein Maß an Vertiefung in der Isolationsstruktur 413, das als 422 angegeben ist, im Wesentlichen auch an der Gateelektrode 415 für die Abstandshalter 440a auf Grund der zusätzlichen Nachätzzeit auftritt. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann der Materialabtrag während des Ätzprozesses 441 einen Schritt aus zwei oder mehreren Prozessschritten zum Vertiefen der Isolationsstruktur 413 repräsentieren, so dass das Maß an Vertiefung 422 in der Isolationsstruktur die Summe aller zuvor ausgeführten Vertiefungsschritte einschließlich des Ätzprozesses 441 repräsentieren kann, was dann zu einem deutlich geringeren Materialabtrag und damit einer reduzierten Vertiefung des Abstandshalters 440a führen kann. Auf diese Weise kann das Gesamtausmaß an Vertiefung in mehrere weniger intensive Schritte „aufgeteilt”, wobei der Einfluss jedes Schrittes auf andere Bauteilkomponenten, etwa dem Abstandshalter 440a, weniger ausgeprägt ist. Wenn beispielsweise ein gewisses Maß an Vertiefung vor der Herstellung der Gateelektrode 415 zum Erreichen einer größeren effektiven Kanalbreite erforderlich ist, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 beschrieben ist, können ein oder mehrere der obigen Prozesssequenzen ausgeführt worden sein und das Vertiefen durch den Prozess 441 kann zu einer zusätzlichen moderaten Zunahme der Höhendifferenz führen.
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Die weitere Bearbeitung kann dann in ähnlicher Weise fortgesetzt werden, wie dies zuvor beschrieben ist, wobei im Gegensatz zu konventionellen Prozessabläufen in einigen Ausführungsformen weitere Schritte für die weitere Vertiefung der Isolationsstruktur 413 vor dem Bilden entsprechender Metallsilizidgebiete ausgeführt werden können.
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Mit Bezug zu den 5a bis 5d werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in denen ein Teil einer Isolationsstruktur benachbart zu dem aktiven Halbleiterbereich vertieft wird.
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5a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 500 mit einer Isolationsstruktur 513 in Form einer Grabenisolation, die in einer siliziumenthaltenden Halbleiterschicht 502 ausgebildet ist, die über einem Substrat 501 angeordnet ist. Die Isolationsstruktur 513 definiert einen aktiven Halbleiterbereich 512 innerhalb der Halbleiterschicht 502. In dieser Fertigungsphase weist die Isolationsstruktur 513 einen Graben 552 auf, in welchem ein Abstandshalter 551 ausgebildet ist, der beispielsweise aus einem beliebigen geeigneten Material mit einer hohen Ätzselektivität in Bezug auf das Material der aktiven Halbleiterschicht 512 und in Bezug auf ein weiteres Material, das in den Graben 552 einzufüllen ist, aufweist. Beispielsweise kann der Abstandshalter 551 aus Siliziumnitrid aufgebaut sein. In einer anschaulichen Ausführungsform wird eine Beschichtung 550, beispielsweise aus Siliziumdioxid, an Oberflächen des Grabens 552 und des aktiven Halbleiterbereichs 512 vorgesehen.
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Das Bauelement 500, wie es in 5a gezeigt ist, kann durch die folgenden Prozesse hergestellt werden. Der Graben 552 wird auf der Grundlage gut etablierter Lithographie- und Ätzverfahren hergestellt, woran sich das Herstellen der optionalen Beschichtung 550 anschließt, was durch Oxidation und/oder Abscheidung erreicht werden kann. Danach wird eine Abstandsschicht abgeschieden und wird so geätzt, um den Abstandshalter 551 zu erhalten, wobei die optionale Beschichtung 550 für ein hohes Maß an Integrität der Oberfläche des aktiven Halbleiterbereichs 512 sorgen kann.
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5b zeigt schematisch das Bauelement 500, wenn ein Füllmaterial 553, etwa Siliziumdioxid in den Graben eingefüllt ist, was durch geeignete Abscheideverfahren, etwa CVD (chemische Dampfabscheidung) unter Anwendung gut etablierter Prozessparameter bewerkstelligt werden kann. Danach wird überschüssiges Material durch beispielsweise CMP (chemisch-mechanisches Polieren) entfernt.
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5c zeigt schematisch das Bauelement 500, wenn es einem selektiven Ätzprozess 520 zum selektiven Vertiefen des Abstandshalters 551 unterliegt. Beispielsweise wird der Prozess 520 als ein nasschemischer Ätzprozess beispielsweise auf der Grundlage heißer Phosphorsäure ausgeführt, wenn der Abstandshalter 551 aus Siliziumnitrid aufgebaut ist. Somit kann ein gewünschtes Maß an Vertiefung 522 in der Nähe des aktiven Halbleiterbereichs 512 erreicht werden, während ein zentraler Bereich der Isolationsstruktur 513, d. h. das Material 553, im Wesentlichen seine ursprüngliche Höhe und damit die anfängliche isolierende Wirkung beibehält. In einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess 520 einen weiteren Schritt, um im Wesentlichen einen oberen Bereich 512u des Halbleiterbereichs 512 freizulegen, wenn die Beschichtung 550 vorgesehen ist, während in anderen Ausführungsformen der obere Bereich 512u in einem nachfolgenden Reinigungsprozess freigelegt wird, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Prozess 220 beschrieben ist.
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5d zeigt schematisch das Bauelement 500, wenn der obere Bereich 512u vollständig freigelegt ist und die Oberfläche des aktiven Halbleiterbereichs 512 für die Aufnahme einer Gateisolationsschicht mit gleichförmiger oder unterschiedlicher Dicke, abhängig von den Bauteilerfordernissen, vorbereitet wird.
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Somit kann durch ledigliches Vertiefen der lateralen Bereiche der Isolationsstruktur 513 die Gesamteffizienz der Isolationsstruktur im Wesentlichen beibehalten werden, während die Vorteile eines größeren Metallsilizids und/oder einer größeren effektiven Kanalbreite erreicht werden.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik zum Vergrößern des Transistordurchlassstromvermögens bereit, indem der Reihenwiderstand im Vergleich zu konventionellen Bauelementen mit dem gleichen Entwurf verringert wird, indem der Silizidbildungsprozess durch Freilegen eines oberen Bereichs der Seitenwand eines aktiven Halbleiterbereichs, der durch die Isolationsstruktur definiert ist, freigelegt wird. Somit steht ein größerer Oberflächenbereich während der chemischen Reaktion zwischen dem Metall und dem Silizium, das in den aktiven Halbleiterbereichen enthalten ist, zur Verfügung. Das Freilegen des oberen Seitenwandbereichs kann bewerkstelligt werden, indem die Isolationsstruktur während einer beliebigen Fertigungsphase vor dem Bilden des Metallsilizids vertieft wird, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein oder mehrere Ätz- oder Reinigungsprozesse, die zur Herstellung anderer Komponenten, etwa einer Gateelektrode, eines Offsetabstandshalters, und dergleichen, ausgeführt werden, in geeigneter Weise angepasst werden, um das gewünschte Maß an Vertiefung zu erreichen. In einigen Fällen wird die Vertiefung durch mehrere einzelne Schritte während unterschiedlicher Fertigungsphasen erreicht, wodurch das Maß an Prozessmodifizierung standardmäßiger Prozesse auf einem geringen Niveau gehalten wird. Ferner wird erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ zum Modifizieren der standardmäßigen Prozessschritte spezielle Ätzprozesse ausgeführt, um die Isolationsstruktur während einer geeigneten Phase zu vertiefen. In einigen Ausführungsformen wird die Vertiefung zumindest teilweise vor dem Herstellen der Gateelektrode des Transistors durchgeführt, wodurch eine erhöhte Kanalsteuerbarkeit an der Grenzfläche zwischen der Isolationsstruktur und dem Kanalgebiet erreicht wird, was zu einer Vergrößerung der wirksamen Kanalbreite führen kann. Somit kann für ansonsten identische Entwurfsabmessungen, etwa die Isolationsgrabenbreite, die Transistorbreite, und dergleichen, ein deutlicher Zuwachs in der Leistungsfähigkeit erreicht werden.
