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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung die Herstellung
integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere Substratdioden
für komplexe
SOI-Schaltungen, die für
thermische Sensoranwendungen und dergleichen verwendet werden können.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Die
Herstellung integrierter Schaltungen erfordert, dass eine große Anzahl
an Schaltungselementen, etwa Transistoren und dergleichen auf einer gegebenen
Chipfläche
gemäß einer
spezifizierten Schaltungsanordnung hergestellt werden. Im Allgemeinen
werden mehrere Prozesstechnologien aktuell eingesetzt, wobei für komplexe
Schaltungen, etwas Mikroprozessoren, Speicherchips, ASICs (anwendungsspezifische
ICs) und dergleichen, die CMOS-Technologie gegenwärtig eine
der vielversprechendsten Lösungen
aufgrund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder
die Leistungsaufnahme und/oder die 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 MOS Transistor umfasst, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor
oder p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die
durch eine Grenzfläche
stark dotierter Drain- und Source-Gebiete mit einem Invers über schwach
dotierten Kanalgebiet gebildet werden, das zwischen dem Drain-Gebiet
und dem Source-Gebiet angeordnet ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d.
h. das Durchlassstromvermögen
des leitenden Kanals, wird durch eine Gateelektrode gesteuert, die über dem
Kanalgebiet angeordnet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt
ist. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals aufgrund des
Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von
der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger und – für eine gegebene
Ausdehnung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem
Abstand zwischen dem Source-Gebiet und dem Drain-Gebiet ab, der
auch als Kanallänge
bezeichnet wird. Somit bestimmt in Kombination 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. Aufgrund
dieses zuletzt genannten Aspekts wird die Reduzierung der Kanallänge und
damit verknüpft
die Verringerung des Kanalwiderstands ein wichtiges Entwurfskriterium,
um eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungen
zu erreichen.
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Im
Hinblick auf den zuerst genannten Aspekt hat, zusätzlich zu
anderen Vorteilen, die SOI (Halbleiter- oder Silizium-auf-Isolator)
Architektur ständig
an Bedeutung für
die Herstellung von MOS-Transistoren aufgrund der Eigenschaften
einer reduzierten parasitären
Kapazität
der pn-Übergänge zugenommen, wodurch
höhere
Schaltgeschwindigkeiten im Vergleich zu Vollsubstrattransistoren
möglich
sind. In SOI-Transistoren
ist das Halbleitergebiet, in welchem die Drain- und Source-Gebiete
sowie das Kanalgebiet angeordnet sind, und das auch als Körper bezeichnet
wird, dielektrisch eingekapselt. Diese Konfiguration bietet merkliche
Vorteile, führt
jedoch auch zu einer Vielzahl von Problemen. Anders als bei dem Körper von
Vollsubstratbauelementen, der elektrisch mit dem Substrat verbunden
ist, wodurch durch das Anlegen eines spezifizierten Potentials eines
Substrats die Körper
der Vollsubstrattransistoren bei diesem spezifizierten Potential
bleiben, ist der Körper der
SOI-Transistoren nicht mit einem speziellen Referenzpotential verbunden,
und somit kann der Potentialkörper
sich aufgrund der Ansammlung von Minoritätsladungsträgern frei einstellen, sofern
nicht entsprechende Gegenmaßnahmen
getroffen werden.
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Ein
weiteres Problem in Bauelementen mit hoher Leistungsfähigkeit,
etwa Mikroprozessoren, und dergleichen ist eine effiziente interne
Handhabung der Temperatur aufgrund der deutlichen Wärmeerzeugung.
Aufgrund der geringeren Wärmeabfuhrfähigkeit
von SOI-Bauelementen, die durch die vergrabene Isolierung der Schicht
hervorgerufen wird, ist die entsprechende Erfassung der aktuellen Temperatur
in SOI-Bauelementen von besonderer Wichtigkeit.
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Typischerweise
wird für
Anwendungen zur Temperaturerfassung eine geeignete Diodenstruktur eingesetzt,
wobei die entsprechende Charakteristik der Diode Informationen über die
thermischen Bedingungen in der Nähe
der Diodenstruktur ermöglicht. Die
Empfindlichkeit und die Genauigkeit der entsprechenden Messdaten,
die auf der Grundlage der Diodenstruktur erhalten werden, hängen deutlich
von der Diodencharakteristik ab, d. h. von der Strom/Spannungscharakteristik
der Diode, die von der Temperatur und anderen Parameter abhängen kann.
Für Anwendungen
zur Temperaturerfassung ist es daher typischerweise wünschenswert,
dass eine im Wesentlichen „ideale" Diodencharakteristik
bereitgestellt wird, um damit die Möglichkeit zu schaffen, die
Temperaturbedingungen innerhalb des Halbleiterbauelements präzise abzuschätzen. In
SOI-Bauelementen wird eine entsprechende Diodenstruktur, d. h. ein
entsprechender pn-Übergang,
typischerweise in dem Substratmaterial hergestellt, das unter der vergrabenen
isolierenden Schicht angeordnet ist, über der die „aktive" Halbleiterschicht
ausgebildet ist, die zur Herstellung der Transistorelemente darin
verwendet wird. Somit sind zumindest einige zusätzliche Prozessschritte erforderlich,
beispielsweise für
das Ätzen
durch die Halbleiterschicht oder durch ein entsprechendes vergrabenes
Isolationsgebiet und durch die vergrabene isolierende Schicht, um
das kristalline Substratmaterial freizulegen. Andererseits ist der Prozessablauf
zur Herstellung der Substratdiode typischerweise so gestaltet, dass
ein hohes Maß an Kompatibilität mit der
Prozesssequenz zur Herstellung der eigentlichen Schaltungselemente,
etwa der Transistorstrukturen, besteht, ohne dass unerwünschte negative
Auswirkungen auf die eigentlichen Schaltungselemente hervorgerufen
werden.
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In
modernen Halbleiterbauelementen besteht ein ständiges Bestreben, um die Strukturgrößen der
Schaltungselemente zu verringern, um damit das Transistorleistungsvermögen und
die Integrationsdichte des Bauelements zu erhöhen. Daher müssen entsprechende
Prozesssequenzen einschließlich
moderner Lithographietechniken, Ätzprozessen, Abscheideprozessen,
Implantationsverfahren, Ausheizverfahren und anderer Prozesstechniken
häufig angepasst
oder neu entwickelt werden, um den gewünschten Zugewinn an Transistorleistungsvermögen zu erreichen.
Beispielsweise kann in anspruchsvollen Anwendungen die Durchlassstromfähigkeit von
MOS-Transistoren nicht nur durch das ständige Verringern der Gatelänge der
entsprechenden Transistorbauelemente gesteigert werden, sondern
kann auch durch das Erhöhung
der Ladungsträgerbeweglichkeit
in den entsprechenden Kanalgebieten der Transistoren verbessert
werden. Dies kann erreicht werden, in dem lokal eine entsprechende
Verformung in dem Kanalgebiet erzeugt wird, was, bei geeigneter Anpassung
an die Kristallbedingungen in dem Kanalgebiet, zu einem Ansteigen
der Elektronenbeweglichkeit bzw. der Löcherbeweglichkeit führen kann,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, das Leistungsvermögen von p-Kanaltransistoren
und n-Kanaltransistoren
deutlich zu verbessern. Daher wurden eine Vielzahl entsprechender
Mechanismen entwickelt, um die gewünschte Art an Verformung in entsprechenden
Transistorelementen zu erzeugen. Zum Beispiel werden Halbleitermaterialien
in den Drain- und Source-Gebieten und/oder innerhalb des Kanalgebiets
vorgesehen, um eine spezielle geringfügige Gitterfehlanpassung zu
erzeugen, die zu einer geeigneten Verformung in dem Kanalgebiet
führt.
In anderen Lösungen
werden zusätzlich
oder alternativ zu den zuvor beschriebenen Mechanismen stark verspannte
Materialien in der Nähe
des Kanalgebiets angeordnet, um damit eine entsprechende Verformung
darin zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird häufig die Kontaktätzstoppschicht,
die über
den Transistorelement nach dem Fertigstellen der grundlegenden Transistorstruktur
gebildet wird, in effizienter Weise eingesetzt, da diese Schicht
nahe an dem Kanalgebiet angeordnet ist und in Form eines dielektrischen
Materials vorgesehen werden kann, etwa in Form von Siliziumnitrid,
das effizient mit hoher innerer Verspannung abgeschieden werden
kann. Ferner wurden entsprechende Abscheide- und Strukturierungsschemata
entwickelt, durch die Lokal unterschiedliche Arten an Verformung
in unterschiedlichen Transistorelementen hervorgerufen werden können.
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Zusätzlich oder
alternativ zu verformungsinduzierenden Mechanismen ermöglichen
viele andere Prozessanpassungen, beispielsweise in Bezug auf die
Strukturierungsstrategien, Implantationsprozesse, Ausheizsequenzen,
und dergleichen, eine merkliche Verbesserung des Transistorverhaltens,
können jedoch
einen nachteiligen Effekt auf die Substratdiode ausüben, wodurch
entsprechende Verbesserungen im Hinblick auf das Transistorleistungsverhalten nicht
in den gesamten Prozessablauf aufgrund der deutlichen Abweichungen
der Diodencharakteristik eingebunden werden können, die dann deutlich die Fühlereigenschaften
der Diodenstruktur beeinflussen würden.
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Mit
Bezug zu den 1a–1c wird
nunmehr ein typischer Prozessablauf beschrieben, in welchem eine
Prozesssequenz, die zur Verbesserung des Transistorverhaltens in
der aktiven Schicht eines SOI-Bauelements gestaltet ist, einen deutlichen
nachteiligen Einfluss auf die Diodenstruktur ausüben kann, die in dem Substratmaterial
ausbildet ist, wodurch sich die Produktionsausbeute und damit die
Rentabilität
verringert. In dem dargestellten Beispiel wird das Transistorleistungsvermögen verbessert,
in dem der Reihenwiderstand innerhalb des Transistors reduziert
und der Verspannungstransfermechanismus, der durch eine verspannte
dielektrische Schicht über
dem Transistor geschaffen wird, verbessert wird.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100,
das ein SOI-Bauelement repräsentiert.
Das Bauelement 100 umfasst ein Substrat 101, das
zumindest in einem oberen Bereich davon ein im Wesentlichen kristallines
Substratmaterial 102 aufweist, das gemäß den Bauteilerfordernissen
vordotiert sein kann. Beispielsweise kann das Substratmaterial 102 darin
eingebaut eine moderat geringe Konzentration eines p-Dotiermittels
aufweisen. Ferner sind in einem Bereich des Substratmaterials 102,
das einem ersten Bauteilgebiet 110 entspricht, ein entsprechend
gegendotierter Potentialtopf bzw. ein Wannengebiet 103 vorgesehen,
in welchem eine entsprechende Substratdiode herzustellen ist. Des
Weiteren weist das Halbleiterbauelement 100 eine vergrabenen
isolierende Schicht 104 auf, die beispielsweise aus Siliziumdioxid
und dergleichen aufgebaut ist, die eine Halbleiterschicht 121 von
dem Substratmaterial 102 trennt. Die Halbleiterschicht 121 repräsentiert
ein im Wesentlichen kristallines Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium,
Silizium/Germanium oder ein anderes geeignetes Silizium-basiertes
Material zur Herstellung von einer Vielzahl von Schaltungselementen
darin und darauf, etwa von Transistoren 130, die in einer frühen Fertigungsphase
dargestellt sind. Wie gezeigt, enthalten die Transistoren 130 entsprechende Gateelektroden 131 mit
einem Abstandshalter 122, der in dieser Fertigungsphase
an Seitenwänden
ausgebildet ist, wobei dieser so gestaltet ist, um einen gewünschten
Abstand während
eines Implantationsprozesses zur Herstellung von Erweiterungsgebieten 134 zu
schaffen. Des Weiteren umfassen die Transistoren 130 eine
Gateisolationsschicht 133, die die Gateelektrode 131 von
einem Kanalgebiet 135 trennt, das in der Halbleiterschicht 121 ausgebildet
ist. Ferner ist in dieser Fertigungsphase eine erhöhte Dotierstoffkonzentration
einer Dotierstoffsorte in dem Kanalgebiet 135 in der Nähe der Weiterungsgebiete 134 angeordnet,
wobei eine derartige erhöhte
Dotierstoffkonzentration auch als Halo-Gebiete 136 bezeichnet werden,
die vorgesehen sind, um einen gewünschten abrupten pn-Übergang
nach der Fertigstellung der Transistorelemente 130 zu bilden.
Des Weiteren sind entsprechende Isolationsstrukturen 105 in
Form von Grabenisolationen vorgesehen, um spezielle Bereiche in
dem ersten und dem zweiten Bauteilgebiet 110, 120 zu
definieren, wobei der Einfachheit halber entsprechende Isolationsstrukturen 105,
die lateral entsprechende Transistoren 130 begrenzen, in
dem zweiten Bauteilgebiet 120 nicht gezeigt sind. In dem ersten
Bauteilgebiet 110 definieren die Isolationsstrukturen 105 in
Verbindung mit einem entsprechenden Bereich der vergrabenen isolierenden
Schicht 104 entsprechen die Öffnungen 111a, 111b,
die sich zu dem Substratmaterial 102 erstrecken, d. h.
einen freilegenden Bereich des Wannengebiets 103.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, umfasst die
folgenden Prozesse. Nach dem Bereitstellen des Substrats 101 und
dem Bilden entsprechender dotierter Bereiche in dem Substratmaterial 102,
etwa dem n-Wannengebiet 103, was auf der Grundlage geeignete
Implantationssequenzen erreicht werden kann, werden die Isolationsstrukturen 105 hergestellt,
wobei gut etablierte Fotolithographie-, anisotrope Ätz-, Abscheide-
und Einebnungstechniken eingesetzt werden. Es sollte beachtet werden,
dass abhängig
von der Prozessstrategie die Isolationsstrukturen 105 in
dem ersten Bauteilgebiet 110 als ein im Wesentlichen zusammenhängender
isolierender Bereich gebildet werden kann, oder entsprechend die
Halbleiterbereiche der anfänglichen
Halbleiterschicht 121 freilegen kann. Als nächstes werden die
Gateisolationsschichten 133 und die Gateelektroden 131 auf
der Grundlage moderner Oxidations- und/oder Abscheideverfahren gebildet,
woran sich das Abscheiden eines Gateelektrodematerials anschließt, das
dann auf der Grundlage moderner Lithographieschritte und entsprechender Ätzprozesse strukturiert
wird. Es sollte beachtet werden, dass entsprechende Gateelektrodenmaterialien
in dem ersten Bauteilgebiet 110 ebenso vorgesehen werden können, und
entsprechend den Bauteilerfordernissen strukturiert werden. Der
Einfachheit halber sind derartige strukturierte Gateelektrodenmaterialien,
die zur Bildung von schichtinternen Verbindungen verwendet werden
können,
in 1a nicht gezeigt. Anschließend wird der Abstandshalter 132 auf
der Grundlage von Oxidation und/oder Abscheideverfahren gebildet
und nachfolgend werden entsprechend Implantationsprozesse, etwa
Voramorphisierungsimplantationen, eine Halo-Implantation und dergleichen ausgeführt, die
durch die Halo-Gebiete 136 gebildet werden. Zu beachten
ist, dass entsprechende Implantationsprozesse für Transistoren mit unterschiedlicher
Leitfähigkeit
in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden. D. h., es werden
entsprechende Lackmasken vor einem speziellen Ionenimplantationsprozess
vorgesehen, um damit ein Einführen
unerwünschter
Dotierstoffsorten in spezielle Transistorelemente zu verhindern.
Beispielsweise kann während
der Halo-Implantation ein p-Dotiermittel in das aktive Gebiet eines
n-Kanaltransistors eingeführt werden,
während
entsprechende p-Kanaltransistoren
durch eine Lackmaske bedeckt sind. Anschließend wird eine weitere Implantationssequenz
ausgeführt,
um damit die Erweiterungsgebiete 134 bereitzustellen, wobei
die Abstandshalter 132 einen gewünschten Abstand zu dem Kanalgebiet 135 herstellen.
Danach werden die Öffnungen 111a, 111b,
auf der Grundlage geeigneter anisotrope Ätzverfahren unter Verwendung
einer Lackmaske zum Ätzen durch
das Material der Halbleiterschicht 121 oder des Materials
der Isolationsstruktur 105, wenn diese als ein im Wesentlichen
zusammenhängender
Bereich innerhalb des ersten Bauteilgebiets 110 vorgesehen sind,
gebildet. Des Weiteren ist der entsprechende Ätzprozess so gestaltet, dass
er durch die vergrabene isolierende Schicht 104 ätzt und
das Material des n-Wannengebiets 103 freilegt.
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1b zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 100 in
einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Die Transistoren 130 besitzen
eine Seitenwandabstandshalterstruktur 136 und entsprechende
tiefe Drain- und Source-Gebiete 137.
In ähnlicher
Weise ist eine entsprechende Seitenwandstruktur 116 in
den Öffnungen 111a, 111b,
und entsprechende stark dotierter Gebiete 117a, 117b,
sind in dem n-Wannengebiet 103 ausgebildet.
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Um
ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit dem Prozess zur Herstellung der Substratdiodenstruktur in dem
ersten Bauteilgebiet 110 in Bezug auf die weitere Bearbeitung
der Transistoren 136 zu schaffen, werden die entsprechenden
Fertigungsprozesse in dem ersten und dem zweiten Bauteilgebiet 110, 120 in
einer gemeinsamen Prozesssequenz ausgeführt. Somit wird die Seitenwandabstandshalterstruktur 136 auf
der Grundlage gut etablierter Abstandshalterherstellungsverfahren
gebildet, d. h. durch Abscheidung einer geeigneten Materialschicht
oder eines Schichtstapels und strukturierenden entsprechenden Schicht
durch anisotrope Ätzverfahren.
Somit wird die Schicht auch in den Öffnungen 111a, 111b,
abgeschieden, woraus sich die Seitenwandabstandshalterstruktur 116 nach
dem anisotropen Ätzprozess
ergibt. Anschließend
werden die tiefen Drain- und Source-Gebiete 137 durch eine entsprechende
Ionenimplantationssequenz gebildet, in dem beispielsweise zunächst die
p-Transistoren in dem zweiten Bauteilgebiet 120 und auch
die Öffnung 111b abgedeckt
werden und ein n-Dotiermittel eingeführt wird, wodurch die tiefen
Drain- und Source-Gebiete 137 der n-Kanaltransistoren erhalten
werden und auch das stark dotierte Gebiet 117a erzeugt
wird. Danach wird ein entsprechender Implantationsprozess auf der
Grundlage eines p-Dotiermittels ausgeführt. Als nächstes werden entsprechende
Ausheizsequenzen ausgeführt,
um die Dotiermittel zu aktivieren und um auch durch die Implantation
hervorgerufene Schäden
in den Drain- und Source-Gebieten 137 und in
den stark dotierten Gebieten 117a, 117b, zu rekristallisieren.
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Wie
zuvor erläutert
ist, werden zahlreiche Mechanismen eingesetzt, um das Transistorverhalten
in dem zweiten Bauteilgebiet 120 zu verbessern. Beispielsweise
kann der Reihenwiderstand in den entsprechenden Transistoren 130 reduziert
werden, in dem ein entsprechendes Metallsilizid in den Drain- und
Source-Gebieten 137 näher
an dem Kanalgebiet ausgebildet wird. Somit kann die Abstandshalterstruktur 136 vor
dem entsprechenden Silizidierungsprozess entfernt werden, wobei
zusätzlich
auch ein verspanntes dielektrisches Material näher an dem Kanalgebiet nach
dem Silizidierungsprozess vorgesehen werden kann.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit entsprechenden
Metallsilizidgebieten 138, die auf den entsprechenden Transistoren 130 mit
einem geringeren lateralen Abstand in Bezug auf die Kanalgebiete 135 ausgebildet
sind. In ähnlicher
Weise sind entsprechende Metallsilizidgebiete 118 auch
in den dotierten Gebieten 117a, 117b, gebildet.
Vor dem entsprechenden Silizidierungsprozess wird die Abstandshalterstruktur 136 auf
der Grundlage gut etablierter Ätzverfahren
entfernt, wobei auch die Abstandshalterstrukturen 116 entfernt werden.
Nach dem Entfernen der Abstandshalterstrukturen 116 ist
jedoch die Herstellung der entsprechenden Metallsilizide 118 äußerst kritisch,
da die Eigenschaften einer Substratdiode 140, die durch den
pn-Übergang
des Gebiets 117b und des n-Wannengebiets 103 definiert
ist, im Wesentlichen durch die Dotierstoffkonzentration in der Nähe des pn-Übergangs
bestimmt sind. Während
der vorhergehenden Fertigungssequenz wurde eine gewisse Überlappung
der Gebiete 117a, 117b, mit dem entsprechenden
Material der vergrabenen isolierenden Schicht 104 erzeugt,
insbesondere in dem p-dotierten Gebiet 117b aufgrund der
Dotierstoffdiffusion während
der entsprechenden Ausheizprozesse. Da jedoch die Metallsilizidgebiete 118 ohne
die Abstandshalterstruktur 116 (siehe 1b)
gebildet werden, bietet die verbleibende Überlappung 119 des p-Dotiermittels
des Bereichs 117b mit der vergrabenen isolierenden Schicht 104 nur
noch eine geringe Prozesstoleranz für einen Silizidierungsprozess,
was dann zu einem Kurzschluss des entsprechenden pn-Übergangs
aufgrund der Wanderung von Metallsilizid in das leicht n-dotierte Wannengebiet 103 führen kann.
Selbst, wenn ein entsprechender Kurzschluss nicht auftritt, wenden
die sich einstellenden Eigenschaften des pn-Übergangs dennoch stark von
den Prozessbegebenheiten des Silizidierungsprozesses ab, da der
Abstand des entsprechenden Metallsilizidgebiets 118 in
Bezug auf den pn-Übergang
in den Bereichen 119 variieren kann und damit die entsprechenden
Diodeneigenschaften beeinflussen kann. Ferner wird während des
Silizidierungsprozesses, der das Abscheiden es hochschmelzenden
Metalles erfordern kann, Reinigungsprozesse typischerweise ausgeführt, die
die entsprechenden Seitenwände
der Öffnungen 111a, 111b schädigen können, wodurch möglicherweise
ein Überlapp
zwischen dem p-dotierten
Gebiet 117b und dem entsprechenden isolierenden Material
der Schicht 104 in dem Bereich 119 weiter verringert
werden kann. Somit muss die Substratdiode 140 unter Umständen auf
der Grundlage deutlich geringerer Prozessgrenzen hergestellt werden, wenn
eine entsprechende Prozesssequenz zur Verbesserung des Leistungsverhaltens
der Transistoren 130 ausgeführt wird. Es sollte beachtet
werden, dass ein entsprechender „Kurzschluss" in dem Gebiet 117a weniger
kritisch ist, da das Verhalten der Substratdiode 140 im
Wesentlichen durch den pn-Übergang
festgelegt ist, der durch das n-Wannengebiet 103 und das
Gebiet 117b gebildet ist.
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Somit
wird der Leistungszuwachs, der durch den geringeren Strahlenwiderstand
in den Transistoren 130 und durch den geringeren Abstand
eines verspannten dielektrischen Materials 139, das beispielsweise
in Form einer Siliziumnitridschicht vorgesehen ist, gewonnen wird,
auf Kosten einer geringeren Zuverlässigkeit der Substratdiode 140 erhalten.
Somit kann die konventionelle Prozesstechnik zur Herstellung der
Substratdiode 140 eine geringere Prozesstoleranz im Hinblick
auf Prozessvariationen bei der Herstellung von Transistorelementen
mit hoher Leistungsfähigkeit
aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich an diverse Verfahren und Systeme,
die einige oder alle der zuvor genannten Probleme lösen oder
zumindest verringern können.
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Überblick über die Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken zur Herstellung
von Substratdioden in SOI-Bauelementen, wobei ein hohes Maß an Kompatibilität mit Prozessstrategien
zur Herstellung entsprechender Transistorelemente beibehalten wird,
wobei dennoch höhere
Prozesstoleranzen bereitgestellt werden, wenn Mechanismen eingeführt werden,
die das Transistorleistungsvermögen
verbessern. In einigen Aspekten wird eine erhöhte Prozessstabilität und damit
Stabilität
der Diodeneigenschaften erreicht, indem die Prozesse zur Herstellung
entsprechender Öffnungen
für die
Substratdiode und die Fertigungssequenz für entsprechende Transistorelemente
in geeigneter Weise koordiniert werden, um damit die Abhängigkeit
der Diodeneigenschaften von entsprechenden leistungssteigernden Maßnahmen
zu verringern. Durch geeignetes Definieren des Zeitpunktes während des
gesamten Prozessablaufs, an dem der Fertigungsprozess für die Substratdiode
begonnen wird und parallel zur Fertigungssequenz für die Transistoren
verläuft,
können zusätzliche
Prozessschritte in Bezug auf konventionelle Strategie, wie sie zuvor
beschrieben sind, im Wesentlichen vermieden werden. Somit kann eine Verringerung
des Durchsatzes verhindert werden, wobei dennoch die Produktionsausbeute
aufgrund der größeren Prozesstoleranzen
während
der Herstellung der Substratdiode verbessert wird. In anderen Aspekten
wird ein zusätzlicher
Abstand in den entsprechenden Diodenöffnungen vorgesehen, ohne dass
die verbleibenden Bauteilbereiche betroffen werden, wobei gut etablierte
Prozessverfahren eingesetzt werden können. Folglich kann auch in
diesem Falle eine deutliche Verbesserung im Hinblick auf die Prozessrobustheit
und das Transistorleistungsverhalten erreicht werden, ohne dass
zur Prozesskomplexität
beigetragen wird.
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Eine
anschauliche Technik, die hierin offenbar ist, umfasst das Bilden
einer ersten Öffnung
und einer zweiten Öffnung
in einem ersten Bauteilgebiet eines SOI-Bauelements, während ein zweites Bauteilgebiet
abgedeckt ist, wobei die erste und die zweite Öffnung sich durch eine vergrabene
isolierende Schicht bis zu einem kristallinen Substratmaterial erstrecken,
während
das zweite Bauteilgebiet darin ausgebildet den ersten Transistor
und einen zweiten Transistor mit jeweils einem Erweiterungsgebiet
aufweisen. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Bilden von Drain-
und Source-Gebieten
in dem ersten Transistor und einem ersten dotierten Gebiet in dem kristallinen
Substratmaterial, das durch die erste Öffnung freigelegt ist, wobei
die Drain- und Source-Gebiete
und das erste dotierte Gebiet in einem gemeinsamen ersten Drain/Source-Implantationsprozess hergestellt
werden. Es werden Drain- und Source-Gebiete in dem zweiten Transistor
und ein zweites dotiertes Gebiet in dem kristallinen Substratmaterial, das
durch die zweite Öffnung
freigelegt ist, in einem gemeinsamen zweiten Drain/Source-Implantationsprozess
gebildet. Schließlich
wird ein Metallsilizid in dem ersten und dem zweiten Transistor
und dem ersten und dem zweiten dotierten Gebiet gebildet.
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Ein
weiteres anschauliches Verfahren, wie es hierin beschrieben ist,
umfasst das Bilden einer Abstandsschicht in einer ersten Öffnung,
die in dem ersten Bauteilgebiet eines SOI-Bauelements angeordnet
ist, und umfasst das Bilden der Abstandsschicht über einem ersten Transistor,
der in einem zweiten Bauteilgebiet ausgebildet ist, wobei die erste Öffnung sich
durch eine vergrabene isolierende Schicht bis zu einem kristallinen
Substratmaterial erstreckt. Danach wird ein Abstandshalter auf einem Teil
von Seitenwänden
der ersten Öffnung
gebildet, während
die Abstandsschicht von dem ersten Transistor entfernt wird. Schließlich wird
ein Metallsilizid in dem ersten Transistor und in dem kristallinen
Substratmaterial gebildet, dass durch die erste Öffnung freigelegt ist, die
darin ausgebildet den Abstandshalter aufweist.
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Ein
noch weiteres anschauliches Verfahren, dass hierin beschrieben ist,
umfasst das Bilden einer ersten Öffnung
und einer zweiten Öffnung
für eine Substratdiode,
wobei die erste und die zweite Öffnung
sich durch eine vergrabene isolierende Schicht erstrecken, die ein
kristallines Substratmaterial von einer kristallinen Halbleiterschicht
trennt. Es werden Ionensorten durch die erste und die zweite Öffnung in das
kristalline Substratmaterial während
mindestens einer Implantationsprozesssequenz eingeführt, die ausgeführt wird,
um Drain- und Source-Gebiete von Transistoren zu bilden, die in
der Halbleiterschicht gebildet sind. Ferner wird ein Abstandshalter
lokal in der ersten und der zweiten Öffnung gebildet und es wird
ein Metallsilizid in dem dotierten kristallinen Substratmaterial
an der ersten und der zweiten Öffnung auf
der Grundlage des Abstandshalters gebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a–1c schematisch
Querschnittsansichten eines SOI-Bauelements während diverser Fertigungsphasen
zeigen, wobei eine Substratdiode gemäß Fertigungsverfahren zum Verbessern
des Transistorverhaltens entsprechend Feldeffekttransistoren gebildet
wird;
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2a–2e schematisch
Querschnittsansichten eines SOI-Bauelements während diverser Fertigungsphasen
bei der Herstellung einer Substratdiode entsprechend einer Fertigungstechnik
zur Verbesserung des Transistorverhaltens zeigen, wobei zusätzlich größere Prozesstoleranzen
für die
Substratdiode gemäß anschaulicher
Ausführungsformen erreicht
werden; und
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3a–3f schematische
Querschnittsansichten eines SOI-Bauelements während diverser Fertigungsphasen
zeigen, wobei eine Substratdiode auf der Grundlage von Opferabstandselementen
gemäß weiteren
anschaulichen Ausführungsformen
gebildet wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu Ausführungsformen beschrieben wird,
die in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen
dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende
detaillierte Beschreibung für
die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf
die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern
die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betrifft der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
eine Technik zur Herstellung einer Substratdiode in modernen SOI-Bauelementen,
wobei eine erhöhte
Prozessrobustheit erreicht wird, indem die Fertigungssequenz für die Substratdiode
innerhalb des Prozessablaufs zur Herstellung für Transistorelemente in geeigneter
Weise gestartet wird, und/oder indem zusätzliche Gestaltungsmaßnahmen,
etwa Abstandshalter, bereitgestellt werden, wobei die Fertigungssequenz
in Bauteilbereichen für
das Ausbilden von Transistorstrukturen nicht unerwünscht beeinflusst
wird. Folglich werden die entsprechenden Diodeneigenschaften wesentlicher
durch Variationen und Anpassungen beeinflusst, die in der Fertigungssequenz
zur Verbesserung des Transistorverhaltens modernster SOI-Bauelemente
erforderlich sind. Somit können
entsprechende Verbesserungen im Prozessablauf eingerichtet werden,
ohne dass im Wesentlichen ein Einfluss auf das Fühlerverhalten der entsprechenden
Substratdioden ausgeübt
wird, wodurch eine erhöhte
Flexibilität
bei der Gestaltung und bei der Herstellung moderner integrierter
Schaltungen geschaffen wird. Folglich wird in einigen Aspekten der
vorliegenden Erfindung der Silizidierungsprozess in der Substratdiode
und den entsprechenden Transistorelementen – obwohl als ein gemeinsamer
Fertigungsprozess ausgeführt – in effizienter
Weise in Bezug auf den entsprechenden Silizidabstand von kritischen
Bauteilbereichen entkoppelt, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird,
in effizienter Weise den Reihenwiderstand in den Transistorbauelementen
zu reduzieren und auch einen verbesserten Verspannungstransfermechanismus
bereit zu stellen, wobei gleichzeitig die Gefahr des Kurzschlusses
des pn-Übergangs
in der Substratdiode reduziert wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
wird die entsprechende Robustheit bei der Herstellung entsprechender
Metallsilizidgebiete auf der Grundlage eines effizienten Prozessablaufs
erreicht, ohne dass im Wesentlichen zusätzliche Prozessschritte im
Vergleich zu konventionellen Strategien erforderlich sind, wodurch
im Wesentlichen keine zusätzliche
Prozesskomplexität
geschaffen wird. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen
werden entsprechende Versatzabstandshalter in der Substratdiode
während
einer geeigneten Fertigungsphase bereitgestellt, wobei die Transistorstrukturen
im Wesentlichen nicht beeinflusst werden. Die entsprechenden Versatzabstandshalter
können
auf der Grundlage gut etablierter Verfahren hergestellt werden,
wodurch die Möglichkeit geschaffen
wird, andere und typischerweise komplexere Prozessstrategien zur
Verbesserung der Prozessrobustheit bei der Herstellung von Substratdioden
in SOI-Bauelmenten
zu vermeiden. Somit können
auch in diesem Falle die Produktionskosten gesenkt werden.
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Mit
Bezug zu den 2a–4c werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200,
das zumindest teilweise eine SOI-(Silizium-auf-Isolator)Konfiguration
aufweist. D. h., das Halbleiterbauelement 200 umfasst zumindest
in einem größeren Bereich davon
ein Substrat 201 mit einem darauf ausgebildeten im Wesentlichen
kristallinen Substratmaterial 202, das ein Silizium-basiertes
Material repräsentiert, d.
h. ein Material, das einen wesentlichen Anteil an Silizium aufweist,
um damit das Herstellen eines Metallsilizids zu ermöglichen.
Ferner kann eine vergrabene isolierende Schicht 204, etwa
eine Siliziumdioxidschicht oder ein anderes geeignetes Material über dem
Substratmaterial 202 gebildet sein, um damit eine Silizium-basierte
Halbleiterschicht 221 von dem Substratmaterial 202 zu
trennen. Somit repräsentiert die
Halbleiterschicht 221 in Verbindung mit der vergrabenen-isolierenden
Schicht 204 und dem Substratmaterial 202 in einer
Anfangsfertigungsphase eine SOI-Konfiguration, wobei zu beachten
ist, dass in anderen Bauteilbereichen des Bauelements 200 eine im
Wesentlichen vollsubstrat-artige Konfiguration vorgesehen sein kann,
abhängig
von den Bauteilerfordernissen. Das Halbleiterbauelement 200 umfasst ferner
ein erstes Bauteilgebiet 210, in und über welchem eine entsprechende
Substratdiode herzustellen ist, und umfasst ein zweites Bauteilgebiet 220 mit mehreren
Schaltungselementen, etwa Feldeffekttransistoren, wobei der Einfachheit
halber ein einzelner Transistor 230 in 2a gezeigt
ist. Der Transistor 230 umfasst eine Gateelektrode 231,
die auf einer entsprechenden Gateisolationsschicht 233 ausgebildet
ist, die die Gateelektrode 231 von einem Kanalgebiet 235 trennt,
das in der Halbleiterschicht 221 angeordnet ist. Ferner
sind entsprechende Erweiterungsgebiete 234 in der Schicht 221 ausgebildet
und eine Seitenwandabstandshalterstruktur 236 ist an Seitenwänden der
Gateelektrode 231 gebildet. Die Abstandshalterstruktur 236 ist
so gestaltet, dass ein gewünschter
lateraler Abstand für
einen weiteren Ionenimplantationsprozess geschaffen wird, der in
einer späteren
Phase auszuführen
ist, um damit entsprechende tiefe Drain- und Source-Gebiete in der Halbleiterschicht 221 zu
schaffen. Es sollte beachtet werden, dass die Abstandshalterstruktur 236 mehrere
einzelne Abstandshalter aufweisen kann, die zwischenzeitlich in
entsprechenden Implantationsprozessen hergestellt werden, wenn sehr
anspruchsvolle laterale Dotierstoffprofile erforderlich sind. In
einer anschaulichen Ausführungsform
repräsentiert
die Abstandshalterstruktur 236 eine Struktur, wie sie für die abschließende Implantationssequenz
erforderlich ist, um damit das schließlich gewünschte Dotierstoffprofil zu
schaffen, mit Ausnahme nachfolgender Ausheizprozesse und der entsprechenden
Dotierstoffdiffusion, die damit verknüpft sein kann. In dem zweiten Bauteilgebiet 220 sind
Isolationsstrukturen 205 vorgesehen, um damit entsprechende
aktive Gebiete für Transistorelemente
unterschiedlicher Leitfähigkeitsart
und entsprechend den Bauteilerfordernissen abzugrenzen. Der Einfachheit
halber ist eine einzelne Isolationsstruktur 205 gezeigt,
die als eine vertikale Grenze dienen kann, um das erste und das
zweite Bauteilegebiet 210, 220 zu trennen. Ferner
ist in der gezeigten Fertigungsphase eine Ätzmaske 206 vorgesehen,
die das zweite Bauteilgebiet 220 abdeckt, während entsprechende
Bereiche des ersten Bauteilegebiets 210 frei liegen, in
denen Öffnungen
zum freilegen des Substratmaterials 202 zur Herstellung einer
Substratdiode darin auszubilden sind. In der gezeigten Ausführungsform
ist ein entsprechender n-Potentialtopf bzw. ein n-Wannengebiet in
dem Substratmaterial 202 entsprechend dem ersten Bauteilgebiet 210 angeordnet.
Somit ist in der in 2a gezeigten Ausführungsform
der Transistor 230 in einer Fertigungsphase, in der die
Abstandshalterstruktur 236 zum Definieren der Drain- und
Source-Gebiete bereits vorhanden ist, während das entsprechende Substratmaterial 202 in
dem ersten Bauteilgebiet 210 noch durch die vergrabene
isolierende Schicht 204 und die Halbleiterschicht 221 oder
die Isolationsstruktur 205, wenn diese als ein im Wesentlichen
zusammenhängender
Bereich in dem ersten Bauteilgebiet 210 vorgesehen ist,
geschützt
ist.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 200,
wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Das n-Wannengebiet 203 wird gemäß gut etablierter Verfahren
hergestellt. Danach werden die Schaltungselemente in dem zweiten
Bauteilgebiet 220, etwa der Transistor 230, auf
der Grundlage geeigneter Prozessverfahren hergestellt, wie sie beispielsweise
auch in Bezug zu dem Bauelement 100 und 1a beschrieben
sind, oder auf der Grundlage anderer geeigneter Prozessstrategien.
D. h., geeignete Dotierstoffprofile können in der Halbleiterschicht 220 beispielsweise
nach dem Bilden der Isolationsstrukturen 205 geschaffen
werden, um damit gewisse Transistoreigenschaften, etwa die Schwellwertspannung
und dergleichen einzustellen. Anschließend werden die Gateelektrode 231,
die Gateisolationsschicht 233 und entsprechende Versatzabstandshalterstrukturen
gemäß entsprechender
bekannter Prozessstrategien gebildet, woran sich Implantationssequenzen
anschließen,
die z. B. Voramorphisierungsimplantationen, Halo-Implantationen
enthalten, wie dies zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben
ist, und schließlich
werden entsprechende Implantationsprozesse zur Herstellung der Erweiterungsgebiete 234 ausgeführt. Wie
zuvor erläutert
ist, können
die Halo-Implantation und die Erweiterungsimplantation gemäß einem
speziellen Maskierungsschema ausgeführt werden, um damit die gewünschten
Dotierstoffsorten in den diversen Transistorarten vorzusehen, die
in dem zweiten Bauteilgebiet 220 gebildet sind. Danach
wird die Abstandshalterstruktur 236 beispielsweise durch
Abscheiden einer geeigneten Ätzstoppschicht
gebildet, woran sich eine Abstandsschicht anschließt, die
dann anisotrop geätzt
wird, um damit entsprechende Seitenwandabstandshalter zu schaffen.
Es sollte beachten werden, dass zwei oder mehrere einzelne Abstandshalterelemente
in der Struktur 236 gebildet werden können, wobei entsprechende Implantationsprozesse
zwischenzeitlich ausgeführt
werden können,
um damit ein komplexes Dotierstoffprofil bei Bedarf zu schaffen.
Anschließend wird
die Maske 306 auf der Grundlage von Lithographie gebildet,
wodurch ein Teil der Schicht 221 freigelegt wird, in welchem
entsprechende Öffnungen,
die sich in das Substratmaterial 202 in dem ersten Bauteilgebiet 210 erstrecken,
zu bilden sind. Das Bauelement 200 wird dann einem Ätzprozess 207 unterzogen,
der auf der Grundlage einer geeigneten Ätzchemie ausgeführt wird,
um durch die Schicht 221 oder durch die Isolationsstrukturen 205 zu ätzen, wenn
die Schicht 221 durch isolierendes Material während einer
entsprechenden Prozesssequenz zur Herstellung der Isolationsstrukturen 205 ersetzt
würde.
Ferner ist der Ätzprozess 207 so
gestaltet, um durch die vergrabene isolierende Schicht 204 (siehe 2b) zu ätzen, um
schließlich
entsprechende Bereiche des n-Wannengebiets 203 freizulegen,
wodurch die Prozesssequenz zur Herstellung einer Substratdiode in
dem Substratmaterial 202, d. h. in dem n-Wannengebiet 203,
vorbereitet oder begonnen wird.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Entsprechende Öffnungen 211a, 211b sind
in dem ersten Bauteilgebiet 210 ausgebildet, so dass das
Substratmaterial 202 zur Bildung einer entsprechenden Substratdiode
darin freigelegt ist. Ferner ist in dieser Fertigungsphase eine
entsprechende Implantationsmaske 208p vorgesehen, die Bereiche
des zweiten Bauteilgebiets 220, d. h. den Transistor 230 für einen
Ionenimplantationsprozeß 209p freilegt,
um damit eine Dotierstoffsorte einzuführen, die zur Herstellung entsprechender
Drain- und Source-Gebiete 237 erforderlich ist. In der
gezeigten anschaulichen Ausführungsform
wird in der Implantation 209p ein p-Dotiermittel eingeführt, etwa Bor und dergleichen,
wobei der Transistor 230 einen p-Kanaltransistor repräsentiert. Während des Implantationsprozesses 209p wird
auch eine entsprechende Dotierstoffsorte in das freiliegende Substratmaterial 202 eingeführt, wodurch
ein entsprechendes stark dotiertes Gebiet 217b erzeugt
wird. Typischerweise ist der Implantationsprozess 209p so
gestaltet, um ein gewünschtes
Dotierstoffprofil für
die Drain- und Source-Gebiete 237 zu erhalten, wobei aufgrund vorhergehender
Implantationsprozesse, etwa einem Voramorphisierungsprozess, ein
moderat scharfes Profil auf der Grundlage der Seiten- und Abstandshalterstruktur 236 erhalten
wird, was im Hinblick auf ein verbessertes Transistorverhalten wünschenswert sein
kann, da hier moderat abrupte pn-Übergänge die Steuerbarkeit und das
Durchlassstromverhalten des Bauelements 230 verbessern
können.
Andererseits kann die hohe kristalline Qualität des freiliegenden Substratmaterials 202 in
der Öffnung 211b zu
einer deutlich lateralen Ablenkung der eintreffenden Ionen führen, insbesondere
wenn Bor betrachtet wird, wodurch sich eine deutliche laterale Weitung
der Dotierstoffverteilung ergibt, wobei aufgrund der fehlenden Seitenwandabstandshalter,
wie sie typischerweise in dem mit Bezug zu den 1a–1c beschriebenen
konventionellen Vorgehen vorhanden sind, die entsprechende Dotierstoffsorte
auch lateral unter den entsprechenden Seitenwandbereichen der Öffnung 211b positioniert
wird, wie dies durch die Pfeile 209 angegeben ist.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
nachfolgenden Implantationsprozesses 209n, der auf der
Grundlage einer weiteren Lackmaske 208n ausgeführt wird,
die p-Transistoren abdeckt, etwa den Transistor 230, und die
n-Transistoren (nicht
gezeigt) freilässt
und auch die Öffnung 211a freilässt. Deutlich
wird ein entsprechend stark dotiertes Gebiet 217a in dem
n-Wannengebiet 203 gebildet.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
Ausheizprozesses 250, der zum Aktivieren der Dotierstoffsorte
und zum Rekristallisieren von durch die Implantation hervorgerufener
Schäden
ausgeführt
wird. Beispielsweise führt der
Ausheizprozess 250 zu einer weiteren Diffusion der Dotiermitteln,
insbesondere der p-Dotiermitteln in dem Gebiet 217b, da
typischerweise Bor eine höhere Diffusionsaktivität im Vergleich
zu n-Dotiersorten aufweist. Während
des Ausheizprozesses 250 kann eine entsprechende Dotierstoffdiffusion
in den Drain- und Source-Gebieten 237 deutlich im Vergleich
zu dem Gebiet 217b aufgrund des stärker geschädigten oder sogar im Wesentlichen
amorphisierten Zustands des kristallinen Materials in den Gebieten 237 verringert
werden. Auf der anderen Seite ergibt die gewünschte erhöhte Diffusionsaktivität in dem
deutlich weniger geschädigten
kristallinen Material des Gebiets 217b einem größeren Überlapp
mit dem isolierenden Material der vergrabenen isolierenden Schicht 204,
wie dies durch die Pfeile 251 angezeigt ist. Folglich werden
moderat scharfe pn-Übergänge in dem
Transistor 230 beibehalten, während der entsprechende Dotierstoffgradient
zwischen dem n-Wannengebiet 203 und dem Gebiet 217b reduziert werden
kann, wodurch bessere Diodeneigenschaften bereitgestellt werden
und wodurch auch eine höhere
Robustheit in Bezug auf Prozessschwankungen während der nachfolgenden Prozesse
geschaffen wird. Es sollte beachtet werden, dass der Ausheizprozess 250 moderne
Verfahren auf der Grundlage von Strahlungsimpulsen umfassen kann,
die durch Laser-basierte oder Blitztlichtbasierte Systeme erzeugt
werden. Folglich kann in derartigen Vorgehensweisen die Dotierstoffdiffusion
deutlich verringert werden oder kann im Wesentlichen vollständig vermieden
werden, wodurch auch verbesserte Transistoreigenschaften in dem
Bauelement 230 geschaffen werden. In diesem Falle kann
die entsprechende Diffusionsaktivität in dem Gebiet 217b ebenso
deutlich reduziert sein oder vermieden werden, wobei jedoch die
entsprechende laterale Verteilung der Dotierstoffsorte während des
vorhergehenden Implantationsprozesses 209p dennoch für eine deutliche
Verbesserung in Bezug auf die Prozessrobustheit sorgt. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen
kann einem entsprechenden modernen Ausheizprozess ein Ausheizprozess
vorausgehen, der auf der Grundlage moderat geringer Temperaturen
ausgeführt wird,
die ein effizientes Diffundieren der Dotiermitteln in dem Gebiet 217b ermöglichen,
jedoch im Wesentlichen eine deutliche Diffusion in den im Wesentlichen
amorphisierten Drain- und Source-Gebieten 237 unterdrücken.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. In der in 2 je
dargestellten Ausführungsform ist
eine Substratdiode 240 durch den pn-Übergang definiert, der durch
das Gebiet 217b und das n-Wannengebiet 203 gebildet
ist, während
das Gebiet 217a im Wesentlichen als ein Kontaktbereich
für die
Diode 240 dient. Ferner sind entsprechende Metallsilizidgebiete 218 in
der Diode 240 vorgesehen und entsprechende Metallsilizidgebiete 238 sind
auch in dem Transistorbauelement 230 ausgebildet. In der
dargestellten Ausführungsform
sind die Metallsilizidgebiete 238 und die Drain- und Source-Gebiete 237 mit
einem geringeren Abstand in Bezug auf das Kanalgebiet 235 ausgebildet,
was erreicht werden kann, in dem die entsprechende Abstandshalterstruktur 238 entfernt
wird, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben
ist. D. h., die Abstandshalterstruktur 236, die als Siliziumnitrid
aufgebaut ist, kann selektiv zu einer entsprechenden Beschichtung
(nicht gezeigt) abgetragen werden, die beispielsweise als Siliziumdioxid aufgebaut
ist und die zumindest teilweise die Seitenwandbereiche der Gateelektrode 231 bedeckt.
Während
des entsprechenden äußerst selektiven Ätzprozesses
können
die entsprechenden Seitenwände
der Öffnungen 217a, 211b die
hohe Ätzselektivität aufweisen,
wenn diese aus Siliziumdioxid hergestellt sind. Somit kann die entsprechende Überlappung 219 des
Gebiets 217b im Wesentlichen beibehalten werden. Den nachfolgenden
Reinigungsprozessen, die vor dem Abscheiden eines hochschmelzenden Metalls
ausgeführt
werden, sorgt der größere Überlapp 219 auch
für ausreichende
Prozesstoleranzen in Bezug auf eine Erosion der Seitenwände der Öffnung 211b.
Folglich kann das Metallsilizidgebiet 218 mit einer deutlich
geringeren Wahrscheinlichkeit zur negativen Beeinflussung der Dotierstoffkonzentration
in dem Bereich 219 ausgebildet werden, wodurch eine bessere
Stabilität
der Diodencharakteristik erreicht wird, ohne dass ein entsprechender
Kurzschluss des pn-Übergangs
in dem Gebiet 217 hervorgerufen wird. Somit bleiben die
Eigenschaften der Substratdiode 240 relativ stabil, unabhängig von
Prozessvariationen während
des Silizidierungsprozesses.
-
Danach
wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, in dem beispielsweise
ein stark verspanntes dielektrisches Material abgeschieden wird,
etwa eine verspannte Ätzstoppschicht
und dergleichen, um das Leistungsvermögen des Transistors 230 zu
verbessern. Beispielsweise kann eine dielektrische Schicht mit einer
hohen inneren Druckverspannung über dem
Transistor 230 gebildet werden, wie dies beispielsweise
mit Bezug zu 1c geschrieben ist, wobei ein
entsprechendes dielektrisches Material mit hoher Zugverspannung über entsprechenden
n-Kanaltransistoren gebildet werden kann (nicht gezeigt). Zu diesem
Zweck können
Siliziumnitridschichten auf der Grundlage geeigneter ausgewählter Prozessparameter
abgeschieden werden, die für
die gewünschte
Art und Größe der inneren
Verspannung sorgen, wobei geeignete Strukturierungsschemata eingesetzt
werden, um selektiv die diversen dielektrischen Materialen über unterschiedliche
Arten von Transistoren anzuordnen. Somit kann der zuvor beschriebene
Prozessablauf ein hohes Maß an
Kompatibilität mit
konventionellen Strategien aufweisen und kann daher ohne zusätzliche
Prozessschritte ausführen, wobei
dennoch für
ein hohes Maß an
Entkopplung der Diodeneigenschaften von entsprechenden Silizidierungsabläufen geschaffen
wird.
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Mit
Bezug zu den 3a–4c werden
weitere anschauliche Ausführungsformen
nunmehr beschrieben, in denen ein größerer Abstand von Metallsilizidgebieten
zu einem pn-Übergang
einer Substratdiode auf der Grundlage zusätzlicher Abstandshalterelemente
vorgesehen wird, ohne dass im Wesentlichen die Fertigungssequenz
für die
Transistorbauelemente beeinflusst wird.
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3a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 300 mit mindestens
einem Bereich, der eine SOI-Konfiguration repräsentiert. Das Bauelement 300 umfasst
ein Substrat 301, ein Substratmaterial 302, eine
vergrabene isolierende Schicht 304 und eine Halbleiterschicht 321,
d. h. zumindest in einem zweiten Bauteilgebiet 320, während das
erste Bauteilgebiet 310 entsprechend der Öffnungen 311a, 311b aufweist.
Das zweite Bauteilgebiet 320 enthält mehrere Schaltungselemente,
etwa einen ersten Transistor 330a und einen zweiten Transistor 330b, die
Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart und dergleichen
repräsentieren.
Beispielsweise können
die Transistoren 330a, 330b in der lateralen Richtung
durch entsprechenden Isolationsstrukturen 305 getrennt
sein, die auch in dem ersten Bauteilgebiet 310 vorgesehen
sein können.
Ferner können
in dieser Fertigungsweise entsprechende Drain- und Source-Gebiete 337,
den Transistoren 330a, 330b ausgebildet sein,
und in ähnlicher
Weise können stark
dotierte Gebiete 317a, 317b mit dem Substratmaterial 302 ausgebildet
sein, das auch ein entsprechendes Potentialtopfgebiet bzw. Wannengebiet 303 enthält. Es sollte
beachtet werden, dass für
die bislang beschriebenen Komponenten die gleichen Kriterien gelten,
wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 erläutert sind.
Das Bauelement 300 umfasst ferner in dieser Fertigungsphase
eine Abstandsschicht 360, die konform in den Öffnungen 311a, 311b und über dem
zweiten Bauteilgebiet 320, d. h. den Transistoren 330a, 330b ausgebildet
ist. Ferner ist eine Ätzstoppschicht
konform unter der Abstandschicht 360 ausgebildet. Die Schichten 360 und 361 können durch
beliebige geeignete Materialien hergestellt werden, etwa mit Siliziumnitrid,
Siliziumdioxid und dergleichen, solange eine ausreichend hohe Ätzselektivität zwischen
diesen beiden Schichten besteht.
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Das
Halbleiterbauelement 300 kann auf der Grundlage der folgenden
Prozesse hergestellt werden. Die Transistoren 330a, 330b und
die Öffnungen 311a, 311b können auf
der Grundlage einer Fertigungssequenz hergestellt werden, wie dies
beispielsweise mit Bezug zu dem Bauelement 200 beschrieben
ist. D. h., die Öffnungen 311a, 311b können nach
dem Ausbilden entsprechender Seitenwandabstandshalterstrukturen 336 gebildet
werden, die zum Definieren der Drain- und Source-Gebiete 337 eingesetzt
werden, wobei die Herstellung von Abstandshaltern an Seitenwänden der Öffnungen 311a, 311b vermieden
wird. Wie nachfolgend mit Bezug zu den 3b–3f beschrieben
ist, können
in anderen Ausführungsformen
entsprechende Seitenwandabstandshalter in den Öffnungen 311a, 311b vorgesehen
werden, bevor der Schichtstapel 360, 361 aufgebracht
wird. Im Hinblick auf Fertigungsverfahren sei auf das Bauelement 200 verwiesen.
Somit können
die entsprechenden dotierten Gebiete 317a, 317b während entsprechender
Implantationssequenzen gebildet werden, um damit die Drain- und
Source-Gebiete 337 der Transistoren 330a, 330b zu
bilden. Die Ätzstoppschicht 361 kann
beispielsweise auf der Grundlage einer Plasma unterstützten CVD (klinische
Dampfabscheidung) oder einer anderen geeigneten Abscheidetechnik
gebildet werden. Anschließend
wird die Abstandsschicht 360 beispielsweise durch Plasma
unterstütze
CVD aufgebracht, wobei ähnliche
Prozessrezepte angewendet werden, wie sie auch eingesetzt werden,
wenn die Abstandshalterstruktur 336 hergestellt wird. Danach
wird das Bauelement 300 einem anisotropen Ätzprozess 362 auf
der Grundlage einer Ätzchemie
unterzogen, die eine hohe Ätzselektivität im Bezug
auf die Ätzstoppschicht 361 aufweist.
Zum Beispiel sind gut etablierte Ätzrezepte für Siliziumnitrid und Siliziumdioxid
verfügbar.
Der anisotrope Ätzprozess 362 führt zunächst zu
einem Materialabtrag der Schicht 360 an horizontalen Oberflächenbereichen, ähnlich wie
in entsprechenden Abstandshalterätzprozessen,
wobei der Prozess 362 fortgesetzt wird, um auch vertikale
Materialreste in dem zweiten Bauteilgebiet 320 zu entfernen.
Da eine deutliche Höhendifferenz
zwischen der Höhenabmessung
der Öffnungen 311a, 311b und den
entsprechenden Gateelektroden 331 besteht, bleibt ein merklicher
Anteil des Materials der Schicht 360 an Seitenwandbereichen
innerhalb der Öffnungen 311a, 311b bestehen,
selbst nachdem die Schicht 360 im Wesentlichen vollständig auf
dem zweiten Bauteilgebiet 320 abgetragen ist. Danach können geringe
Reste der Schicht 360 auf der Grundlage nass- chemischer Ätzrezepte
entfernt werden, die nicht wesentlich die verbleibenden Bereiche
innerhalb der Öffnungen 311a, 311b beeinflussen.
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3b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem oben
beschriebenen Ätzprozess 362.
Somit sind Ersatz- oder Opferabstandselemente 360s in den Öffnungen 311a, 311b geschaffen,
wodurch eine reduzierte Breite an der Unterseite der entsprechenden Öffnungen
entsteht. Anschließend
wird die Ätzstoppschicht 361 beispielsweise
auf der Grundlage geeigneter nass-chemischer Prozesse oder Trockenätzprozesse
entfernt, abhängig
von der Bauteilkonfiguration.
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3c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Hier sind entsprechende Metallsilizidgebiete 318 in
den Öffnungen 311a, 311b gebildet, während entsprechende
Metallsilizidgebiete 338 in den Transistoren 330a, 330b gebildet
sind. Aufgrund der zusätzlichen
Versatzabstandshalter 360s werden entsprechende Abstände 318b, 318a erreicht,
die deutlich die Stabilität
der Diodeneigenschaften im Hinblick auf Prozessanpassungen und Variationen verbessern.
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3d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen.
In diesen Ausführungsformen
ist eine Seitenwandabstandshalterstruktur 316 an Seitenwänden der
entsprechenden Öffnungen 311a, 311b gebildet,
wobei die Seitenwandabstandshalterstruktur 316 gemäß der Abstandshalterstruktur 336 in
dem ersten Bauteilgebiet 320 gebildet sein kann. D. h.,
die Öffnungen 311a, 311b können während eines
beliebigen Fertigungsstadiums gebildet worden sein, beispielsweise
nach dem Herstellen entsprechender Erweiterungsgebiete für die Transistoren 330a, 330b, wie
dies z. B. mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben
ist, wenn der konventionelle Prozessablauf besprochen wird. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen
können
die Öffnungen 311a, 311b vor der
entsprechenden Erweiterungsimplantation ausgebildet worden sein,
wenn ein ausgeprägterer
Gradient in der Dotierstoffkonzentration in den dotierten Gebieten 317a, 317b erwünscht ist.
Beispielsweise kann nach dem Herstellen der Öffnungen 311a, 311b eine
entsprechende Erweiterungsimplantation ausgeführt werden, wodurch eine entsprechende
Dotierstoffkonzentration in der Nähe der Seitenwände der Öffnungen 311a, 311b abgeschieden
wird. Danach können
die Abstandshalterstrukturen 316 und 336 in einer
gemeinsamen Fertigungssequenz hergestellt werden, wobei auch dazwischen
liegende Dotierstoffimplantationen vorgesehen sein können, wenn
anspruchsvolle Dotierstoffprofile in den Drain- und Source-Gebieten 337 erforderlich
sind. Auf diese Weise kann ein lateral anwachsender Dotierstoffgradient
von den Seitenwänden
in Richtung der Mitte der Gebiete 317a, 317b erreicht
werden. Danach werden die Abstandsschicht 360 und die Ätzstoppschicht 361 abgeschieden,
wie dies zuvor beschrieben ist, und werden auf der Grundlage des Ätzprozesses 362 entfernt,
wie zuvor angegeben ist.
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3e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Ätzprozess 362,
wobei die Schicht 360 im Wesentlichen vollständig von
dem zweiten Bauteilgebiet 320 entfernt ist, wodurch die Ersatzabstandshalter 360s gebildet
werden. Somit können
während
eines nachfolgenden Silizidierungsprozesses die Abstandshalter 360s für zusätzliche Prozesssicherheit
in Bezug auf Prozessschwankungen sorgen, während gleichzeitig der laterale
Dotierstoffgradient für
bessere Diodeneigenschaft der Substratdiode 340 sorgen
kann. Es sollte beachten werden, dass in Bezug auf jegliche Ausheizprozesse
die gleichen Kriterien gelten, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 erläutert sind.
D. h., es können anspruchsvolle
Ausheizverfahren eingesetzt werden, wobei eine signifikante Dotierstoffdiffusion
unterdrückt
ist. Hier können
auch in diesem Falle die zusätzlichen
Abstandshalter 360s für
eine gewünschte Profilierung
des Dotierstoffgradienten in den Gebieten 317a, 317b sorgen,
das ausgeprägter
sein kann im Vergleich zu den Drain- und Source-Gebieten 336, da
die entsprechende Implantationssorte in ein im Wesentlichen kristallines
Material im Vergleich zu einem im Wesentlichen amorphen Material
in dem zweiten Bauteilgebiet 320 eingebracht, wie dies
zuvor erläutert
ist.
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Nach
dem Entfernen der Ätzstoppschicht 361 kann
die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, in dem entsprechende
Metallsilizidgebiete gebildet werden, wie dies zuvor beschrieben
ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen ist die Abstandshalterstruktur 336 in
dem zweiten Bauteilgebiet 320 vor dem Ausführen der
Silizidierungssequenz entfernt, wobei auch die Abstandshalter 360s entfernt
werden, wobei dennoch zumindest teilweise die zuvor ausgebildeten
Abstandshalter 316 beibehalten werden. Auch in diesem Falle
ist ein ausreichender Abstand der entsprechenden Metallsilizidgebiete
gewahrt, wobei dennoch für
einen geringeren Reihenwiderstand in den Transistoren 330a, 330b aufgrund
des geringeren Abstandes der entsprechenden Metallsilizidgebiete
gesorgt ist, wie dies auch mit Bezug zu dem Bauelement 200 beschrieben ist.
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3f zeigt
das Halbleiterbauelement 300 gemäß einer noch weiteren anschaulichen
Ausführungsform,
in der der Ersatzabstandshalter 360s auf der Grundlage
einer geeigneten Materialzusammensetzung vorgesehen wird, um damit
eine moderate Ätzselektivität in Bezug
auf die Seitenwandabstandshalterstruktur 336 zu erhalten.
Beispielsweise kann der Abstandshalter 360s aus Siliziumdioxid
aufgebaut sein und die Ätzstoppschicht,
d. h. deren Reste 361, können in Form eines Siliziumnitridmaterials vorgesehen
werden. Folglich kann während
der Herstellung des Abstandshalters 360s das Siliziumdioxidmaterial
selektiv in Bezug auf die Schicht 361 entfernt werden,
ohne dass im Wesentlichen die Seitenwandabstandshalterstruktur 336 in
dem zweiten Bauteilgebiet 320 beeinflusst werden. Danach
können die
Abstandshalterstrukturen 336 entfernt werden, um damit
das Transistorverhalten und den Silizidierungsprozeß zu verbessern,
wobei die Abstandshalter 360s im Wesentlichen aufgrund
der entsprechenden Ätzselektivität während des
Abtragens der Abstandshalter 336 bewahrt werden. Während des nachfolgenden
Silizidierungsprozesses wird daher ein gewünschter großer Abstand in den Gebieten 317a, 317b verwirklicht,
während
die entsprechende Metallsilizidgebiete nahe an dem Kanalgebiet in
den Transistoren 330a, 330b angeordnet werden.
Danach kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, beispielsweise
durch Hinzufügen
verspannter Deckschichten über
den Transistorelemente 330a, 330b, wobei das Gesamttransistorverhalten
weiter verbessert wird.
-
Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
um die Prozessrobustheit und die Stabilität von Charakteristiken einer
Substratdiode zu verbessern, die in einem SOI-Bereich eines Halbleiterbauelements
vorgesehen ist, in dem die Fertigungsstrategien zur Verbesserung
des Transistorverhaltens im Wesentlichen nicht negativ die Diodeneigenschaften
beeinflussen. In einigen Aspekten wird die Ausbildung der entsprechenden Öffnungen
für die
Substratdiode unmittelbar vor der letzten Implantation zur Herstellung
der Drain- und Source-Gebiete durchgeführt, wodurch eine größere laterale
Verteilung der Dotiermittel in der Substratdiode und somit eine
erhöhte
Prozessrobustheit geschaffen wird, während in anderen Aspekten zusätzlich oder
alternativ Ersatzabstandshalter vorgesehen werden, die im Wesentlichen
die Transistorstrukturen nicht beeinflussen. Folglich können Prozessanpassungen,
die auf eine Verbesserung des Transistorverhaltens ausgerichtet
sind, effizient eingerichtet werden, ohne dass zusätzliche
Prozesskomplexität
und damit ein möglicher
Durchsatz- und Ausbeuteverlust
erforderlich ist.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung lediglich anschaulicher Natur und für die Zwecke gedacht, den Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich sind
die hierin beschriebenen und gezeigten Formen der Erfindung als
die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.