DE102006046381B4 - Verfahren zur Verringerung der "Lackvergiftung" während der Strukturierung verspannter stickstoffenthaltender Schichten in einem Halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur Verringerung der "Lackvergiftung" während der Strukturierung verspannter stickstoffenthaltender Schichten in einem Halbleiterbauelement Download PDF

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Abstract

Verfahren mit:
Bilden einer ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) über einem ersten Transistor (110b, 210b) und einem zweiten Transistor (110a, 210a), wobei die erste verspannungsinduzierende Schicht (123, 223) Silizium und Stickstoff aufweist;
Bilden einer Siliziumschicht (124, 224) auf der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223);
Bilden einer ersten Lackmaske (132, 230) über der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223), um den ersten Transistor (110b, 210b) abzudecken, wobei die erste Lackmaske (132, 230) einen Bereich, der den Bereich über dem zweiten Transistor (110a, 210a) umfasst, der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) freilässt; und
Entfernen des freiliegenden Bereichs der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) über dem zweiten Transistor (110a, 210a).

Description

  • Gebiet der vorliegenden Erfindung
  • Im Allgemeinen betrifft die die vorliegende Erfindung das Gebiet integrierter Schaltungen und betrifft daher die Herstellung von Feldeffekttransistoren auf der Grundlage stickstoffenthaltender dielektrischer Schichten, etwa verspannter Kontaktätzstoppschichten, die zum Erzeugen einer Verformung in Kanalgebieten der Transistoren verwendet werden.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Integrierte Schaltungen enthalten typischerweise eine große Anzahl an Schaltungselementen, die auf einer vorgegebenen Chipfläche gemäß einer spezifizierten Schaltungsanordnung angeordnet sind, wobei in komplexen Schaltungen der Feldeffekttransistor ein wesentliches Schaltungselement repräsentiert. Im Allgemeinen werden mehrere Prozesstechnologien aktuell eingesetzt, wobei für komplexe Schaltungen auf der Grundlage von Feldeffekttransistoren, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips, und dergleichen, die CMOS-Technologie eine der vielversprechendsten Lösungen auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz ist. Während der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung der CMOS-Technologie werden Millionen komplementärer Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren auf einem Substrat hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die durch eine Grenzfläche stark dotierter Drain- und Sourcegebiete mit einem invers oder schwach dotierten Kanalgebiet gebildet werden, das zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. das Durchlassstromvermögen des leitenden Kanals, wird durch eine Gateelektrode gesteuert, die über dem Kanalgebiet ausgebildet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim Ausbilden eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger und – für eine gegebene Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Somit bestimmt in Verbindung mit der Fähigkeit, rasch einen leitenden Kanal unter der isolierenden Schicht beim Anliegen der Steuerspannung an der Gateelektrode aufzubauen, die Leitfähigkeit des Kanalgebiets im Wesentlichen das Leistungsverhalten der MOS-Transistoren. Damit wird die Verringerung der Kanallänge und damit verknüpft die Verringerung des Kanalwiderstands zu einem wesentlichen Entwurfskriterium, um einen Anstieg der Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungen zu erreichen.
  • Die Reduzierung der Transistorabmessungen beinhaltet jedoch eine Reihe damit verknüpfter Probleme, die es zu lösen gilt, um nicht durch das stetige Verringern der Kanallänge von MOS-Transistoren gewonnene Vorteile aufzuheben. Ein Problem in dieser Hinsicht ist die Entwicklung verbesserter Photolithographie- und Ätzverfahren, um zuverlässig und reproduzierbar Schaltungselemente mit kritischen Abmessungen, etwa die Gatelänge der Transistoren für eine neue Bauteilgeneration zu schaffen. Ferner sind äußerst anspruchsvolle Dotierstoffprofile in vertikaler Richtung sowie in lateraler Richtung in den Drain- und Sourcegebieten erforderlich, um damit den geringen Schichtwiderstand und den geringen Kontaktwiderstand in Verbindung mit einer gewünschten Kanalsteuerbarkeit bereitzustellen. Ein weiteres mit reduzierten Gatelängen verknüpftes Problem ist das Auftreten sogenannter Kurzkanaleffekte, die zu einer reduzierten Steuerbarkeit der Kanalleitfähigkeit führen. Kurzkanaleffekten kann entgegengewirkt werden, indem in geeigneter Weise die kapazitive Kopplung der Gateelektrode an das Kanalgebiet angepasst wird, indem beispielsweise die Dicke der Gateisolationsschicht verringert wird, indem verbesserte Dotierstoffprofile in dem Kanalgebiet und in den benachbarten Drain- und Sourcebereichen erzeugt werden, und dergleichen. Jedoch können einige dieser Maßnahmen, etwa das Erhöhen der Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet oder das Vorsehen von Dielektrika mit großem ε in der Gateisolationsschicht, von einer Verringerung der Kanalleitfähigkeit begleitet sein, wodurch teilweise die Vorteile aufgehoben werden, die durch die Verringerung der kritischen Abmessungen erreicht werden.
  • Angesichts dieser Situation wurde vorgeschlagen, das Bauteilverhalten der Transistorelemente nicht nur durch Reduzieren der Transistorabmessungen, sondern auch durch Erhöhen der Ladungsträgerbeweglichkeit in dem Kanalgebiet für eine vorgegebene Kanallänge zu verbessern, wodurch das Durchlassstromvermögen und damit das Transistorleistungs verhalten verbessert werden. Im Prinzip können mindestens zwei Mechanismen in Kombination oder separat eingesetzt werden, um die Beweglichkeit der Ladungsträger in dem Kanalgebiet zu erhöhen. Erstens, die Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet kann reduziert werden, wodurch Streuereignisse für die Ladungsträger verringert werden und damit die Leitfähigkeit erhöht wird. Jedoch beeinflusst das Verringern der Dotierstoffkonzentration im Kanalgebiet die Schwellwertspannung des Transistorbauelements deutlich, während die reduzierte Kanallänge sogar erhöhte Dotierstoffkonzentrationen erfordern kann, um damit Kurzkanaleffekte zu beherrschen, wodurch eine Verringerung der Dotierstoffkonzentration eine wenig attraktive Lösung ist, sofern nicht andere Mechanismen entwickelt werden, um eine gewünschte Schwellwerstspannung einzustellen. Zweitens, die Gitterstruktur in dem Kanalgebiet kann modifiziert werden, indem beispielsweise eine Zugverformung oder eine Druckverformung darin erzeugt wird, was zu einer modifizierten Beweglichkeit für Elektronen bzw. Löcher führt. Beispielsweise kann das Erzeugen einer Zugverformung in dem Kanalgebiet einer Siliziumschicht mit einer standardmäßigen Kristallorientierung die Beweglichkeit von Elektronen erhöhen, was sich wiederum direkt in einer entsprechenden Zunahme der Leitfähigkeit von n-Transistoren ausdrückt, Andererseits kann eine Druckverformung in dem Kanalgebiet die Beweglichkeit von Löchern erhöhen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, das Leistungsverhalten von p-Transistoren zu verbessern.
  • Ein vielversprechender Ansatz in dieser Hinsicht ist eine Technik, die das Erzeugen gewünschter Verspannungsbedingungen innerhalb des Kanalgebiets unterschiedlicher Transistorelemente ermöglicht, indem die Verspannungseigenschaften einer Kontaktätzstoppschicht eingestellt werden, die über der grundlegenden Transistorstruktur gebildet wird, um damit Kontaktöffnungen zu den Gate-, Drain- und Sourceanschlüssen in einem Zwischenschichtdielektrikumsmaterial zu bilden. Die effiziente Steuerung mechanischer Verspannung in dem Kanalgebiet, d. h. eine effektive Verspannungstechnologie, kann erreicht werden, indem individuell die innere Verspannung in der Kontaktätzstoppschicht des entsprechenden Transistors eingestellt wird, um damit eine Kontaktätzstoppschicht mit einer inneren Druckverspannung über einem p-Kanaltransistor anzuordnen, während eine Kontaktätzstoppschicht mit einer inneren Zugverspannung über einem n-Kanaltransistor angeordnet wird, wodurch entsprechend eine Druckverformung bzw. eine Zugverformung in dem entsprechenden Kanalgebieten erzeugt wird.
  • Typischerweise wird die Kontaktätzstoppschicht durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheideprozesse (PECVD) über dem Transistor gebildet, d. h. über der Gatestruktur und den Drain- und Sourcegebieten, wobei beispielsweise Siliziumnitrid auf Grund seiner hohen Ätzselektivität in Bezug auf Siliziumdioxid verwendet wird, das ein gut etabliertes Zwischenschichtdielektrikumsmaterial ist. Ferner kann PECVD-Siliziumnitrid mit hoher innerer Verspannung, beispielsweise 2 Gigapascal (GPa) und deutlich höher für kompressive Verspannung und bis zu einem 1 GPa und deutlich höher für Zugverspannung abgeschieden werden, wobei die Art und die Größe der inneren Verspannung effizient durch Auswählen geeigneter Abscheideparameter eingestellt werden können. Beispielsweise repräsentieren der Ionenbeschuss, der Abscheidedruck, die Substrattemperatur, Gaskomponenten, und dergleichen entsprechende Parameter, die zum Erreichen der gewünschten inneren Verspannung verwendet werden können.
  • In einer typischen Prozesssequenz wird eine Kontaktätzstoppschicht mit Zugspannung über den Transistoren hergestellt, nachdem entsprechende Metallsilizidgebiete ausgebildet wird. Um die Silizidgebiete während des weiteren Strukturierungsprozesses zu schützen, wird eine Siliziumdioxidschicht bereitgestellt, bevor die Kontaktätzstoppschicht mit Zugverspannung abgeschieden wird. Anschließend wird eine dünne Ätzindikatorschicht, die aus Siliziumdioxid aufgebaut ist, auf der Siliziumnitridschicht mit Zugverspannung gebildet, die zum Steuern eines Ätzprozesses verwendet wird, um selektiv die Siliziumnitridschicht mit kompressiver Verspannung von der Siliziumnitridschicht mit Zugverspannung über dem n-Kanaltransistor in einer späteren Fertigungsphase zu entfernen. Danach wird die verspannte Ätzstoppschicht mit der Zugverspannung von dem p-Kanaltransistor entfernt, indem eine Lackmaske vorgesehen und der freiliegende Bereich der Siliziumnitridschicht mit Zugverspannung geätzt wird, wobei die Siliziumdioxidstoppschicht als ein Ätzstopp verwendet wird. Anschließend wird die kompressive Siliziumnitridschicht abgeschieden, die nachfolgend von dem n-Kanaltransistor auf der Grundlage einer entsprechenden Lackmaske und der zuvor ausgebildeten Ätzindikatorschicht entfernt wird. Anschließend wird Siliziumdioxid auf den verspannten Siliziumnitridschichten hergestellt, um als ein Zwischenschichtdielektrikumsmaterial zu dienen, das dann strukturiert wird, um entsprechende Kontaktlöcher für den Anschluss an entsprechende Transistorbereiche zu erhalten. In diesem Strukturierungsprozess wird ein erster Ätzschritt ausgeführt, um durch das Siliziumdioxid zu ätzen, während die verspannten Siliziumnitridschichten als Ätzstoppschichten verwendet werden. In einem weiteren Ätzprozess wird die Kontaktöffnung durch die Siliziumnitridschichten be trieben, um schließlich auf entsprechenden Metallsilizidgebieten der Transistoren zu münden. Anschließend wird ein leitendes Material, etwa Wolfram, in die Kontaktöffnungen eingefüllt, um entsprechende Kontaktpfropfen zu bilden.
  • Es zeigt sich jedoch, dass ein deutlicher Ausbeuteverlust nach der zuvor beschriebenen Prozesssequenz auf Grund von Fehlern in den Kontaktpfropfen beobachtet werden kann. Es wird angenommen, dass eine wesentliche Quelle dieser Fehler Unregelmäßigkeiten des Lithographieprozesses sind, der während des Strukturierens der entsprechenden verspannten Siliziumnitridschichten ausgeführt wird. Ohne die vorliegende Erfindung auf die folgende Erläuterung einschränken zu wollen, so wird dennoch angenommen, dass Lackreste nach dem Lithographieprozess zur Herstellung einer Maske, um die kompressive Siliziumnitridschicht von dem n-Kanaltransistor zu entfernen, zurückbleiben. Während des Lithographieprozesses wird Strahlung in dem Lackmaterial an Positionen eingekoppelt, die durch das entsprechende Retikel definiert sind. Die Strahlungsenergie bewirkt die lokale Erzeugung eines Säurezustands, wobei die Säure eine chemische Reaktion in dem Lackmaterial katalysieren kann, wodurch die Löslichkeit des Lackmaterials geändert wird. Die Bereiche mit erhöhter Löslichkeit werden dann von dem Entwicklermaterial entfernt. Für Lackmaterialien mit hoher Photoempfindlichkeit bei kurzen Wellenlängen, wie sie typischerweise in modernen Anwendungen eingesetzt werden, kann Stickstoff deutlich die Photosäuregeneratorfunktion des Lackmaterials ändern, wodurch teilweise ein Entfernen von freiliegenden Lackbereichen während des Entwicklungsprozesses blockiert wird, was auch als Lackvergiftung bezeichnet wird. Die entsprechenden nicht entfernten Anteile können dann in negativer Weise den nachfolgenden Ätzprozess beeinflussen, wodurch zusätzliches Siliziumnitridmaterial zurückbleibt. Wenn ein entsprechender nicht entfernter Lackbereich an einer Position ausgebildet war, an der eine Kontaktöffnung durch das Siliziumnitridmaterial hindurch zu bilden ist, das damit eine erhöhte Dicke aufweist, kann der Ätzprozess unter Umständen nicht vollständig durch den Bereich mit erhöhter Dicke ätzen, woraus sich schließlich ein Kontaktfehler ergibt.
  • Insbesondere der Abscheideprozess zur Herstellung des stark kompressiv verspannten Siliziumnitrids erfordert den Einbau großer Mengen an Stickstoff in das Schichtmaterial, das daher zu einer hohen Wahrscheinlichkeit für eine Lackvergiftung führen kann.
  • Die Patentanmeldung US 2004/0104405 A1 offenbart verspannungsinduzierende Schichten, die eine darauf abgeschiedene Siliziumdioxid-Ätzstoppschicht aufweisen, auf der wiederum eine Lackmaske aufgebracht wird.
  • Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 024 886 A1 offenbart das Aufbringen einer stickstofffreien dielektrischen Antireflektionsschicht, die durch eine nicht stöchiometrische Silanoxidschicht SixOy ausgebildet wird.
  • Die Patentschrift US 6 586 339 B1 offenbart eine Siliziumschicht, die auf einer ARC-Schicht abgeschieden wird, um eine Lackvergiftung in einem Gateelektrodenstrukturierungsprozess zu vermeiden. Eine Siliziumschicht wird eingesetzt, da diese nach dem Strukturierungsprozess wieder zu entfernen ist und, aufgrund der unterschiedlichen Ätzselektivität zu dem freigelegten Gateoxid, diese entfernt werden kann ohne das Gateoxid zu sehr zu beeinträchtigen.
  • Angesichts der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte Technik, um Kontaktätzstoppschichten mit unterschiedlicher Verspannung zu strukturieren, wobei die zuvor erkannten Probleme vermeiden oder zumindest reduziert werden.
  • Lösungen sind mit den Patentansprüchen 1, 10 und 16 gegeben.
  • Überblick über die Erfindung
  • Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik zur Herstellung verspannter dielektrischer Materialien mit einer unterschiedlichen Art innerer Verspannung über unterschiedlichen Bauteilgebieten, etwa Transistorelementen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit, wobei eine deutlich reduzierte Wahrscheinlichkeit zum Erzeugen von Kontaktfehlern erreicht wird, indem eine effiziente diffusionsblockierende Schicht zumindest über der Schicht vorgesehen wird, die einen moderat hohen Stickstoffanteil aufweist.
  • In einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist die diffusionsblockierende Schicht aus einem oxidierbaren Material aufgebaut, das in einer späteren Fertigungsphase oxidiert werden kann, wodurch die Gesamtverspannungskomponente in der entsprechenden Siliziumnitridschicht weiter erhöht werden kann.
  • Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer ersten verspannungsinduzierenden Schicht über einem ersten Transistor und einem zweiten Transistor, wobei die erste verspannungsinduzierende Schicht Silizium und Stickstoff aufweist. Ferner wird eine Siliziumschicht auf der ersten verspannungsinduzierenden Schicht hergestellt, und eine erste Lackmaske wird über der ersten verspannungsinduzierenden Schicht gebildet, so dass der erste Transistor abgedeckt und der zweite Transistor freigelegt wird. Ferner wird ein freiliegender Bereich der ersten verspannungsinduzierenden Schicht von dem zweiten Transistor entfernt.
  • Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht über einem ersten Bauteilbereich und einem zweiten Bauteilbereich eines Halbleiterbauelements. Als nächstes wird eine erste Lackmaske über der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht gebildet, wobei die erste Lackmaske die erste siliziumnitridenthaltende Materialschicht, die über dem ersten Bauteilbereich angeordnet ist, und die erste siliziumnitridenthaltende Materialschicht, die über dem zweiten Bauteilbereich angeordnet ist, frei lässt. Des weiteren wird die erste siliziumnitridenthaltende Materialschicht über dem zweiten Bauteilbereich auf der Grundlage der ersten Lackmaske entfernt. Als nächstes wird eine zweite siliziumnitridenthaltende Materialschicht über dem ersten und dem zweiten Bauteilbereich gebildet und es wird eine im Wesentlichen stickstofffreie oxidierbare Materialschicht als eine Deckschicht auf der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht gebildet. Ferner wird die zweite siliziumnitridenthaltende Materialschicht über dem ersten Bauteilbereich auf der Grundlage einer zweiten Lackmaske entfernt. Ferner wird die oxidierbare Materialschicht oxidiert.
  • Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht über einem ersten Bauteilbereich und einem zweiten Bauteilbereich eines Halbleiterbauelements. Anschließend wird eine im Wesentlichen stickstofffreie oxidierbare Materialschicht auf der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht gebildet. Danach wird eine erste Lackmaske über der Materialschicht gebildet, wobei die erste Lackmaske die Materialschicht bedeckt, die über dem ersten Bauteilbereich gebildet ist und die Materialschicht, die über dem zweiten Bauteilbereich liegt, freilässt. Des weiteren werden die erste siliziumnitridenthaltende Materialschicht und die Materialschicht über dem zweiten Bauteilbereich auf der Grundlage der ersten Lackmaske entfernt. Als nächstes wird eine zweite siliziumnitridenthaltende Materialschicht über dem ersten und dem zweiten Bauteilbereich gebildet, und diese Schicht wird selektiv von dem ersten Bauteilbereich auf der Grundlage einer zweiten Lackmaske entfernt. Ferner wird die oxidierbare Materialschicht oxidiert.
  • 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 die diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
  • 1a bis 1g schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung verspannter dielektrischer Schichten über entsprechenden Transistorelementen auf der Grundlage einer Deckschicht zeigen, die aus einem oxidierbaren Material gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet ist; und
  • 2a bis 2d schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsstadien beim Bilden stark verspannter dielektrischer Materialschichten über unterschiedlichen Transistorbauelementen gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zur Bereitstellung unterschiedlich verspannter stickstoffenthaltender dielektrischer Schicht über entsprechenden Bauteilbereichen, etwa Transistorbauelementen unterschiedlicher Leitfähigkeitsart, wobei ein deutlich geringere Wahrscheinlichkeit für das Erzeugen entsprechender Kontaktfehler während der Herstellung Kontaktpfropfen besteht. Wie zuvor erläutert ist, wurde erkannt, dass insbesondere der hohe Stickstoffanteil in Siliziumnitridschichten mit hoher kompressiver bzw. Druckverspannung zu einer entsprechenden Lackvergiftung des Strukturierens der verspannten Oberschichten führen kann, wodurch das Risiko eines Ausbeuteverlustes auf Grund nicht vollständig ausgebildeter Kontaktöffnungen erhöht wird, wie dies zuvor beschrieben ist. Um die Wahrscheinlichkeit für die Lackvergiftung deutlich zu reduzieren, wird zumindest während des Strukturierens der entsprechenden Siliziumnitridschichten mit hoher kompressiver Verspannung eine geeignete Deckschicht vorgesehen, die in ausreichende Weise die Stickstoffdiffusion reduziert, wobei dennoch ein effizienter Prozessablauf bereitgestellt wird, ohne die weiteren Bauteileigenschaften negativ zu beeinflussen. Dazu wird ein oxidierbares Material verwendet, das auf der Grundlage gut etablierter Verfahren hergestellt wird, die ein hohes Maß an Kompatibilität mit den entsprechenden Abscheideverfahren aufweisen, um Siliziumnitridschichten herzustellen, wobei dennoch für die erforderlichen diffusionsblockierenden Eigenschaften gesorgt wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die entsprechende Deckschicht für eine weitere Verbesserung der Effi zienz der entsprechenden verspannten Siliziumnitridschicht eingesetzt werden, indem in geeigneter Weise die Eigenschaften der Deckschicht modifiziert werden, um eine hohe kompressive Verspannung bereitzustellen. In einer anschaulichen Ausführungsform wird Siliziummaterial als Material für eine effiziente Deckschicht verwendet, das ein hohes Maß an Kompatibilität mit den vorhergehenden Prozesstechniken zeigt und das vor oder nach dem Bilden einer entsprechenden Lackmaske in einer oxidierenden Umgebung behandelt werden kann, um das Siliziummaterial in effizienter Weise in ein stark kompressives Siliziumdioxidmaterial umzuwandeln, wodurch die Gesamtverspannungseigenschaften der darunter liegenden Siliziumnitridschicht weiter verbessert werden. Somit kann die Produktionsausbeute deutlich erhöht werden, während das Leistungsverhalten zumindest einer Art an Transistoren verbessert werden kann.
  • Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nunmehr detaillierter beschrieben.
  • 1a zeigt schematisch ein Halbleiterbauelement 100 mit einem Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial repräsentieren kann, das darauf ausgebildet eine Halbleiterschicht 102 aufweist, die ein siliziumbasiertes Material repräsentieren kann, d. h. ein Halbleitermaterial mit einem deutlichen Anteil an Siliziumatomen, wobei andere Komponenten, etwa Germanium, Kohlenstoff, Dotierstoffsorten, wie sie zum Einstellen der Leitfähigkeit der Schicht 102 in äußert lokaler Weise erforderlich sind, und dergleichen ebenso vorgesehen sein können. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Halbleiterschicht 102 auf einem im Wesentlichen kristallinen Halbleitervollsubstrat gebildet, wodurch eine „Vollsubstrat"-Konfiguration gebildet wird, während in anderen anschaulichen Ausführungsformen, wie in 1a gezeigt ist, das Substrat 101 und die Halbleiterschicht 102 eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration definieren, in der eine vergrabene isolierende Schicht 103 das Substrat 101 zu der Halbleiterschicht 102 isoliert. Es sollte beachtet werden, dass das Halbleiterbauelement 100 eine beliebige geeignete Architektur aufweisen kann, etwa eine Mischung aus SOI-Gebieten und Vollsubstratgebieten, und dergleichen, wobei auch die kristallographischen Eigenschaften der Halbleiterschicht 102 lokal abhängig von den Bauteilerfordernissen variieren können. Ferner werden entsprechende Isolationsstrukturen 104, etwa Flachgrabenisolationen, vorgesehen, wobei in der 1a gezeigten Ausführungsform die Isolationsstruktur 104 einen ersten Bauteilbereich 110a und einen zweiten Bauteilbereich 110b definiert, die benachbarte Bauteilgebiete mit einer definierten Größe und Form repräsentieren können, die durch die entsprechende Isolationsstruktur 104 definiert sind. In anderen Fällen können der erste und der zweite Bauteilbereich 110a, 110b Bauteilgebiete an sehr unterschiedlichen Positionen innerhalb des Substrats 101 repräsentieren, wobei die Isolationsstruktur 104 einen beliebigen dazwischenliegenden Bauteilbereich repräsentieren kann, der zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 110a, 110b liegt. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentiert der erste Bauteilbereich 110a ein erstes Transistorelement, das der Einfachheit halber auch als Transistor 110a mit einer speziellen Leitfähigkeitsart bezeichnet ist, während der zweite Bauteilbereich 110b einen Transistor repräsentiert, der auch als Transistor 110b bezeichnet ist, und der eine zweite unterschiedliche Leitfähigkeitsart aufweist. Wie zuvor erläutert ist, kann in äußert größenreduzierten Transistorbauelementen das entsprechende Transistorverhalten deutlich verbessert werden, indem eine entsprechende Art an Verformung in dem Kanalgebiet vorgesehen wird, wobei typischerweise Transistoren mit unterschiedlicher Leitfähigkeitsart eine unterschiedliche Art an Verformung erfordern. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in anderen anschaulichen Ausführungsformen die Transistoren 110a, 110b Transistoren der gleichen Leitfähigkeitsart repräsentieren können, die in unterschiedlichen Bauteilgebieten mit einem unterschiedlichen Ausmaß an Empfindlichkeit für einen entsprechenden verformungsinduzierenden Mechanismus vorgesehen sind. Auch in diesem Falle kann ein geeignetes unterschiedliches Strukturierungsschema für unterschiedliche verspannungsinduzierende Schichten geeignet sein und die vorliegende Erfindung kann auch in diesem Falle angewendet werden.
  • Der Einfachheit halber werden entsprechende Komponenten der Transistoren 110a, 110b mit den gleichen Bezugszahlen benannt, wobei beachtet werden sollte, dass abhängig von den Unterschieden des ersten und des zweiten Transistor 110a, 110b diese Komponenten entsprechende Unterschiede beispielsweise im Hinblick auf die Dotierstoffart und Konzentration, die Transistorabmessungen, und dergleichen aufweisen können. Die Transistoren 110a, 110b weisen in dieser Fertigungsphase entsprechende Gateelektroden 111 auf, die über entsprechenden Kanalgebieten 113 ausgebildet sind, wobei entsprechende Gateisolationsschichten 112 die Gateelektroden 111 von den Kanalgebieten 113 trennen. Ferner kann eine entsprechende Seitenwandabstandshalterstruktur 114 an Seitenwänden der Gateelektrode 111 vorgesehen sein. Entsprechende Drain- und Sourcegebiete 115 mit einem gut definierten vertikalen und lateralen Dotierstoffprofil sind in den entsprechenden Bereichen der Halbleiterschicht 102 ausgebildet. Des weiteren sind Metallsilizidgebiete 116, bei spielsweise aus Nickelsilizid, Kobaltsilizid, Nickel/Platin-Silizid, und dergleichen, in den Drain- und Sourcegebieten 115 und in der Gateelektrode 111 gebildet. In der in 1a gezeigten anschaulichen Ausführungsform repräsentiert der erste Transistor 110a einen n-Kanaltransistor, d. h. die Drain- und Sourcegebiete 115 sind stark n-dotiert, wobei für eine typische Kristallkonfiguration das entsprechenden Kanalgebiets 113, beispielsweise eine Längsrichtung, d. h. in 1a die horizontale Erstreckung des Kanalgebiets 113 unmittelbar unter der Gateisiolationsschicht 112 entlang einer <110> Kristallachse orientiert sein kann. In anderen Fällen werden andere kristallographische Konfigurationen betrachtet. In diesem Falle kann eine entsprechende uniaxiale Zugverformungskomponente entlang der Kanallängsrichtung deutlich die Elektronenbeweglichkeit beim Ausbilden eines leitenden Kanals in dem Kanalgebiet 113 verbessern. In ähnlicher Weise kann für diese Kristallkonfiguration des Transistors 110b, wenn dieser einen p-Kanaltransistor repräsentiert, eine entsprechende kompressive uniaxiale Verformungskomponente in dem entsprechenden Kanalgebiet 113 eine Erhöhung der Beweglichkeit von Löchern zur Folge haben. Somit kann durch Vorsehen entsprechender verspannungsinduzierender Schichten über dem ersten und dem zweiten Transistor 110a, 110b eine erforderliche Art an Verformung erzeugt werden.
  • In der gezeigten Ausführungsform kann eine entsprechende siliziumnitridenthaltende Schicht 120 über dem ersten und dem zweiten Transistor 110a, 110b gebildet werden, wobei die Siliziumnitridschicht 120 eine hohe Zugverspannung aufweist, so dass das Leistungsverhalten des Transistors 110a verbessert werden kann. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird eine Ätzstoppschicht 121 vorgesehen, die aus Siliziumdioxid aufgebaut sein kann, das die erforderlichen Stoppeigenschaften während eines nachfolgenden Ätzprozesses zum Strukturieren der Schicht 120 aufweist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass andere Schemata eingesetzt werden können, in denen die Ätzstoppschicht 121 lediglich in lokaler Weise vorgesehen ist oder vollständig weggelassen wird, wenn eine entsprechender Ätzschaden in den zweiten Transistor 110b in einer späteren Fertigungsphase nicht in unerwünschter Weise das Gesamtverhalten des Transistors 110b beeinträchtigt. Ferner ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Ätzindikatorschicht 122 auf der verspannten Siliziumnitridschicht 120 gebildet, wobei die Ätzindikatorschicht 122 ein geeignetes Endpunkterkennungssignal während eines Ätzprozesses zum Strukturieren einer entsprechenden kompressiven Siliziumnitridschicht in einer späteren Fertigungsphase liefert. Beispielsweise kann die Ätzindikatorschicht 122 aus Siliziumdioxidmaterial auf der Grundlage geeigneter Abscheideverfahren gebildet werden, während in anderen anschaulichen Ausführungsformen die Schicht 122 auf der Grundlage einer Oberflächenbehandlung der Schicht 120 gebildet werden kann, abhängig von den Bauteil- und Prozesserfordemissen.
  • Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements, wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden Prozesse umfassen. Nach dem Bereitstellen des Substrats 101 mit der darauf ausgebildeten Halbleiterschicht 102 werden die Bauteilbereiche 111a, 110b, d. h. entsprechende aktive Gebiete zur Bildung von Transistoren darin, durch Bilden der entsprechenden Isolationsstrukturen 104 auf der Grundlage gut etablierter Techniken definiert, woran sich geeignete Implantationsprozesse oder andere Dotiermechanismen zum Erzeugen der gewünschten Dotierstoffkonzentration in den entsprechenden Bereichen der Halbleiterschicht 102 anschließen. Danach werden die Gateelektroden 111 und die Gateisolationsschichten 112 auf der Grundlage moderner Abscheide- und/oder Oxidationsverfahren, Lithographie- und Strukturierungstechniken hergestellt. Als nächstes werden die Drain- und Sourcegebiete 115 in Verbindung mit der Seitenwandabstandshalterstruktur 114 hergestellt, um damit das gewünschte vertikale und horizontale Dotierstoffprofil der Drain- und Sourcegebiete 115 zu erhalten. Als nächstes werden die Metallsilizidgebiete 116 auf der Grundlage gut etablierter Verfahren hergestellt, und danach wird die Ätzstoppschicht 121 mittels einer geeigneten Abscheidetechnik hergestellt, etwa plasmaunterstütztem CVD (chemische Dampfabscheidung) auf der Grundlage eines geeigneten Vorstufenmaterials, etwa TEOS, und dergleichen. Folglich kann die Ätzstoppschicht 121 aus Siliziumdioxid mit hoher Dichte gebildet werden, wodurch die gewünschten Stoppeigenschaften während eines nachfolgenden Strukturierungsprozesses bereitgestellt werden. Wie zuvor erläutert ist, kann in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Ätzstoppschicht 121 weggelassen werden oder kann entsprechend den Bauteilerfordernissen strukturiert werden. Z. B. kann die Ätzstoppschicht 121 lokal von dem ersten Transistor 110a entfernt werden, um damit einen direkten Kontakt der verspannten Siliziumnitridschicht 120 mit entsprechenden Transistorbereichen zu ermöglichen, während ein Teil der Stoppschicht 121 weiterhin in dem zweiten Transistor 110b beibehalten wird.
  • Als nächstes wird die Siliziumnitridschicht 120 auf der Grundlage gut etablierter Prozessverfahren abgeschieden, wobei für das vorliegende Beispiel entsprechende Prozessparameter, etwa die Temperatur des Substrats 101 während des Abscheidens, der Druck, die Gasdurchflussraten, die Intensität eines Ionenbeschusses, und dergleichen in geeigneter Weise eingestellt werden, um eine Materialzusammensetzung zu erhalten, die die Neigung besitzt, sich beim Abscheiden zusammenzuziehen, wodurch ein Zugverspannungsverhalten zum Induzieren der erforderlichen Zugverformung in dem entsprechenden Kanalgebiet 113 hervorgerufen wird. Beispielsweise kann eine hohe Zugverspannung während des Abscheidens im Bereich von 1 GPa (Gigapascal) und deutlich höher erzeugt werden, wobei, wie zuvor erläutert ist, typischerweise ein entsprechender Stickstoffanteil in der Schicht 120 deutlich geringer ist im Vergleich zu dem entsprechenden Stickstoffanteil in einer stark kompressiv verspannten Siliziumnitridschicht auf Grund der Unterschiede bei der Abscheidekinetik und den Prozessparametern. Als nächstes wird die Deckschicht 122, falls diese vorgesehen ist, gebildet, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Siliziumdioxidschicht auf der Grundlage von Silan hergestellt wird, wodurch eine äußerst effiziente Prozesssequenz geschaffen wird, da das Siliziumnitrid und das Siliziumdioxid der Schicht 122 in der gleichen Abscheideanlage gebildet werden können. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Deckschicht 122 auf der Grundlage eines Oberflächenmodifizierungsprozesses gebildet, in welchem die Oberfläche der Siliziumnitridschicht 120 und/oder die Oberfläche der Deckschicht 122 auf der Grundlage eines oxidierenden Plasmas behandelt werden, um damit die diffusionsblockierenden Eigenschaften des behandelten Oberflächenbereichs zu verbessern. Obwohl beispielsweise der Stickstoffanteil der Schicht 120 weniger kritisch im Hinblick auf die Lackvergiftung ist, kann es für äußerst kritische Anwendungen geeignet sein, den Oberflächenbereich der Siliziumnitridschicht 120 auf der Grundlage eines Sauerstoffplasmas oder eines Ozonplasmas zu modifizieren, wodurch eine äußerst dichte oxidierte Oberfläche geschaffen wird, die im Wesentlichen eine Stickstoffdiffusion während nachfolgender Prozessschritte verhindert und oder zumindest deutlich reduziert. Wenn ein weiteres Siliziumdioxidmaterial oder ein anderes Indikatormaterial erforderlich ist, kann eine weitere Schicht auf der modifizierten Oberfläche gebildet werden.
  • 1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Hier ist eine Lackmaske 130 so ausgebildet, dass der erste Transistor 110a abgedeckt ist, während der zweite Transistor für eine Ätzumgebung 131 zum selektiven Entfernen der Siliziumnitridschicht 120 und der Deckschicht 122, falls diese vorgesehen ist, frei bleibt. Die Lackmaske 130 kann auf der Grundlage gut etablierter Lithographieverfahren hergestellt werden, wobei, wie zuvor erläutert ist, in einigen anschaulichen Ausführungsformen selbst eine reduzierte Wahrscheinlichkeit für eine Stickstoffdiffusion in das Lackmaterial auf Grund des geringeren Stickstoffanteils in der zugverspannten Schicht 120 auch weiter reduziert wird, wenn eine entsprechende effiziente Deckschicht, beispielsweise auf der Plasmabehandlung, vorgesehen wird. In anderen Fällen wird im Hinblick auf einen erhöhten Prozessdurchsatz die Deckschicht 122 auf der Grundlage konventioneller Verfahren gebildet, da der geringere Stickstoffanteil in der Schicht 120 weniger kritisch ist. Der Ätzprozess 131 kann auf der Grundlage gut etablierter Verfahren ausgeführt werden, wobei der Prozess zuverlässig auf der Grundlage der Ätzstoppschicht 121 gestoppt werden kann, während in anderen Fällen, wie dies zuvor erläutert ist, die freiliegenden Bereiche des zweiten Transistors 110b verwendet werden können, um einen geeigneten Endpunkt des Ätzprozesses 131 zu bestimmen.
  • 1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Herstellungsphase. Hier ist eine zweite Siliziumnitridschicht 123 über dem ersten und dem zweiten Transistor 110a, 110b gebildet, wobei in dieser Ausführungsform die Siliziumnitridschicht 123 eine hohe kompressive Verspannung aufweist, um damit die erforderlichen Verformungseigenschaften in dem zweiten Transistor 110b zu schaffen. Wie zuvor erläutert ist, ist auf Grund der entsprechenden Abscheideeigenschaften ein moderat hoher Stickstoffanteil in der Schicht 123 eingebaut, wodurch eine deutliche Wahrscheinlichkeit für das Herrufen einer Lackvergiftung während des nachfolgenden Strukturierung der Siliziumnitridschicht 123 besteht. Somit wird eine effiziente Deckschicht 124 vorgesehen, die eine im Wesentlichen stickstofffreie Schicht mit einer ausreichenden diffusionsblockierenden Eigenschaft repräsentiert, um damit die Diffusionsaktivität des Stickstoffs in ein darüber liegendes Lackmaterial in einer späteren Fertigungsphase deutlich zu reduzieren. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „im Wesentlichen stickstofffrei" so zu verstehen ist, dass damit eine Materialzusammensetzung beschrieben wird, in der das stöchiometrische Verhältnis oder die Formel kein Stickstoffmaterial enthält, wobei jedoch auf Grund von Kontaminationen und Prozessungleichmäßigkeiten eine gewisse Menge an Stickstoff vorhanden sein kann. Beispielsweise wird ein Material mit Stickstoff in einer Menge von ungefähr 0,5 Atomprozent in Bezug auf die Gesamtheit der anderen Komponenten des Materials oder deutlich darunter als ein im Wesentlichen stickstofffreies Material betrachtet. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentiert die Deckschicht 124 ein oxidierbares Material, das in effizienter Weise in ein Oxidmaterial umgewandelt werden kann, um damit eine zusätzliche Kompressive Verspannungskomponente bereitzustellen. In einer anschaulichen Ausführungsform ist die Deckschicht 124 aus Silizium aufgebaut, wodurch für eine ausrei chende stickstoffblockierende Eigenschaft gesorgt wird, während auch ein hohes Maß an Prozesskompatibilität mit vorhergehenden und nachfolgenden Prozessschritten erreicht wird. Ferner kann in einer späteren Phase Silizium effizient in Siliziumdioxid umgewandelt werden, wodurch der darunter liegenden Siliziumnitridschicht 123 ein hohes Maß an kompressiver Verspannung verliehen wird, so dass deren Effizienz noch weiter verstärkt wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Deckschicht auf Grundlage anderer Materialien hergestellt, etwa Siliziumkarbid, amorphen Kohlenstoff und dergleichen, die effizient auf Grundlage eines Plasmasätzprozesses in einer späteren Phase entfernt werden können und die ebenso in ein nicht leitendes Oxidmaterial bei Einwirkung einer oxidierenden Umgebung umgewandelt werden können. Die Schicht 124 wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen in der gleichen Abscheideanlage hergestellt, wie die Siliziumnitridschicht 123, wodurch ein effizienter Prozessablauf ermöglicht wird, da Transportaktivitäten des Substrats 101 vermieden werden. Beispielsweise kann ein in-situ-Abscheideprozess so ausgeführt werden, dass zunächst die kompressive Siliziumnitridschicht 123 abgeschieden wird, woran sich die Schicht 124 anschließt, wenn diese aus Silizium aufgebaut ist. In anderen Fällen können ebenso entsprechende in-situ-Prozesse auf der Grundlage von Siliziumkarbid, Siliziumoxikarbid, amorphen Kohlenstoff, und dergleichen ausgeführt werden, wenn die Einwirkung von Kohlenstoffmaterialien nicht als ungeeignet erachtet wird.
  • 1d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer zweiten Lackmaske 132, die über dem zweiten Transistor 110b ausgebildet ist, während der erste Transistor 110a die entsprechende Deckschicht 124 und die kompressive Siliziumnitridschicht 123 der Einwirkung einer weiteren Ätzumgebung 133 ausgesetzt sind. Wie zuvor erläutert ist, kann während der Ausbildung der Lackmaske 132 eine unerwünschte Diffusion von Stickstoff in das entsprechende Lackmaterial auf der Grundlage der Deckschicht 124 deutlich unterdrückt werden, so dass freiliegende Bereiche des Lackmaterials über dem ersten Transistor 110a mit hoher Zuverlässigkeit entfernt werden können. Somit kann das entsprechende Material der Schichten 124 und 123 im dem Transistor 110a auf der Grundlage des Ätzprozesses 133 entfernt werden. Der Prozess 133 kann auf der Grundlage der Indikatorschicht 122, falls diese vorgesehen ist, gesteuert werden, während in anderen anschaulichen Ausführungsformen sogar eine gewisse Stoppwirkung der Indikatorschicht 122 beispielsweise auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Plasmabehandlung erreicht werden kann.
  • 1e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Entfernen der Lackmaske 132 auf der Grundlage gut etablierter Rezepte, wobei auch die Tendenz zum Erzeugen unerwünschter Materialreste, die von der kompressiven Siliziumnitridschicht 123 stammen, deutlich reduziert ist, wie zuvor beschrieben ist.
  • 1f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen das Bauelement 100 einer oxidierenden Umgebung 134 ausgesetzt ist, beispielsweise einer Sauerstoff- oder Ozonbehandlung bei erhöhten Temperaturen, um das oxidierbare Material 124, beispielsweise die Siliziumschicht, in ein äußerst nicht leitendes Material umzuwandeln, wobei zusätzlich eine hohe innere kompressive Verspannungskomponente auf Grund des größeren Volumens von beispielsweise Siliziumdioxid in Bezug auf Silizium erzeugt werden kann. In einigen Ausführungsformen wird die Behandlung 134 als eine plasmagestützte Behandlung ausgeführt, wobei eine geeignete plasmagestützte Prozessanlage eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann eine oxidierende Umgebung in einer Prozesskammer eingerichtet werden, wie sie zum Entfernen der Lackmaske 132 verwendet wird, was typischerweise auf Grundlage eines Sauerstoffplasmas erfolgt. In anderen Fällen kann eine andere geeignete Prozessanlage, etwa ein Ofen und dergleichen, verwendet werden.
  • 1g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach der Oxidation 134, wobei die verbleibende Deckschicht 124 in ein entsprechendes nicht leitendes Oxid umgewandelt ist. In diesem Falle kann die Gesamtverspannung, die durch die Schichten 123 und 124 hervorgerufen wird, noch weiter erhöht sein, wie dies zuvor erläutert ist.
  • Danach wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem ein geeignetes Zwischenschichtdielektrikumsmaterial, Siliziumdioxid, auf der Grundlage gut etablierter Verfahren abgeschieden wird, etwa durch CVD mit hochdichtem Plasma, subatmosphärisches CVD, und dergleichen, woran sich ein gut etablierter Strukturierungsprozess zur Herstellung entsprechender Kontaktöffnungen anschließt, wobei die verspannten Schichten 120 und 123 als effiziente Ätzstoppschichten zum Steuern eines ersten Ätzschrittes verwendet werden. Danach wird ein weiterer entsprechender Ätzschritt ausgeführt, um durch die verbleibenden Materialien der Schichten 123, 120 zu ätzen, um schließlich eine Verbindung zu den entsprechenden Metallsilizidgebieten 116 zu schaffen, wobei, wie zuvor erläutert ist, eine deutlich geringere Wahrscheinlichkeit für Kontaktfehler erreicht wird.
  • In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird der Oxidationsprozess 134 nach dem Strukturieren der kompressiven Schicht 123 durchgeführt, wodurch ein hohes Maß an Prozesskompatibilität mit konventionellen Verfahren erreicht wird, wenn die Deckschicht 124 gebildet wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Behandlung in der oxidierenden Umgebung 134 unmittelbar nach dem Abscheiden der Schicht 124 ausgeführt, wodurch ein moderat dichtes Oxidmaterial vorgesehen wird, das ebenso für die gewünschten stickstoffblockierenden Eigenschaften sorgt. Vorteilhafterweise kann die entsprechende Behandlung 134 dann als ein in-situ-Prozess in Bezug auf die Herstellung der Schichten 123, 124 ausgeführt werden, wodurch ebenso ein äußerst effizienter Prozessablauf erreicht wird.
  • Mit Bezug zu den 2a bis 2d werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei eine kompressive Siliziumnitridschicht gebildet wird und danach eine entsprechende Schicht mit Zugverspannung vorgesehen wird.
  • 2a zeigt schematisch ein Halbleiterbauelement 200 mit einem Substrat 201, das darauf ausgebildet eine Halbleiterschicht 203 aufweist. Ferner ist ein erster Bauteilbereich 210a vorgesehen, der einen ersten Transistor repräsentiert, etwa einen n-Kanaltransistor. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Bauteilbereich 210b definiert, der einen zweiten Transistor, etwa einen p-Kanaltransistor repräsentiert. Die entsprechenden Transistoren 210a, 210b enthalten entsprechende Komponenten, etwa Gateelektroden 211, Gateisolationsschichten 212, Abstandshalterstrukturen 214, Drain- und Sourcegebiete 215, entsprechende Kanalgebiete 213 und Metallsilizidgebiete 216. In Bezug auf diese Komponenten gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert sind. Somit wird eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten weggelassen. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement 200 in dieser Fertigungsphase eine Siliziumnitridschicht 223, die eine hohe innere Druckverspannung aufweisen kann, um damit das Leistungsverhalten des zweiten Transistors 210b zu verbessern, wie dies zuvor erläutert ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird eine entsprechende Ätzstoppschicht 221 über dem ersten und dem zweiten Transistor 210a, 210b gebildet, wobei, wie zuvor erläutert ist, die Ätzstoppschicht 221 weggelassen werden kann oder nur teilweise vorgesehen wird, beispielsweise über dem Transistor 210a. Des weiteren weist das Bauelement 200 eine Deckschicht 224 mit einer verbesserten diffusionsblockierenden Wirkung auf, die deutlich die Stickstoff diffusion in ein darüber liegendes Lackmaterial verringern kann. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Schicht 224 als eine Sililziumschicht vorgesehen, während in anderen anschaulichen Ausführungsformen ein anderes geeignetes im Wesentlichen stickstofffreies Material verwendet wird. Des weiteren ist eine Lackmaske 230 ausgebildet, um den ersten Transistor 210a freizulassen, während der zweite Transistor 210b abgedeckt ist.
  • Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelement 200 kann im Wesentlichen die gleichen Prozessverfahren umfassen, wie sie zuvor mit dem Bauelement 100 beschrieben sind. Insbesondere können die kompressive Siliziumnitridschicht 223 und die Deckschicht 224 auf Grundlage entsprechender Prozessverfahren hergestellt werden, wie die zuvor mit Bezug zu den Schichten 123 und 124 erläutert sind. In ähnlicher Weise wird die Lackmaske 230 auf der Grundlage gut etablierter Rezepte gebildet, wobei die Deckschicht 224 für eine deutlich reduzierte Wahrscheinlichkeit der Lackvergiftung sorgt. Somit kann ein entsprechender Ätzprozess 231 in zuverlässiger Weise freiliegendes Material der Schichten 224 und 223 abtragen.
  • 2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ätzprozess 231 und nach dem Entfernen der Lackmaske 230. Ferner ist das Bauelement 200 der Einwirkung einer oxidierenden Umgebung 234 ausgesetzt, die auf Grundlage von Sauerstoff und/oder Ozon mit oder ohne Plasma eingerichtet sein kann, wie dies zuvor für die Behandlung 134 erläutert ist. Somit kann das oxidierbare Material der Deckschicht 224 in effizienter Weise in ein nicht leitendes Oxid umgewandelt werden, beispielsweise in Siliziumdioxid, wobei zusätzlich eine kompressive Verspannung erzeugt werden kann, die somit zu einem effizienteren verformungsinduzierenden Mechanismus für den Transistor 210b beitragen kann. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird eine Dicke der Deckschicht 224 im Bereich von 20 oder mehr Nanometer vorgesehen, um damit für ein verbessertes Transistorleistungsverhalten zu sorgen, wenn ein deutlicher Anteil an Materialerrosion in einem nachfolgenden Ätzprozess zum Strukturieren einer entsprechenden Siliziumnitridschicht mit einer hohen Zugverspannung auftritt. Ferner können durch Vorsehen einer größeren Dicke der Deckschicht 224 in dem oben spezifizierten Bereich die Stoppeigenschaften der modifizierten Schicht 224, wie sie in 2b gezeigt ist, die entsprechende Steuerbarkeit des Strukturierungsprozesses verbessern. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird der Oxidationsprozess 234 in einer späteren Phase ausgeführt, wenn beispielsweise eine Wechselwirkung der Umgebung des Prozesses 234 mit den Materialien in dem ersten Bauteilge biet 210 als ungeeignet erachtet wird. In diesem Falle kann die Deckschicht 224 auch als eine Ätzindikatorschicht in einem nachfolgenden Strukturierungsprozess dienen, und die Oxidation 234 kann nach dem Strukturieren der die Zugverspannung induzierenden Schicht, die noch zu bilden ist, ausgeführt werden.
  • 2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Eine zweite Siliziumnitridschicht 220 mit einer hohen Zugverspannung ist über dem ersten und dem zweiten Transistor 210a, 210b ausgebildet, wobei in einer anschaulichen Ausführungsform eine Plasmabehandlung 235 in einer oxidierenden Umgebung auf Grundlage von Sauerstoff und/oder Ozon durchgeführt wird, um die Oberflächeneigenschaften der Siliziumnitridschicht 220 zu modifizieren. Wenn beispielsweise modernste Lithographieprozesse auszuführen sind auf der Grundlage äußerst sensibler Lackmaterialien, kann selbst die geringere Wahrscheinlichkeit für eine Stickstoffdiffusion nicht akzeptabel sein, und die Plasmabehandlung 235 kann in effizienter Weise die Oberfläche der Siliziumnitridschicht 220 „versiegeln", wodurch ein verbesserter Oberflächenbereich 220s mit einem dichten Siliziumoxidmaterial geschaffen wird, der in zuverlässiger Weise den entsprechenden Stickstoff in der Schicht 220 einschließen kann. In anschaulichen Ausführungsformen wird die Plasmabehandlung 235 in-situ zu dem Abscheideprozess zur Herstellung der Schicht 220 durchgeführt, während in anderen Fällen eine spezielle Prozesskammer verwendet wird. In noch weiteren anschaulichen Ausführungsformen kann die Plasmabehandlung 235 weggelassen werden, wenn eine entsprechende Diffusionswahrscheinlichkeit von Stickstoff der Schicht 220 weniger kritisch ist.
  • 2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Hier ist eine zweite Lackmaske 232 so ausgebildet, dass der zweite Transistor 210 freiliegt, während der erste Transistor 210a abgedeckt ist, wenn die Schicht 220 mit den verbesserten Oberflächeneigenschaften, die von der Schicht 220s bereitgestellt werden, vorgesehen ist. Die Lackmaske 232 kann mit hoher Zuverlässigkeit gebildet werden, d. h. die Wahrscheinlichkeit für das Erzeugen von nicht entfernten Lackresten ist deutlich reduziert, wodurch ebenso das Verhalten eines Ätzprozesses 233 zum selektiven Entfernen der Schicht 220 von dem zweiten Transistor 210b verbessert ist. Des weiteren kann die modifizierte Deckschicht 224 als eine geeignete Schicht zum Steuern des Ätzprozesses 233 eingesetzt werden, indem beispielsweise ein effizientes Endpunkterkennungssignal bereitgestellt wird und/oder indem die Deckschicht 224 im Wesentlichen als eine Ätzstoppschicht dient, so dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine ausgeprägte Menge an Oxidmaterial beibehalten wird, wodurch ein erhöhtes Maß an kompressiver Verspannung bereitgestellt wird, wie dies zuvor erläutert ist. In anderen Fällen wird, wie zuvor beschrieben ist, die Deckschicht 224 zum Steuern des Ätzprozesses verwendet, ohne dass die Deckschicht in Oxidmaterial umgewandelt wird. In diesem Falle kann die Oxidation 234 während und/oder nach dem Entfernen der Lackmaske 232 ausgeführt werden. Danach wird die weitere Bearbeitung in der mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschriebenen Weise fortgesetzt, d. h. es wird ein entsprechendes Zwischenschichtdielektrikumsmaterial gebildet und danach werden entsprechende Kontaktöffnungen mit erhöhter Zuverlässigkeit auf Grund des Vorsehens zumindest der Deckschicht 224 geschaffen.
  • Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt ein effizientes Prozessschema mit einem hohen Maß an Kompatibilität mit konventionellen Prozessverfahren bereit, wobei dennoch ein verbessertes Verhalten des entsprechenden Lithographieprozesses bereitgestellt wird, indem in effizienter Weise die Diffusion von Stickstoff in empfindliches Lackmaterial unterdrückt wird. Eine entsprechende Deckschicht wird in Form einer im Wesentlichen stickstofffreien Materialschicht vorgesehen, die für ausreichende diffusionsblockierende Eigenschaften sorgt, wobei nach der Abscheidung des Materials dieses in ein Oxidmaterial umgewandelt werden kann, wobei die Effizienz der kompressiven Siliziumnitridschicht weiter verbessert wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird Siliziummaterial als Deckschicht verwendet, das mit einem hohen Maß an Kompatibilität mit der vorhergehenden Abscheidung des Siliziumnitridmaterials gebildet werden kann, woraus sich ein effizientes Prozessschema ergibt. Des weiteren kann das Vorsehen der Deckschicht in Verbindung mit einer beliebigen Prozesssequenz erfolgen, d. h. die kompressive Siliziumnitridschicht kann zuerst hergestellt werden oder die zugverspannte Siliiziumnitridschicht kann zuerst hergestellt werden, abhängig von den Prozesserfordernissen, während dennoch ein effizienter Gesamtprozessablauf erreicht wird, in welchem der verformungsinduzierende Mechanismus zumindest für die p-Kanaltransistoren verbessert wird, während die Wahrscheinlichkeit für Kontaktfehler deutlich reduziert ist. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen kann das Vorsehen der Deckschicht mit der verbesserten diffusionsblockierenden Eigenschaft mit weiteren sauerstoff- oder ozongestützten Plasmabehandlungen kombiniert werden, um damit das Verhalten der entsprechenden Lithographieprozesse zur Strukturierung der unterschiedlich verspannten Siliziumnitridschicht weiter zu verbessern.

Claims (18)

  1. Verfahren mit: Bilden einer ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) über einem ersten Transistor (110b, 210b) und einem zweiten Transistor (110a, 210a), wobei die erste verspannungsinduzierende Schicht (123, 223) Silizium und Stickstoff aufweist; Bilden einer Siliziumschicht (124, 224) auf der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223); Bilden einer ersten Lackmaske (132, 230) über der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223), um den ersten Transistor (110b, 210b) abzudecken, wobei die erste Lackmaske (132, 230) einen Bereich, der den Bereich über dem zweiten Transistor (110a, 210a) umfasst, der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) freilässt; und Entfernen des freiliegenden Bereichs der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) über dem zweiten Transistor (110a, 210a).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Oxidieren der Siliziumschicht (124, 224), die über dem ersten Transistor (110b, 210b) gebildet ist, umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste verspannungsinduzierende Schicht (123, 223) eine kompressive Verspannung aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bilden einer zweiten verspannungsinduzierenden Schicht (120, 220) über dem ersten (110b, 210b) und dem zweiten (110a, 210a) Transistor und selektives Entfernen der zweiten verspannungsinduzierenden Schicht (120, 220) über dem ersten Transistor (110b, 210b), wobei die zweite verspannungsinduzierende Schicht (120, 220) Silizium und Stickstoff aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zweite verspannungsinduzierende Schicht (120) eine innere Zugverspannung aufweist und wobei die zweite verspannungsinduzierende Schicht (120, 220) vor dem Bilden der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) hergestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei Bilden der zweiten verspannungsinduzierenden Schicht (120, 220) umfasst: Abscheiden eines Siliziumnitridmaterials mit einer Zugverspannung auf einer Ätzstoppschicht (121) und Bilden einer Ätzindikatorschicht (122) auf dem verspannten Siliziumnitridmaterial.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Bilden der zweiten verspannungsinduzierenden Schicht (120, 220) ferner Ausführen einer Plasmabehandlung (235) der zweiten verspannungsinduzierenden Schicht (120, 220) in einer oxidierenden Umgebung umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, wobei der Prozess des Oxidierens nach dem selektiven Entfernen der ersten verspannungsinduzierenden Schicht (123, 223) von dem zweiten Transistor (110a, 210a) ausgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, wobei der Prozess des Oxidierens vor dem Bilden der ersten Lackmaske (132, 230) ausgeführt wird.
  10. Verfahren mit: Bilden einer ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (120) über einem ersten Bauteilbereich (110a) und einem zweiten Bauteilbereich (110b) eines Halbleiterbauelements (100); Bilden einer ersten Lackmaske (130) über der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (120), wobei die erste Lackmaske (130) die erste siliziumnitridenthaltende Materialschicht (120), die über dem ersten Bauteilbereich (110a) angeordnet ist, abdeckt und die erste siliziumnitridenthaltende Materialschicht (120), die über dem zweiten Bauteilbereich angeordnet ist, freilässt; Entfernern der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (120) über dem zweiten Bauteilbereich (110b) auf der Grundlage der ersten Lackmaske (130); Bilden einer zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (123) über dem ersten (110a) und dem zweiten (110b) Bauteilbereich; Bilden einer im Wesentlichen stickstofffreien oxidierbaren Materialschicht (124) als eine Deckschicht auf der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (123); Entfernen der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (123) von dem ersten Bauteilbereich (110a) auf der Grundlage einer zweiten Lackmaske (132); und Oxidieren der oxidierbaren Materialschicht (124).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Anteil an Stickstoff in der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (120) kleiner ist im Vergleich zu dem Stickstoffanteil in der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die oxidierbare Materialschicht (124) nach dem Entfernen der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (123) von dem zweiten Bauteilbereich (110b) oxidiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die oxidierbare Materialschicht (124) vor dem Entfernen der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (123) von dem zweiten Bauteilbereich (110b) oxidiert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die oxidierbare Materialschicht (124) aus Silizium aufgebaut ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Ausführen einer Plasmabehandlung in einer oxidierenden Umgebung vor dem Bilden der ersten Lackmaske (130) umfasst.
  16. Verfahren mit: Bilden einer ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (223) über einem ersten Bauteilbereich (210b) und einem zweiten Bauteilbereich (210a) eines Halbleiterbauelements (200); Bilden einer im Wesentlichen stickstofffreien oxidierbaren Materialschicht (224) aus einer Deckschicht auf der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (223); Bilden einer ersten Lackmaske (230) über der Materialschicht (224), wobei die erste Lackmaske (230) die Materialschicht (224), die über dem ersten Bauteilbereich (210b) angeordnet ist, abdeckt und die Materialschicht (224), die über dem zweiten Bauteilbereich angeordnet ist, freilässt; Entfernen der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (223) und der Materialschicht (224) von dem zweiten Bauteilbereich (210a) auf der Grundlage der ersten Lackmaske (230); Bilden einer zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (220) über dem ersten (210b) und dem zweiten (210a) Bauteilbereich; Entfernen der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (220) von dem ersten Bauteilbereich (210b) auf der Grundlage einer zweiten Lackmaske (232); und Oxidieren (234) der Materialschicht (224).
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Stickstoffanteil in der ersten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (223) höher ist im Vergleich zu dem Stickstoffanteil in der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (220).
  18. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner Ausführen einer Plasmabehandlung (235) in einer oxidierenden Umgebung nach dem Bilden der zweiten siliziumnitridenthaltenden Materialschicht (220) umfasst.
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