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QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN
ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung beansprucht Priorität gegenüber
den
koreanischen Patentanmeldungen
mit den Nummern 10-2006-0134326 und
10-2007-0041288 , eingereicht
am 27. Dezember 2006 bzw. 27. April 2007, welche in ihrer Gesamtheit durch
Verweis eingeschlossen sind.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und insbesondere
ein Halbleiterbauelement mit einer Gatestapelstruktur.
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Eine
Wolfram-Polysilicium-Gateelektrode, die durch das Stapeln von Polysilicium
und Wolfram gebildet ist, weist einen sehr geringen Widerstand auf,
welcher etwa fünf bis zehn Mal geringer ist als der einer
Polysilicium/Wolframsilicid(Poly-Si/WSix)-Gateelektrode,
welche durch das Stapeln von Polysilicium und Wolframsilicid gebildet
ist. Dementsprechend ist die Wolfram-Polysilicium-Gateelektrode
notwendig für die Herstellung von Speicherbauelementen
unter 60 nm.
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1A bis 1C veranschaulichen
typische Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukturen. Wie in 1A gezeigt,
ist die Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstruktur durch das sequentielle
Stapeln einer Polysiliciumschicht 11, einer Wolframnitrid(WN)-schicht 12 und
einer Wolfram(W)-schicht 13 gebildet. Die WN-Schicht 12 dient
als eine Diffusionsbarriere.
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Während
eines anschließenden Glühprozesses oder eines
Gate-Reoxidationsprozesses wird Stickstoff in der WN-Schicht 12 zu
einer ungleichmäßigen Isolierschicht wie SiNx und SiOxNy zwischen der Wolframschicht 13 und
der Polysiliciumschicht 11 zersetzt. Die ungleichmäßige
Isolierschicht weist eine Dicke im Bereich von etwa 2 nm bis 3 nm
auf.
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Dementsprechend
kann ein Bauelementfehler wie eine Signalverzögerung bei
einer Betriebsfrequenz von mehreren Hunderten Megahertz (MHz) und
einer Betriebsspannung von 1,5 V oder darunter induziert werden.
Kürzlich wurde eine dünne Wolframsilicid (WSix) oder Titan(Ti)-schicht als eine Diffusionsbarriere
zwischen der Polysiliciumschicht 11 und der WN-Schicht 12 gebildet,
um die Bildung von Si-N-Bindungen zwischen der Wolframschicht 13 und der
Polysiliciumschicht 11 zu verhindern.
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Wie
in 1B gezeigt, werden, wenn eine Wolframsilicid(WSix)-schicht 14 zwischen der Polysiliciumschicht 11 und
der WN-Schicht 12 gebildet ist, durch Stickstoffplasma,
welches während der Bildung der WN-Schicht 12 verwendet
wird, W-Si-N-Bindungen über der WSix-Schicht 14 gebildet.
Es ist gut bekannt, dass W-Si-N eine gute Diffusionsbarrierenschicht
mit einer metallischen Eigenschaft ist.
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Wie
in 1C gezeigt, wandelt, wenn eine Titan(Ti)-schicht 15 zwischen
der Polysiliciumschicht 11 und der WN-Schicht 12 gebildet
ist, das Stickstoffplasma während der Bildung der WN-Schicht 12 in
einem reaktiven Sputterprozess das Ti der Titanschicht 15 in
Titannitrid (TiN) um. Die TiN-Schicht funktioniert als eine Diffusionsbarrierenschicht.
Aufgrund dessen verhindert das TiN, obwohl die WN-Schicht 12 während
eines anschließenden thermischen Prozesses zersetzt wird,
dass Stickstoff in Richtung der Polysiliciumschicht 11 herausdiffundiert
wird, und somit kann die Bildung von Si-N effektiv reduziert werden.
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Wenn
das Wolfram-Polysilicium-Gate jedoch auf ein duales Polysilicium-Gate
angewandt wird [d. h. ein Polysilicium-Gate des N+-Typs
für einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor des
N-Typs (NMOSFET) und ein Polysilicium-Gate des P+-Typs für
einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor des P-Typs (PMOSFET)],
kann der Kontaktwiderstand zwischen der Wolframschicht und der Polysiliciumschicht
des P+-Typs enorm erhöht sein,
wenn die WSix/WN- Diffusionsbarrierenstruktur
in dem Wolfram-Polysilicium-Gate verwendet wird. Wenn im Gegensatz
dazu die Ti/WN-Diffusionsbarrierenstruktur in dem Wolfram-Polysilicium-Gate
verwendet wird, ist der Kontaktwiderstand zwischen der Wolframschicht und
der Polysiliciumschicht des P+-Typs ungeachtet der
Polysilicium-Dotierungsart niedrig.
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Im
Falle von Polysilicium des P+-Typs für
den PMOSFET kann eine Polysilicium-Verarmungswirkung in einem Inversionszustand
erzeugt werden, bei welchem es sich um einen tatsächlichen
Betriebsmodus handelt. Die Erzeugung der Polysilicium-Verarmungswirkung
kann von der Menge an Bor abhängen, welche innerhalb des
Polysiliciums des P+-Typs verbleibt.
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Die
Polysilicium-Verarmungswirkung lässt sich in der WSix/WN-Diffusionsbarrierenstruktur viel besser
erzeugen als in der Ti/WN-Diffusionsbarrierenstruktur. Folglich
kann die WSix/WN-Diffusionsbarrierenstruktur
die Transistoreigenschaften verschlechtern. Aufgrund dessen wird
die Verwendung der Ti/WN-Diffusionsbarrierenstruktur vorgeschlagen,
weil die Ti/WN-Diffusionsbarrierenstruktur einen niedrigen Kontaktwiderstand
zwischen der Wolframschicht und der Polysiliciumschicht bereitstellen
und die Erzeugung der Verarmung von Polysilicium des P-Typs verhindern
kann.
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Wenn
jedoch die Ti/WN-Diffusionsbarrierenstruktur verwendet wird, kann
der direkt über der Ti/WN-Diffusionsbarrierenstruktur gebildete
Flächenwiderstand (Rs) von W um das etwa 1,5- bis 2-Fache erhöht
sein. Dementsprechend kann die Erhöhung des Flächenwiderstandes
(Rs) in der Zukunft Auswirkungen auf die Entwicklung von Wolfram-Polysilicium-Gates
haben.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung richten sich auf einen Gatestapel eines
Halbleiterbauelementes, welcher eine Zwischenstruktur umfasst, wobei
die Zwischenstruktur einen niedrigen Flächenwiderstand
und Kontaktwiderstand aufweist und ein Herausdiffundieren einer
Störstelle effizient verhindern kann, sowie auf ein Verfahren
zu seiner Herstellung.
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Gemäß eines
Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiterbauelement
bereitgestellt. Das Halbleiterbauelement umfasst eine erste leitfähige
Schicht, eine erste Zwischenstruktur über der ersten leitfähigen
Schicht, wobei die erste Zwischenstruktur eine Metallsilicidschicht
und eine stickstoffhaltige Metallschicht umfasst, eine zweite Zwischenstruktur über
der ersten Zwischenstruktur, wobei die zweite Zwischenstruktur mindestens
eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst, und eine zweite leitfähige
Schicht über der zweiten Zwischenstruktur.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiterbauelement
bereitgestellt. Das Halbleiterbauelement umfasst eine erste leitfähige
Schicht, eine Zwischenstruktur, die über der ersten leitfähigen
Schicht gebildet ist und mindestens eine erste Metallschicht und
eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst, und eine zweite
leitfähige Schicht, die über der Zwischenstruktur
gebildet ist.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiterbauelement
bereitgestellt. Das Halbleiterbauelement umfasst eine erste leitfähige
Schicht, eine Zwischenstruktur, welche die erste leitfähige
Schicht überlagert und eine erste Metallschicht, eine zweite
Metallschicht, eine Metallsilicidschicht und eine dritte Metallschicht
umfasst, und eine zweite leitfähige Schicht, welche die Zwischenstruktur überlagert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A bis 1C veranschaulichen
Gatestapelstrukturen typischer Wolfram-Polysilicium-Gates.
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2A ist
ein Diagramm, welches den Kontaktwiderstand zwischen Wolfram und
Polysilicium für jede Art von Zwischenstruktur veranschaulicht.
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2B ist
ein Diagramm, welches die Tiefenprofile der Borkonzentration für
jede Art von Gatestapelstruktur veranschaulicht.
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2C ist
ein Diagramm, welches den Flächenwiderstand für
jede Art von Zwischenstruktur veranschaulicht.
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3A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3B ist
ein Bild erhalten nach der Bildung einer Wolfram-Siliciumnitridschicht über
einem oberen Abschnitt einer Wolframnitridschicht durch ein physikalisches
Aufdampfverfahren (PVD – physical vapor deposition).
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3C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3D veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3E veranschaulicht
ein Bild einer Gatestapelstruktur nach einem Glühprozess.
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4A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4B veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer siebenten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5B veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer zehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6B veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer elften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer zwölften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer dreizehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7B veranschaulicht
Bilder von Strukturen bereitgestellt nach der Bildung einer Wolframsilicidschicht über
einer stickstoffhaltigen Wolframschicht durch das Durchführen
entsprechender chemischer Aufdampfverfahren (CVD – chemical
vapor deposition) und physikalischer Aufdampfverfahren (PVD).
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7C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer vierzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7D veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer fünfzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer sechzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein Diagramm, welches den Flächenwiderstand einer Wolframelektrode
für jede Art von Zwischenstruktur gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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10A bis 10C sind
Querschnittansichten, welche einen Gatestrukturierungsprozess zum
Erhalt der in 3A veranschaulichten Gatestapelstruktur
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen.
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11 ist
eine Querschnittansicht, welche einen Gatestrukturierungsprozess
unter Verwendung der in 3A veranschaulichten
Gatestapelstruktur veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG SPEZIFISCHER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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2A ist
ein Diagramm, welches den Kontaktwiderstand zwischen Wolfram und
Polysilicium für jede Art von Struktur veranschaulicht,
welche als eine Diffusionsbarriere dient. Es kann beobachtet werden,
dass der Kontaktwiderstand, gekennzeichnet als Rc, zwischen Polysilicium
(N+ POLY-Si) dotiert mit einer Störstelle
des N-Typs und Wolfram (W) enorm verbessert wird, wenn eine Wolframsilicid(WSix)/Wolframnitrid(WN)-struktur oder Titan(Ti)/WN-Struktur
anstelle einer Wolframnitrid(WN)-struktur zum Einsatz kommt.
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Wird
jedoch das Wolfram-Polysilicium-Gate auf ein duales Polysilicium-Gate
angewandt [d. h. ein Polysilicium-Gate des N+-Typs
für einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor des
N-Typs (NMOSFET) und ein Polysilicium-Gate des P+-Typs
für einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor des
P-Typs (PMOSFET)], wird der Kontaktwiderstand zwischen dem W und
dem Polysilicium des P+-Typs (P+ POLY-Si)
enorm erhöht, wenn die WSix/WN-Struktur
in dem Wolfram-Polysilicium-Gate verwendet wird. Wird im Gegensatz
dazu die Ti/WN-Struktur in dem Wolfram-Polysilicium-Gate verwendet,
zeigt der Kontaktwiderstand zwischen dem W und dem Polysilicium
des P+-Typs ungeachtet der Polysilicium-Dotierungsart
ein niedriges Level.
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Im
Falle von Polysilicium des P+-Typs für
den PMOSFET kann eine Polysilicium-Verarmungswirkung in einem Inversionszustand
erzeugt werden, bei welchem es sich um einen tatsächlichen
Betriebsmodus handelt. Die Erzeugung der Polysilicium-Verarmungswirkung
ist abhängig von der Menge an Bor, welche innerhalb des
Polysiliciums des P+-Typs verbleibt.
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2B ist
ein Diagramm, welches die Tiefenprofile der Borkonzentration für
jede Art von Gatestapel veranschaulicht. Wie in einer WSix/WN-Struktur veranschaulicht, ist die Borkonzentration
mit etwa 5 × 1019 Atomen/cm3 an der Grenzfläche zwischen einer
Gateisolierschicht (z. B. Oxidschicht) und dem Polysilicium niedrig.
Die Borkonzentration an der gleichen Stelle unter Verwendung einer
Ti/WN-Struktur wird mit mehr als etwa 8 × 1019 Atomen/cm3 gemessen. Aufgrund dessen verarmt das Polysilicium in
der WSix/WN-Struktur mehr als in der Ti/WN-Struktur,
und demzufolge verschlechtert die WSix/WN-Struktur
die Transistoreigenschaften.
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Dementsprechend
ist es besser, die Ti/WN-Struktur zu verwenden, welche niedrigen
Kontaktwiderstand zwischen dem W und dem Polysilicium bereitstellt
und die Verarmung des Polysiliciums des P-Typs verhindert. Jedoch
gibt es eine Einschränkung bei der Anwendung der Ti/WN-Struktur. Der
Flächenwiderstand (Rs) des W, der über der Ti/WN-Struktur
erzeugt wird, ist etwa um das 1,5- bis 2-Fache erhöht.
Diese Einschränkung wird in 2C detaillierter
beschrieben.
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2C ist
ein Diagramm, welches den Flächenwiderstand von W für
jede Art von Struktur veranschaulicht, welche als Diffusionsbarriere
dient. Der Flächenwiderstand von W ist als Rs gekennzeichnet. Im
Allgemeinen kann eine amorphe stickstoffhaltige Wolframschicht (WNx) über einer Polysiliciumschicht, einer
Siliciumoxid(SiO2)-schicht, einer Siliciumnitrid(Si3N4)-schicht und
einer WSix-Schicht gebildet sein, und somit
kann W, welches einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist
(d. h. in einem Bereich von etwa 15 μΩ-cm bis
20 μΩ-cm), darauf gebildet werden. Jedoch wird
W mit einer relativ geringen Korngröße über
Ti, W und Tantal (Ta), bei welchen es sich um polykristalline reine
Metalle handelt, und Titannitrid (TiN) und Tantalnitrid (TaN), bei
welchen es sich um Metallnitridmaterialien handelt, gebildet. Somit
wird W mit einem hohen spezifischen Widerstand von etwa 30 μΩ-cm
darauf gebildet. Die Erhöhung im Flächenwiderstand
von W, verursacht durch die Anwendung der Ti/WN-Struktur, kann zu
einer Einschränkung bei der zukünftigen Entwicklung
des Wolfram-Polysilicium-Gates führen.
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Gemäß verschiedener
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche im
Folgenden beschrieben werden, sind unterschiedliche Arten von Zwischenstrukturen
von Gatestapeln mit mehreren dünnen Schichten, welche Ti,
W, Silicium (Si) oder Stickstoff (N) umfassen, oder mehreren dünnen Schichten,
welche jeweils N umfassen, gebildet. Die Zwischenstrukturen dienen
als eine Diffusionsbarriere, welche den Kontaktwiderstand und den
Flächenwiderstand verringert und das Eindringen und Herausdiffundieren
von Störstellen verhindern kann.
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Bei
den folgenden Ausführungsformen steht der Begriff „Schicht/Struktur,
welche Stickstoff enthält oder stickstoffhaltige Schicht/Struktur"
für eine nitrierte Metallschicht/-struktur sowie eine Metallschicht/-struktur,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis von Stickstoff
enthält. Außerdem steht das x in WSixNy für ein Verhältnis von
Silicium zu Wolfram, welches im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 liegt,
und das y steht für ein Verhältnis von Stickstoff zu
Wolframsilicid, welches im Bereich von etwa 0,01 bis 10,00 liegt.
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3A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 21, eine Zwischenstruktur 22 und
eine zweite leitfähige Schicht 23, welche aufeinander
gebildet sind. Die erste leitfähige Schicht 21 umfasst
eine Polysiliciumschicht, welche mit einer Störstelle der
P-Typs wie Bor oder einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor
hoch dotiert ist. Die erste leitfähige Schicht 21 kann
auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x im Bereich zwischen etwa 0,01
und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht umfassen. Zum Beispiel umfasst
die Silicidschicht eines ausgewählt aus einer Gruppe bestehend
aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Titan (Ti), Wolfram (W),
Tantal (Ta), Hafnium (Hf), Zirkonium (Zr) und Platin (Pt).
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Die
zweite leitfähige Schicht 23 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines physikalischen Aufdampfverfahrens
(PVD), eines chemischen Aufdampfverfahrens (CVD) oder eines Verfahrens
zum Aufbringen einer atomaren Schicht (ALD – atomic layer
deposition) gebildet. Das PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren
unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Die
Zwischenstruktur 22 umfasst eine Titanschicht 22A,
eine stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 22B und
eine stickstoffhaltige Wolframsilicid (WSixNy)-schicht 22C. Im Einzelnen liegt
eine Dicke der Titanschicht 22A im Bereich von etwa 10 Å bis
etwa 80 Å. Wie bereits erwähnt, liegt ein Verhältnis
von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen Wolframschicht 22B im
Bereich zwischen etwa 0,3 bis 1,5. Die stickstoffhaltige Wolframschicht
steht für eine Wolframnitridschicht oder eine Wolframschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Wie in der folgenden dritten Ausführungsform
noch beschrieben werden wird, stellt die stickstoffhaltige Wolframschicht 22B Stickstoff
an die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C bereit.
Die stickstoffhaltige Wolframschicht 22B weist eine Dicke
von etwa 20 Å bis 200 Å auf. Aufgrund der Bereitstellung
von Stickstoff an die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C wird die
stickstoffhaltige Wolframschicht 22B nach einer anschließenden
Glühbehandlung zu einer reinen Wolframschicht oder einer
Wolframschicht, welche nur noch Spuren von Stickstoff enthält.
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Ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 22C liegt im Bereich zwischen etwa
0,5 und 3,0, und ein Stickstoffgehalt der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 22C liegt
im Bereich von etwa 10% bis etwa 60%. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C steht
für eine nitrierte Wolframsilicidschicht (d. h. Wolfram-Siliciumnitridschicht)
oder eine Wolframsilicidschicht, welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis
an Stickstoff enthält. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C ist
auf eine Dicke im Bereich von etwa 20 Å bis etwa 200 Å gebildet.
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Die
Titanschicht 22A und die stickstoffhaltige Wolframschicht 22B werden
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens
oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C wird
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens gebildet. Das
PVD-Verfahren erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens
oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel
wird die Titanschicht 22A durch das Durchführen
eines Sputterdepositionsverfahrens mit einem Titan-Sputtertarget
gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 22B wird
durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C wird durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
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Insbesondere
wird das PVD-Verfahren, wie ein reaktives Sputterdepositionsverfahren,
verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C zu
bilden, weil sich die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C nicht
leicht über der stickstoffhaltigen Wolframschicht 22B erzeugen
lässt. Wenn die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C durch das
Durchführen eines CVD-Verfahrens gebildet wird, wird die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 22C nicht gleichmäßig über
der stickstoffhaltigen Wolframschicht 22B erzeugt, wodurch
es zu Anhäufungen kommt. Diese Anhäufungen entstehen,
weil eine Wolframoxid(WOx)-schicht über
der stickstoffhaltigen Wolframschicht 22B existiert, welche
die Anhaftung der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 22C,
die durch das CVD-Verfahren gebildet wird, schwächt. Jedoch
ermöglicht das Durchführen des reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit dem Wolframsilicid-Sputtertarget in der Stickstoffgasumgebung
die gleichmäßige Bildung der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 22C ungeachtet einer Grundschichtart.
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3B veranschaulicht
ein Bild erhalten nach der Bildung einer stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht über
einer stickstoffhaltigen Wolframschicht durch ein PVD-Verfahren.
Ein reaktives Sputterdepositionsverfahren wird als PVD-Verfahren
eingesetzt, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht gleichmäßig über
der stickstoffhaltigen Wolframschicht zu bilden. Die Bezugsbuchstaben
WSiN und WN stehen für die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht
bzw. die stickstoffhaltige Wolframschicht.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst
die Gatestapelstruktur die erste leitfähige Schicht 21,
die Ti/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur und die zweite leitfähige
Schicht 23. Die erste leitfähige Schicht 21 umfasst
Polysilicium und die zweite leitfähige Schicht 23 umfasst
Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur gebildet
wird.
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Insbesondere
umfasst die Ti/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur eine Stapelstruktur aus
einer ersten Metallschicht, einer zweiten Metallschicht und einer
Metallsilicidschicht, welche Stickstoff enthält. Spezifischer
umfassen die erste Metallschicht, die zweite Metallschicht und die
Metallsilicidschicht, welche Stickstoff enthält, eine reine
Metallschicht, eine stickstoffhaltige Metallschicht bzw. eine stickstoffhaltige
Metallsilicidschicht. Zum Beispiel sind die erste Metallschicht,
die zweite Metallschicht und die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht
die Titanschicht 22A, die stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 22B bzw. die stickstoffhaltige
Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 22C.
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Die
wie oben beschriebene Zwischenstruktur, welche mehrere Schichten
umfasst, kann auch in anderen verschiedenen Strukturen gebildet
sein. Zum Beispiel umfasst die erste Metallschicht eine Tantal(Ta)-schicht
zusätzlich zu der Titanschicht, und die zweite Metallschicht
umfasst eine stickstoffhaltige Titanwolframschicht zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframschicht. Die stickstoffhaltige
Metallsilicidschicht umfasst eine stickstoffhaltige Titansilicidschicht
oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht. Die Ta-Schicht
wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, welches
das Sputtern umfasst, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens
gebildet. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch das
Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Titansilicidschicht und die stickstoffhaltige
Tantalsilicidschicht werden durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren
mit entsprechenden Titansilicid- und Tantalsilicid-Sputtertargets in
Stickstoffgasumgebung gebildet. Die Ta-Schicht ist auf eine Dicke
von etwa 10 Å bis 80 Å gebildet. Jede der stickstoffhaltigen
Titanwolframschicht, der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
und der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht ist auf eine Dicke
von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet und weist einen
Stickstoffgehalt in Bereich zwischen etwa 10% und 60% auf. In der stickstoffhaltigen
Titanwolframschicht liegt ein Verhältnis von Titan zu Wolfram
im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht liegt
ein Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht liegt
ein Verhältnis von Silicium zu Tantal im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0.
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3C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist die Gatestapelstruktur
eine exemplarische Gatestapelstruktur, die aus der Gatestapelstruktur
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung modifiziert ist. Mit anderen Worten, anstelle
der in 3A veranschaulichten Titanschicht 22A,
umfasst die Gatestapelstruktur eine stickstoffhaltige Titanschicht, welche
als TiNx angegeben ist, wobei x geringer
als etwa 1 ist.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform
umfasst eine erste leitfähige Schicht 201, eine
Zwischenstruktur 202 und eine zweite leitfähige
Schicht 203. Die erste leitfähige Schicht 201 umfasst
eine Polysiliciumschicht, die mit einer Störstelle des
P-Typs wie Bor (B) oder einer Störstelle des N-Typs wie
Phosphor (P) hoch dotiert ist. Zusätzlich zu der Polysiliciumschicht
kann die erste leitfähige Schicht 201 auch eine
Polysilicium-Germanium(Si1-xGex)-Schicht,
wobei x in einem Bereich von etwa 0,01 bis 1,0 liegt, oder eine
Silicidschicht umfassen. Die Silicidschicht umfasst eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 203 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist durch das Durchführen entweder eines
PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens auf
eine Dicke von etwa 100 Å bis 2.000 Å gebildet. Das
PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren mit einem
Wolfram-Sputtertarget.
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Die
Zwischenstruktur 202 umfasst eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 202A, eine stickstoffhaltige
Wolfram(WNx)-schicht 202B und eine
stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 202C. Detaillierter weist
die stickstoffhaltige Titanschicht 202A ein bestimmtes
Verhältnis von Stickstoff zu Titan auf, zum Beispiel in
einem Bereich von etwa 0,2 bis 0,8. Anders als die in 3A veranschaulichte
Titanschicht 22A ist die stickstoffhaltige Titanschicht 202A auf
eine Dicke von etwa 10 Å bis 150 Å geformt. Die stickstoffhaltige
Titanschicht 202A steht für eine Titannitridschicht
oder eine Titanschicht, welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis
an Stickstoff enthält.
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Die
stickstoffhaltige Wolframschicht 202B weist ein bestimmtes
Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram auf, zum Beispiel
in einem Bereich von etwa 0,3 bis 1,5. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 202B steht
für eine Wolframnitridschicht oder eine Wolframschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Wie später noch beschrieben werden wird,
stellt die stickstoffhaltige Wolframschicht 202B Stickstoff
an die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C bereit.
Die stickstoffhaltige Wolframschicht 202B ist auf eine
Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet. Aufgrund
der Bereitstellung von Stickstoff wird die stickstoffhaltige Wolframschicht 202B zu
einer reinen Wolframschicht oder zu einer Wolframschicht, welche
nach dem Glühen nur noch Spuren von Stickstoff enthält.
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Ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 202C liegt im Bereich zwischen etwa
0,5 und 3,0, und ein Stickstoffgehalt der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 202C liegt
im Bereich von etwa 10% bis etwa 60%. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C steht
für eine Wolfram-Siliciumnitridschicht oder eine Wolframsilicidschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält.
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Die
stickstoffhaltige Wolframschicht 202B wird durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet.
Die stickstoffhaltige Titanschicht 202A und die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 202C werden durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren erfolgt mit einem
Sputterdepositionsverfahren oder einem reaktiven Sputterdepositionsverfahren.
Zum Beispiel wird die stickstoffhaltige Titanschicht 202A durch
das Durchführen eines Sputterdepositionsverfahrens mit
einem Titan-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die
stickstoffhaltige Wolframschicht 202B wird durch das Durchführen
eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens mit einem Wolfram-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C wird
durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens mit einem
Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
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Insbesondere
wird das PVD-Verfahren, wie ein reaktives Sputterdepositionsverfahren,
verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C zu
bilden, weil sich die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C nicht
leicht über der stickstoffhaltigen Wolframschicht 202B erzeugen
lässt. Wenn die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C durch das
Durchführen eines CVD-Verfahrens gebildet wird, wird die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C nicht gleichmäßig über
der stickstoffhaltigen Wolframschicht 202B erzeugt, wodurch
es zu Anhäufungen kommt. Diese Anhäufungen entstehen,
weil eine Wolframoxid(WOx)-schicht über
der stickstoffhaltigen Wolframschicht 202B existiert ist,
welche die Anhaftung der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 202C,
welche durch das CVD-Verfahren gebildet wird, schwächt.
Jedoch ermöglicht das Durchführen des reaktiven
Sputterdepositionsverfahrens mit dem Wolframsilicid-Sputtertarget
in der Stickstoffgasumgebung die gleichmäßige
Bildung der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 202C ungeachtet einer
Grundschichtart.
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Niedriger
Kontaktwiderstand kann durch Verwendung der stickstoffhaltigen Titanschicht 202A in der
zweiten Ausführungsform ähnlich der Titanschicht 22A in
der ersten Ausführungsform erhalten werden. Der Grund für
den niedrigen Kontaktwiderstand ist, dass die gebildete stickstoffhaltige
Wolframschicht 202B Stickstoff an die stickstoffhaltige
Titanschicht 202A bereitstellt, wodurch ein oberer Abschnitt
der stickstoffhaltigen Titanschicht 202A robust gemacht
und gleichzeitig die Anhäufung von Ti-Si-Bindungen verhindert
wird.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die erste leitfähige
Schicht 201, die TiNx/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur 202 und
die zweite leitfähige Schicht 203. Die erste leitfähige
Schicht 201 umfasst Polysilicium und die zweite leitfähige Schicht 203 umfasst
Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur gebildet
wird.
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Insbesondere
ist die TiNx/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur 202 in
einer Stapelstruktur gebildet, umfassend eine erste Metallschicht,
eine zweite Metallschicht und eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht.
Die erste und zweite Metallschicht sind Metallschichten, welche
ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff enthalten,
und auch die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht enthält
ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff. Zum Beispiel
ist die erste Metallschicht die stickstoffhaltige Titanschicht 202A.
Die zweite Metallschicht ist die stickstoffhaltige Wolframschicht 202B.
Die Metallsilicidschicht ist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 202C.
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Die
wie oben veranschaulichte mehrschichtige Zwischenstruktur kann auch
in anderen verschiedenen Strukturen gebildet sein. Zum Beispiel
umfasst die erste stickstoffhaltige Metallschicht eine stickstoffhaltige
Tantal(TaNx)-schicht zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Titanschicht, und die zweite stickstoffhaltige
Metallschicht umfasst eine stickstoffhaltige Titanwolfram(TiWNx)-schicht zusätzlich zu der stickstoffhaltigen
Wolframschicht. Die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst
eine stickstoffhaltige Titansilicid(TiSixNy)-schicht oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
(TaSixNy) zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht. Die stickstoffhaltige
Tantalschicht wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens,
welches das Sputtern umfasst, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens
gebildet. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch das
Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Titansilicidschicht und die stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
werden durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren mit entsprechenden
Titansilicid- und Tantalsilicid-Sputtertargets in Stickstoffgasumgebung
gebildet. Die stickstoffhaltige Tan talschicht ist auf eine Dicke
von etwa 10 Å bis 80 Å gebildet. Jede der stickstoffhaltigen
Titanwolframschicht, der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
und der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht ist auf eine Dicke
von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet und weist einen
Stickstoffgehalt in Bereich zwischen etwa 10% und 60% auf. In der
stickstoffhaltigen Titanwolframschicht liegt ein Verhältnis
von Titan zu Wolfram im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
liegt ein Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von
etwa 0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht
liegt ein Verhältnis von Silicium zu Tantal im Bereich
von etwa 0,5 bis 3,0.
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Ähnlich
der TiNx/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur
kann die Zwischenstruktur, welche die stickstoffhaltige Tantalschicht
anstelle der stickstoffhaltigen Titanschicht umfasst, niedrigen
Kontaktwiderstand und Flächenwiderstand aufweisen und gleichzeitig
eine Polysiliciumverarmung verhindern. Obwohl die Zwischenstruktur
gemäß der zweiten Ausführungsform in
drei Schichten gebildet ist, kann die Zwischenstruktur ferner eine
stickstoffhaltige Wolfram (WNx)-schicht über
der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht umfassen. Die zusätzlich
bereitgestellte stickstoffhaltige Wolframschicht weist eine Dicke
und einen Stickstoffgehalt auf, welche/r im Wesentlichen die/der
gleiche ist wie bei der ersten bereitgestellten stickstoffhaltigen
Wolframschicht. Die mehreren Schichten der TiNx/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur
gemäß der zweiten Ausführungsform umfassen
Stickstoff. Aufgrund dessen kann die TiNx/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur
den niedrigen Flächenwiderstand und Kontaktwiderstand aufweisen,
und sie verringert die Höhe der Gatestapelstruktur. Außerdem
kann die TiNx/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur
die Polysiliciumverarmung verringern, welche aus dem Herausdiffundieren
von Störstellen wie Bor, welche in der ersten leitfähigen
Schicht 201 dotiert sind, resultiert.
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3D veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfin dung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 211, eine Zwischenstruktur 212 und
eine zweite leitfähige Schicht 213. Die erste
leitfähige Schicht 211 umfasst eine Polysiliciumschicht,
welche mit einer Störstelle des P-Typs wie Bor (B) oder
einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor (P) hoch dotiert
ist. Zusätzlich zu der Polysiliciumschicht kann die erste
leitfähige Schicht 211 auch eine Polysilicium-Germanium(Si1-xGex)-schicht,
wobei x in einem Bereich von etwa 0,01 und 1,0 liegt, oder eine
Silicidschicht umfassen. Die Silicidschicht umfasst eines ausgewählt aus
einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 213 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht wird durch das Durchführen entweder
eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens auf
eine Dicke von etwa 100 Å bis 2.000 Å gebildet. Das
PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren mit einem
Wolfram-Sputtertarget.
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Die
Zwischenstruktur 212 umfasst eine Titansilicid(TiSix)-schicht 212A, eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 212B, eine stickstoffhaltige
Wolfram(WNx)-schicht 212C und eine
stickstoffhaltige Wolframsilicid (WSixNy)-schicht 212D. Gemäß der Zwischenstrukturen 22 und 202,
die in der entsprechenden ersten und zweiten Ausführungsform
veranschaulicht sind, können auch eine Tantalsilicidschicht,
eine stickstoffhaltige Tantalschicht und eine stickstoffhaltige
Titanwolframschicht zusätzlich zu der Titansilicidschicht,
einer stickstoffhaltigen Titanschicht bzw. einer stickstoffhaltigen
Wolframschicht gebildet sein. Es kann auch eine stickstoffhaltige
Titansilicidschicht oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
zusätzlich zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht
gebildet sein.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der dritten Ausführungsform
ist eine daraus resultierende Struktur, die nach dem Durchführen
einer Glühbehandlung an den Gatestapelstrukturen gemäß der
ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt wird. Das Glühen umfasst eine Wärmebehandlung
während verschiedener Prozesse (z. B. Spacerbildung und
Zwischenschicht-Isolierschichtbildung), die nach dem Bilden der
Gatestapelstrukturen durchgeführt wird.
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Die
Zwischenstruktur 212 wird nun unter Bezugnahme auf 3A und 3D mit
der Zwischenstruktur 22 verglichen. Die Titansilicidschicht 212A wird
gebildet, wenn die Titanschicht 22A mit Polysilicium aus
der ersten leitfähigen Schicht 21 reagiert, und
sie weist eine Dicke von etwa 1 Å bis 30 Å auf. Ein
Verhältnis von Silicium zu Titan in der Titansilicidschicht 212A liegt
in einem Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0.
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Die
stickstoffhaltige Titanschicht 212B entsteht, wenn die
Titanschicht 22A mit Stickstoff aus der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 22B versorgt wird. Eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 212B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis
100 Å, und sie weist ein Verhältnis von Stickstoff
zu Titan im Bereich von etwa 0,7 bis 1,3 auf. Verglichen mit dem Verhältnis
von Stickstoff zu Titan in der Titanschicht 22A, erhöht
sich das Verhältnis von Stickstoff zu Titan in der stickstoffhaltigen
Titanschicht 212B von etwa 0 auf etwa 0,7 bis 1,3.
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Nach
dem Glühen weist die stickstoffhaltige Wolframschicht 212C einen
Stickstoffgehalt auf, welcher aufgrund der Denudation auf etwa 10%
oder darunter verringert ist. Das Bezugssymbol WNx(D) bezeichnet
die denudierte stickstoffhaltige Wolframschicht. Die stickstoffhaltige
Wolframschicht 212C ist etwa 20 Å bis 200 Å dick.
Ein Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 212C liegt in einem Bereich zwischen etwa
0,01 und 0,15. Verglichen mit dem Verhältnis von Stickstoff
zu Wolfram in der stickstoffhaltigen Wolframschicht 22C,
welche in 3A veranschaulicht ist, verringert sich
das Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 212C von dem Bereich zwischen etwa 0,3 und
1,5 auf den Bereich zwischen etwa 0,01 bis 0,15.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 212D weist eine
Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die gleiche
ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 22C.
Im Einzelnen weist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 212D ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa
10% und 60% auf. Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 212D liegt
in einem Bereich zwischen etwa 20 Å bis 200 Å.
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Die
Zwischenstruktur 212 wird nun unter Bezugnahme auf 3D und 3C mit
der Zwischenstruktur 202 verglichen. Während der
Glühbehandlung wird die stickstoffhaltige Titanschicht 202A mit Stickstoff
aus der stickstoffhaltigen Wolframschicht 202B versorgt.
Aufgrund dessen wird die stickstoffhaltige Titanschicht 202A in
die stickstoffhaltige Titanschicht 212B mit einer minimalen
Reaktion mit der Titansilicidschicht 212A umgewandelt.
Eine Dicke der Titansilicidschicht 212A liegt im Bereich
von etwa 1 Å bis 30 Å, und eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 212B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis 100 Å.
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Ein
Verhältnis von Stickstoff zu Titan in der stickstoffhaltigen
Titanschicht 2125 liegt im Bereich zwischen etwa 0,7 und
1,3. Verglichen mit dem Stickstoff/Titan-Verhältnis in
der stickstoffhaltigen Titanschicht 202B erhöht
sich das Stickstoff/Titan-Verhältnis in der stickstoffhaltigen
Titanschicht 212B von dem Bereich zwischen etwa 0,2 bis
0,8 auf den Bereich zwischen etwa 0,7 und 1,3.
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Nach
dem Glühen weist die stickstoffhaltige Wolframschicht 212C einen
Stickstoffgehalt auf, welcher aufgrund der Denudation auf etwa 10%
oder darunter verringert ist. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 212C ist
etwa 20 Å bis 200 Å dick. Ein Verhältnis
von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen Wolframschicht 212C liegt in
einem Bereich zwischen etwa 0,01 und 0,15. Verglichen mit dem Verhältnis
von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen Wolframschicht 202C,
welche in 3C veranschaulicht ist, verringert
sich das Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 212C von dem Bereich zwischen etwa 0,3 und
1,5 auf den Bereich zwischen etwa 0,01 bis 0,15.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 212D weist eine
Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die gleiche
ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 202C.
Im Einzelnen weist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 212D ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa
10% und 60% auf. Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 212D liegt
in einem Bereich zwischen etwa 20 Å bis 200 Å.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der dritten Ausführungsform
umfasst eine erste Zwischenstruktur und eine zweite Zwischenstruktur.
Die erste Zwischenstruktur umfasst eine erste Metallsilicidschicht und
eine erste stickstoffhaltige Metallschicht und die zweite Zwischenstruktur
umfasst eine zweite stickstoffhaltige Metallschicht und eine zweite
stickstoffhaltige Metallsilicidschicht. Zum Beispiel ist die erste Zwischenstruktur
durch das Stapeln der Titansilicidschicht 212A und der
stickstoffhaltigen Titanschicht 212B gebildet. Die zweite
Zwischenstruktur ist durch das Stapeln der stickstoffhaltigen Wolframschicht 212C und
der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 212D gebildet.
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3E veranschaulicht
ein Bild einer Gatestapelstruktur nach einem Glühprozess.
Gleiche Bezugszeichen stehen für gleiche Elemente, die
in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben wurden.
Demnach wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
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4A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfin dung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 31, eine Zwischenstruktur 32 und
eine zweite leitfähige Schicht 33. Die erste leitfähige
Schicht 31 umfasst eine Polysiliciumschicht, welche mit
einer Störstelle des P-Typs wie Bor oder einer Störstelle
des N-Typs wie Phosphor hoch dotiert ist. Die erste leitfähige
Schicht 31 kann auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht
(Si1-xGex, wobei
x in einem Bereich von etwa 0,01 und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht
umfassen. Zum Beispiel umfasst die Silicidschicht eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 33 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren umfasst
ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Die
Zwischenstruktur 32 umfasst eine Titanschicht 32A und
eine stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 32B. Im Einzelnen liegt
eine Dicke der Titanschicht 32A im Bereich von etwa 10 Å bis
etwa 80 Å. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B weist
ein Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B steht für
eine Wolfram-Siliciumnitridschicht oder eine Wolframsilicidschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B ist
auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
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Die
Titanschicht 32A wird durch ein PVD-Verfahren, ein CVD-Verfahren
oder ein ALD-Verfahren gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B wird
durch ein PVD-Verfahren gebildet. Das PVD-Verfahren erfolgt mittels
eines Sputterdepositionsverfahrens oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens.
Zum Beispiel wird die Titanschicht 32A durch das Durchführen
eines Sputterdepositions verfahrens mit einem Titan-Sputtertarget
gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B wird
durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Insbesondere wird das PVD-Verfahren wie ein reaktives Sputterdepositionsverfahren
verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B zu
bilden, weil sich dadurch die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B ungeachtet
einer Grundschichtart gleichmäßig bilden lässt.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die erste leitfähige
Schicht 31, die Ti/WSixNy-Zwischenstruktur 32 und die zweite
leitfähige Schicht 33. Die erste leitfähige
Schicht 31 umfasst Polysilicium und die zweite leitfähige
Schicht 33 umfasst Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur
gebildet wird.
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Insbesondere
umfasst die Ti/WSixNy-Zwischenstruktur
eine Metallschicht und eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht.
Die Metallschicht umfasst eine reine Metallschicht und die Metallsilicidschicht umfasst
eine Wolframsilicidschicht, welche Stickstoff enthält.
Zum Beispiel ist die Metallschicht die Titanschicht 32A und
die Metallsilicidschicht ist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B.
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Die
mehrschichtige Zwischenstruktur gemäß der vierten
Ausführungsform kann auch in anderen Strukturen gebildet
sein. Die Metallschicht umfasst eine Tantalschicht zusätzlich
zu der Titanschicht und die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht
umfasst eine stickstoffhaltige Titansilicid(TiSixNy)-schicht oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
(TaSixNy) zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht. Die Tantalschicht
wird durch ein PVD-Verfahren, welches ein Sputterdepositionsverfahren
umfasst, ein CVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren gebildet. Die stickstoffhaltige
Titansilicidschicht wird durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren
mit einem Titansilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht wird durch das Durchführen
eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens mit einem Tantalsilicid-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die Tantalschicht ist etwa 10 Å bis
80 Å dick. Jede der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
und der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht ist auf eine Dicke
von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet und weist einen
Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf. Ein Verhältnis
von Silicium zu Titan in der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht liegt
im Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0. Die stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
weist ein Silicium/Titan-Verhältnis von etwa 0,5 bis 3,0
auf.
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4B veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die veranschaulichte
Gatestapelstruktur ist aus der Gatestapelstruktur gemäß der
zweiten Ausführungsform modifiziert. Mit anderen Worten,
anstelle von Titan wird eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht verwendet, wobei x geringer als
etwa 1 ist.
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Die
Gatestapelstruktur umfasst eine erste leitfähige Schicht 301,
eine Zwischenstruktur 302 und eine zweite leitfähige
Schicht 303. Die erste leitfähige Schicht 301 umfasst
eine Polysiliciumschicht, welche mit einer Störstelle des
P-Typs wie Bor oder einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor
hoch dotiert ist. Die erste leitfähige Schicht 301 kann
auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x in einem Bereich zwischen etwa
0,01 und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht umfassen. Zum Beispiel umfasst
die Silicidschicht eines ausgewählt aus einer Gruppe bestehend
aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 303 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren
umfasst ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Die
Zwischenstruktur 302 umfasst eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 302A und eine stickstoffhaltige
Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 302B.
Die stickstoffhaltige Titanschicht 302A weist ein Verhältnis
von Stickstoff zu Titan im Bereich von etwa 0,2 bis 0,8 und eine
Dicke von etwa 10 Å bis 150 Å auf. Die stickstoffhaltige
Titanschicht 302A steht für eine Titannitridschicht
oder eine Titanschicht, welche Stickstoff enthält. Bei
der vorliegenden Ausführungsform weist die stickstoffhaltige
Titanschicht eine Metalleigenschaft auf.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 302B weist ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 302B steht
für eine Wolfram-Siliciumnitridschicht oder eine Wolframsilicidschicht, welche
ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff enthält.
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Die
stickstoffhaltige Titanschicht 302A und die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 302B werden durch ein PVD-Verfahren
gebildet. Das PVD-Verfahren erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens
oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel
wird die stickstoffhaltige Titanschicht 302A durch ein
reaktives Sputterdepositionsverfahren mit einem Titan-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 302B wird
durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet.
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Das
PVD-Verfahren wie das oben beschriebene reaktive Sputterdepositionsverfahren
wird verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 302B zu
bilden, weil das PVD-Verfahren die gleichmäßige
Bildung der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 302B ungeachtet
einer Grundschichtart zulässt.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der fünften Ausführungsform
umfasst die erste leitfähige Schicht 301, die
TiNx/WSixNy-Zwischenstruktur 302 und die zweite
leitfähige Schicht 303. Die erste leitfähige Schicht 301 und
die zweite leitfähige Schicht 303 umfassen eine
Polysiliciumschicht bzw. eine Wolframschicht. Aufgrund dessen wird
eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur bereitgestellt.
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Insbesondere
umfasst die TiNx/WSixNy-Zwischenstruktur eine Metallschicht und
eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht. Die Metallschicht umfasst eine
Metallschicht, welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis
an Stickstoff enthält, und die Metallsilicidschicht umfasst
eine Metallsilicidschicht, welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis
an Stickstoff enthält. Zum Beispiel umfasst die Metallschicht
die stickstoffhaltige Titanschicht 302A und die Metallsilicidschicht
umfasst die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 302B.
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Die
mehrschichtige Zwischenstruktur gemäß der fünften
Ausführungsform kann auch in anderen verschiedenen Strukturen
gebildet sein. Die stickstoffhaltige Metallschicht umfasst eine
stickstoffhaltige Tantal(TaNx)-schicht zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Titanschicht. Die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht
umfasst eine stickstoffhaltige Titansilicid(TiSixNy)-schicht oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicid(TaSixNy)-schicht zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicid(WSixNy)-schicht. Die stickstoffhaltige Tantalschicht
wird durch ein PVD-Verfahren, welches ein Sputterdepositionsverfahren
umfasst, ein CVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren gebildet. Die
stickstoffhaltige Titansilicidschicht wird durch das Durchführen
eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens mit einem Titansilicid-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
wird durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Tantalsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Tantalschicht weist eine Dicke im Bereich
zwischen etwa 10 Å bis 80 Å auf. Jede der stickstoffhaltigen
Titansilicidschicht und der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht
ist auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet
und weist einen Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf. Ein Verhältnis
von Silicium zu Titan in der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
liegt im Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0. Die stickstoffhaltige
Tantalsilicidschicht weist ein Verhältnis von Silicium
zu Tantal im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 auf.
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4C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 311, eine Zwischenstruktur 312 und
eine zweite leitfähige Schicht 313. Die erste
leitfähige Schicht 311 umfasst eine Polysiliciumschicht,
welche mit einer Störstelle des P-Typs wie Bor (B) oder
einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor (P) hoch dotiert
ist. Zusätzlich zu der Polysiliciumschicht kann die erste
leitfähige Schicht 311 auch eine Polysilicium-Germanium(Si1-xGex)-schicht,
wobei x in einem Bereich von etwa 0,01 bis 1,0 liegt, oder eine
Silicidschicht umfassen. Die Silicidschicht umfasst eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 313 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht wird durch das Durchführen entweder
eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens auf
eine Dicke von etwa 100 Å bis 2.000 Å gebildet. Das
PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren mit einem
Wolfram-Sputtertarget.
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Die
Zwischenstruktur 312 umfasst eine Titansilicid(TiSix)-schicht 312A, eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 312B und eine stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 312C.
Die Zwischenstruktur kann abhängig von den Materialien
ausgewählt aus den in der vierten und fünften
Ausführungsform beschriebenen Materialien in anderen verschiedenen
Strukturen gebildet sein.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der sechsten Ausführungsform
ist eine daraus resultierende Struktur, die nach dem Durchführen
einer Glühbehandlung an den Gatestapelstrukturen gemäß der
vierten und fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bereitgestellt wird. Das Glühen umfasst eine
Wärmebehandlung während verschiedener Prozesse
(z. B. Spacerbildung und Zwischenschicht-Isolierschichtbildung),
die nach der Bildung der Gatestapelstrukturen durchgeführt
wird.
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In
dem Fall, in dem die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 32B über
der Titanschicht 32A gebildet ist (siehe 4A),
werden nach dem Glühen Spuren von Stickstoff in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 32B in einer Grenzregion zwischen der
Titanschicht 32A und der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 32B zersetzt.
Aufgrund dessen wird, wie in 4C veranschaulicht,
ein oberer Abschnitt der Titanschicht 32A in die stickstoffhaltige
Titanschicht 312B umgewandelt, und ein unterer Abschnitt
der Titanschicht 32A reagiert mit Polysilicium aus der
ersten leitfähigen Schicht 31, um die Titansilicidschicht 312A zu
bilden.
-
Eine
Dicke der Titansilicidschicht 312A liegt im Bereich von
etwa 1 Å bis 30 Å und ein Verhältnis von
Silicium zu Titan darin liegt im Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0.
Die stickstoffhaltige Titanschicht 312B ist etwa 10 Å bis
100 Å dick und sie weist ein Verhältnis von Stickstoff
zu Titan in einem Bereich von etwa 0,7 bis 1,3 auf.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 312C weist eine
Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die gleiche
ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 32B.
Im Einzelnen weist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 312C ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa
10% und 60% auf. Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 312C liegt
in einem Bereich zwischen etwa 20 Å bis 200 Å.
-
Die
Zwischenstruktur 312 wird nun unter Bezugnahme auf 4C und 4B mit
der Zwischenstruktur 302 verglichen. Während der
Glühbehandlung wird die stickstoffhaltige Titanschicht 302A mit Stickstoff
aus der stick stoffhaltigen Wolframsilicidschicht 302B versorgt,
wodurch diese in die stickstoffhaltige Titanschicht 312B mit
einer minimalen Reaktion mit der Titansilicidschicht 312A umgewandelt
wird. Eine Dicke der Titansilicidschicht 312A liegt im
Bereich von etwa 1 Å bis 30 Å und eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 312B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis
100 Å. Ein Verhältnis von Stickstoff zu Titan
innerhalb der stickstoffhaltigen Titanschicht 312B liegt
im Bereich von etwa 0,7 bis 1,3. Verglichen mit dem Stickstoff/Titan-Verhältnis
in der stickstoffhaltigen Titanschicht 302B (siehe 4C),
erhöht sich das Stickstoff/Titan-Verhältnis in
der stickstoffhaltigen Titanschicht 312B von dem Bereich
zwischen etwa 0,2 bis 0,8 auf den Bereich zwischen etwa 0,7 und
1,3.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 312C weist eine
Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die gleiche
ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 302C.
Im Einzelnen weist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 312C ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa
10% und 60% auf. Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 312C liegt
in einem Bereich zwischen etwa 20 Å und 200 Å.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der sechsten Ausführungsform
umfasst eine erste Zwischenstruktur und eine zweite Zwischenstruktur.
Die erste Zwischenstruktur umfasst eine Metallsilicidschicht und eine
stickstoffhaltige Metallschicht und die zweite Zwischenstruktur
umfasst eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht. Zum Beispiel
ist die erste Zwischenstruktur durch das Stapeln der Titansilicidschicht 312A und
der stickstoffhaltigen Titanschicht 312B gebildet. Die
zweite Zwischenstruktur umfasst die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 312C.
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5A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer siebenten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur
umfasst eine erste leit fähige Schicht 41, eine
Zwischenstruktur 42 und eine zweite leitfähige
Schicht 43. Die erste leitfähige Schicht 41 umfasst
eine Polysiliciumschicht, die mit einer Störstelle des
P-Typs wie Bor oder einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor
hoch dotiert ist. Die erste leitfähige Schicht 41 kann
auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x im Bereich von etwa 0,01 und 1,0
liegt) oder eine Silicidschicht umfassen. Zum Beispiel umfasst die
Silicidschicht eines ausgewählt aus einer Gruppe bestehend
aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
-
Die
zweite leitfähige Schicht 43 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren umfasst
ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
-
Die
Zwischenstruktur 42 umfasst eine Titanschicht 42A,
eine stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 42B und eine stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 42C. Im Einzelnen liegt
eine Dicke der Titanschicht 42A im Bereich von etwa 10 Å bis
etwa 80 Å. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B weist
ein Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B steht für
eine Wolfram-Siliciumnitridschicht oder eine Wolframsilicidschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B ist
auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
-
Ein
Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 42C liegt im Bereich zwischen etwa 0,3 und
1,5. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 42C steht für
eine Wolframnitridschicht oder eine Wolframschicht, welche ein bestimmtes
Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff enthält.
Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframschicht 42C liegt
im Bereich von etwa 20 Å bis 200 Å. Wie später
noch beschrieben werden wird, stellt die stickstoffhaltige Wolframschicht 42C Stickstoff
an die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B bereit.
Somit wird die stickstoffhaltige Wolframschicht 42C nach
dem Glühen zu einer reinen Wolframschicht ohne Stickstoff
oder zu einer Wolframschicht, welche nur noch Spuren von Stickstoff
enthält.
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Die
Titanschicht 42A und die stickstoffhaltige Wolframschicht 42C werden
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens
oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B wird
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens gebildet.
-
Das
PVD-Verfahren erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens
oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel
wird die Titanschicht 42A durch das Durchführen
eines Sputterdepositionsverfahrens mit einem Titan-Sputtertarget
gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 42C wird
durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B wird durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung
gebildet. Insbesondere wird das PVD-Verfahren, wie ein reaktives
Sputterdepositionsverfahren, verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B zu
bilden, weil das oben beschriebene reaktive Sputterdepositionsverfahren mit
dem Wolframsilicid-Sputtertarget in der Stickstoffgasumgebung die
gleichmäßige Bildung der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 42B ungeachtet einer
Grundschichtart erlaubt.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die erste leitfähige
Schicht 41, die Ti/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur 42 und
die zweite leitfähige Schicht 43. Die erste leitfähige
Schicht 41 umfasst Polysilicium und die zweite leitfähige Schicht 43 umfasst
Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur gebildet
wird.
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Insbesondere
umfasst die Ti/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur eine erste Metallschicht, eine
stickstoffhaltige Metallsilicidschicht und eine zweite Metallschicht.
Die erste Metallschicht umfasst eine reine Metallschicht. Die zweite
Metallschicht umfasst eine stickstoffhaltige Metallschicht. Die
Metallsilicidschicht umfasst eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht.
Zum Beispiel ist die erste Metallschicht die Titanschicht 42A.
Die zweite Metallschicht ist die stickstoffhaltige Wolframschicht 42C.
Die Metallsilicidschicht ist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B.
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Die
mehrschichtige Zwischenstruktur gemäß der siebenten
Ausführungsform kann auch in anderen Strukturen gebildet
sein. Die erste Metallschicht umfasst eine Tantalschicht zusätzlich
zu der Titanschicht. Die zweite Metallschicht umfasst eine stickstoffhaltige
Titanwolfram(TiWNx)--schicht zusätzlich zu
der stickstoffhaltigen Wolframschicht. Die Metallsilicidschicht
umfasst eine stickstoffhaltige Titansilicid(TiSixNy)-schicht oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicid-(TaSixNy)-schicht zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht. Die Tantalschicht
wird durch ein PVD-Verfahren, welches ein Sputterdepositionsverfahren
umfasst, ein CVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren gebildet. Die
stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch reaktives Sputtern
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Titansilicidschicht wird durch ein reaktives
Sputterdepositionsverfahren mit einem Titansilicid-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
wird durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Tantalsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die Tantalschicht ist etwa 10 Å bis 80 Å dick. Jede
der stickstoffhaltigen Titanwolframschicht und der stickstoffhaltigen
Tantalsilicidschicht ist auf eine Dicke von etwa 20 Å bis
200 Å gebildet und weist einen Stickstoffgehalt von etwa
10% und 60% auf. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht weist
ein Verhältnis von Titan zu Wolfram im Bereich zwischen etwa
0,5 und 3,0 auf. Ein Verhältnis von Silicium zu Titan in
der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht liegt im Bereich zwischen
etwa 0,5 und 3,0. Die stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht weist
ein Silicium/Titan-Verhältnis von etwa 0,5 bis 3,0 auf.
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5B veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 401, eine Zwischenstruktur 402 und
eine zweite leitfähige Schicht 403. Die erste
leitfähige Schicht 401 umfasst eine Polysiliciumschicht,
die mit einer Störstelle des P-Typs wie Bor oder einer
Störstelle des N-Typs wie Phosphor hoch dotiert ist. Die
erste leitfähige Schicht 401 kann auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x im
Bereich zwischen etwa 0,01 und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht
umfassen. Zum Beispiel umfasst die Silicidschicht eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 403 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren
umfasst ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Die
Zwischenstruktur 402 umfasst eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 402A, eine stickstoffhaltige
Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 402B und
eine stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 402C.
Detaillierter weist die stickstoffhaltige Titanschicht 402A ein bestimmtes
Verhältnis von Stickstoff zu Titan zum Beispiel in einem
Bereich von etwa 0,2 bis 0,8 auf. Die stickstoffhaltige Titanschicht 402A ist
auf eine Dicke von etwa 10 Å bis 150 Å gebildet.
Die stickstoffhaltige Titanschicht 402A umfasst auch eine
Titannitridschicht.
-
Ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 402B liegt im Bereich zwischen etwa
0,5 und 3,0, und ein Stickstoffgehalt der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 402B liegt
im Bereich von etwa 10% bis 60%. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 402B umfasst
auch eine Wolfram-Siliciumnitridschicht oder eine Wolframsilicidschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält.
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Die
stickstoffhaltige Wolframschicht 402C weist ein bestimmtes
Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram zum Beispiel in einem
Bereich von etwa 0,3 bis 1,5 auf. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 402C steht
für eine Wolframnitridschicht oder eine Wolframschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Wie später noch beschrieben werden wird,
stellt die stickstoffhaltige Wolframschicht 402C Stickstoff
an die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 402B bereit.
Die stickstoffhaltige Wolframschicht 402C ist auf eine
Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet. Aufgrund
der Bereitstellung von Stickstoff wird die stickstoffhaltige Wolframschicht 402C nach
dem Glühen zu einer reinen Wolframschicht oder zu einer
Wolframschicht, welche nur noch Spuren von Stickstoff enthält.
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Die
stickstoffhaltige Wolframschicht 402C wird durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet.
Die stickstoffhaltige Titanschicht 402A und die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 402B werden durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens gebildet.
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Das
PVD-Verfahren erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens
oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel
wird die stickstoffhaltige Titanschicht 402A durch das
Durchführen eines Sputterdepositionsverfahrens mit einem Titan-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 402C wird durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 402B wird durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung
gebildet. Insbesondere wird das PVD-Verfahren, wie ein reaktives
Sputterdepositionsverfahren, verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 402B zu
bilden, weil dadurch die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 402B ungeachtet
einer Grundschichtart gleichmäßig gebildet werden
kann.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die erste leitfähige
Schicht 401, die TiNx/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur 402 und
die zweite leitfähige Schicht 403. Die erste leitfähige
Schicht 401 umfasst Polysilicium und die zweite leitfähige
Schicht 403 umfasst Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur
gebildet wird.
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Insbesondere
ist die TiNx/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur 402 in
einer Stapelstruktur gebildet, welche eine erste Metallschicht,
eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht und eine zweite Metallschicht
umfasst. Die erste Metallschicht und zweite Metallschicht sind stickstoffhaltige
Metallschichten und die Metallsilicidschicht ist eine Metallsilicidschicht,
welche Stickstoff enthält. Zum Beispiel ist die erste Metallschicht
die stickstoffhaltige Titanschicht 402A. Die zweite Metallschicht
ist die stickstoffhaltige Wolframschicht 402C. Die Metallsilicidschicht
ist eine stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 402B.
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Die
wie oben veranschaulichte mehrschichtige Zwischenstruktur kann auch
in anderen verschiedenen Strukturen gebildet sein. Zum Beispiel
umfasst die erste stickstoffhaltige Metallschicht eine stickstoffhaltige
Tantalschicht zusätzlich zu der stickstoffhaltigen Titanschicht.
Die zweite stickstoffhaltige Metallschicht umfasst eine stickstoffhaltige
Titanwolframschicht zusätzlich zu der stickstoffhaltigen
Wolframschicht. Die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst
eine stickstoffhaltige Titansilicidschicht oder eine stickstoffhaltige
Tantalsilicidschicht zusätzlich zu der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht. Die stickstoffhaltige Tantalschicht wird
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, welches das
Sputtern umfasst, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens
gebildet. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch das
Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Titansilicidschicht und die stickstoffhaltige
Tantalsilicidschicht werden durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren
mit entsprechenden Titansilicid- und Tantalsilicid-Sputtertargets in
Stickstoffgasumgebung gebildet. Die stickstoffhaltige Tantalschicht
ist auf eine Dicke von etwa 10 Å bis 80 Å gebildet.
Jede der stickstoffhaltigen Titanwolframschicht, der stickstoffhaltigen
Titansilicidschicht und der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht
ist auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet
und weist einen Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa 10% und
60% auf. In der stickstoffhaltigen Titanwolframschicht liegt ein
Verhältnis von Titan zu Wolfram im Bereich von etwa 0,5
bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht liegt ein
Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von etwa 0,5
bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht liegt ein
Verhältnis von Silicium zu Tantal im Bereich von etwa 0,5
bis 3,0.
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5C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 411, eine Zwischenstruktur 412 und
eine zweite leitfähige Schicht 413. Die erste
leitfähige Schicht 411 umfasst eine Polysiliciumschicht,
die mit einer Störstelle des P-Typs wie Bor (B) oder einer
Störstelle des N-Typs wie Phosphor (P) hoch dotiert ist.
Zusätzlich zu der Polysiliciumschicht kann die erste leitfähige
Schicht 411 auch eine Polysilicium-Germanium(Si1-xGex)-schicht, wobei
x in einem Bereich von etwa 0,01 und 1,0 liegt, oder eine Silicidschicht
umfassen. Die Silicidschicht umfasst eines ausgewählt aus
einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 413 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht wird durch das Durchführen eines aus
einem PVD-Verfahren, einem CVD-Verfahren oder einem ALD-Verfahren
auf eine Dicke von etwa 100 Å bis 2.000 Å gebildet.
Das PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren mit einem
Wolfram-Sputtertarget.
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Die
Zwischenstruktur 412 umfasst eine Titansilicid(TiSix)-schicht 412A, eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 412B, eine stickstoffhaltige
Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 412C und
eine stickstoffhaltige Wolfram (WNx)-schicht 412D.
Die Zwischenstruktur 412 kann gemäß der
in der siebenten und achten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschriebenen ausgewählten Materialien in verschiedenen
Strukturen gebildet sein.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der neunten Ausführungsform
ist eine daraus resultierende Struktur, die nach dem Durchführen
einer Glühbehandlung an den Gatestapelstrukturen gemäß der
siebenten und achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt wird. Das Glühen umfasst eine Wärmebehandlung
während verschiedener Prozesse (z. B. Spacerbildung und
Zwischenschicht-Isolierschichtbildung), die nach der Bildung der
Gatestapelstrukturen durchgeführt wird.
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Die
Zwischenstruktur 412 wird nun unter Bezugnahme auf 5C und 5A mit
der Zwischenstruktur 42 verglichen. Die Titansilicidschicht 412A wird
gebildet, wenn die Titanschicht 42A mit Polysilicium aus
der ersten leitfähigen Schicht 41 reagiert, und
sie weist eine Dicke von etwa 1 Å bis 30 Å auf. Ein
Verhältnis von Silicium zu Titan in der Titansilicidschicht 212A liegt
in einem Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0.
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Die
stickstoffhaltige Titanschicht 412B ergibt sich aus der
Titanschicht 42A, die mit Stickstoff aus der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 42B versorgt wird. Eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 412B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis
100 Å und sie weist ein Verhältnis von Stickstoff
zu Titan im Bereich von etwa 0,7 bis 1,3 auf. Verglichen mit dem Verhältnis
von Stickstoff zu Titan in der Titanschicht 42A erhöht
sich das Verhältnis von Stickstoff zu Titan in der stickstoffhaltigen
Titanschicht 412B von etwa 0 auf etwa 0,7 bis 1,3.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 412C weist eine
Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die gleiche
ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 42C.
Im Einzelnen weist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 412C ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa
10% und 60% auf. Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 412C liegt
in einem Bereich zwischen etwa 20 Å bis 200 Å.
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Nach
dem Glühen weist die stickstoffhaltige Wolframschicht 412D einen
Stickstoffgehalt auf, der aufgrund der Denudation auf etwa 10% oder
darunter verringert ist. Das Bezugssymbol WNx(D)
bezeichnet die denudierte stickstoffhaltige Wolframschicht. Die stickstoffhaltige
Wolframschicht 412D ist etwa 20 Å bis 200 Å dick.
Ein Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 412D liegt in einem Bereich zwischen etwa
0,01 und 0,15. Verglichen mit dem Verhältnis von Stickstoff
zu Wolfram in der stickstoffhaltigen Wolframschicht 42C, welche
in 5A veranschaulicht ist, verringert sich das Verhältnis
von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen Wolframschicht 412D von
dem Bereich zwischen etwa 0,3 und 1,5 auf den Bereich zwischen etwa
0,01 bis 0,15.
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In
dem Fall, in dem die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 42B über
der Titanschicht 42A gebildet ist (siehe 5A),
werden nach dem Glühen Spuren von Stickstoff in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 42B in einer Grenzregion zwischen der
Titanschicht 42A und der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 42B zersetzt.
Aufgrund dessen wird, wie in 5C veranschaulicht,
ein oberer Abschnitt der Titanschicht 42A in die stickstoffhaltige
Titanschicht 412B umgewandelt und ein unterer Abschnitt
der Titanschicht 42A reagiert mit Polysilicium aus der
ersten leitfähigen Schicht 41, um die Titansilicidschicht 412A zu
bilden.
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Die
Zwischenstruktur 412 wird nun unter Bezugnahme auf 5C und 5B mit
der Zwischenstruktur 402 verglichen. Die stickstoffhaltige
Titanschicht 402A wird in die stickstoffhaltige Titanschicht 412B mit
einer minimalen Reaktion mit der Titansilicidschicht 412A umgewandelt.
Eine Dicke der Titansilicidschicht 412A liegt im Bereich
von etwa 1 Å bis 30 Å und eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 412B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis
100 Å. Ein Verhältnis von Stickstoff zu Titan
in der stickstoffhaltigen Titanschicht 412B liegt im Bereich
zwischen etwa 0,7 und 1,3. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 412C weist
eine Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die
gleiche ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 42B.
Im Einzelnen liegt ein Verhältnis von Silicium zu Wolfram
in der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 412C im
Bereich von etwa 0,5 bis 3,0, die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 412C weist
einen Stickstoffgehalt im Bereich von etwa 10% bis 60% auf und ist
auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
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Nach
dem Glühen weist die stickstoffhaltige Wolframschicht 412D einen
Stickstoffgehalt auf, welcher aufgrund der Denudation auf etwa 10%
oder darunter verringert ist. Die stickstoffhaltige Wolframschicht 412D ist
etwa 20 Å bis 200 Å dick. Ein Verhältnis
von Stickstoff zu Wolfram in der stickstoffhaltigen Wolframschicht 412D liegt
in einem Bereich zwischen etwa 0,01 und 0,15.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der neunten Ausführungsform
umfasst eine erste Zwischenstruktur und eine zweite Zwischenstruktur.
Die erste Zwischenstruktur umfasst eine erste Metallsilicidschicht und
eine erste stickstoffhaltige Metallschicht und die zweite Zwischenstruktur
umfasst eine zweite stickstoffhaltige Metallschicht und eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht.
Zum Beispiel ist die erste Zwischenstruktur durch das Stapeln der
Titansilicidschicht 412A und der stickstoffhaltigen Titanschicht 412B gebildet.
Die zweite Zwischenstruktur ist durch das Stapeln der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 412C und der stickstoffhaltigen Wolframschicht 412D gebildet.
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6A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer zehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 51, eine Zwischenstruktur 52 und
eine zweite leitfähige Schicht 53. Die erste leitfähige
Schicht 51 umfasst eine Polysiliciumschicht, die mit einer
Störstelle des P-Typs wie Bor oder einer Störstelle
des N-Typs wie Phosphor hoch dotiert ist. Die erste leitfähige
Schicht 51 kann auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht
(Si1-xGex, wobei
x in einem Bereich zwischen etwa 0,01 und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht
umfassen. Zum Beispiel umfasst die Silicidschicht eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 53 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch die Durchführung eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren umfasst
ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
-
Die
Zwischenstruktur 52 umfasst eine Titan(Ti)-schicht 52A,
eine erste stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 52B,
eine stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy) -schicht 52C und eine zweite
stickstoffhaltige Wolfram (WNx)-schicht 52D.
Im Einzelnen liegt eine Dicke der Titanschicht 52A in einem
Bereich von etwa 10 Å bis etwa 80 Å. Ein Verhältnis
von Stickstoff zu Wolfram in jeder der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 52B und 52D liegt im Bereich zwischen etwa
0,3 und 1,5. Jede der ersten und zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht steht
für eine Wolframnitridschicht oder eine Wolframschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Wie später noch beschrieben werden wird,
stellen die erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 52B und 52D Stickstoff
an die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C bereit.
Aufgrund der Bereitstellung von Stickstoff an die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 52C werden die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 52B und 52D nach einer anschließenden Glühbehandlung
jeweils zu einer reinen Wolframschicht oder zu einer Wolframschicht,
welche nur noch Spuren von Stickstoff enthält.
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Ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 52C liegt im Bereich zwischen etwa
0,5 und 3,0 und ein Stickstoffgehalt der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 52C liegt
im Bereich von etwa 10% bis etwa 60%. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C steht
für eine Wolfram-Siliciumnitridschicht oder eine Wolframsilicidschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C ist
auf eine Dicke im Bereich von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
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Die
Titanschicht 52A und die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 52B und 52D werden durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C wird durch
das Durchführen eines PVD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren
erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens oder eines reaktiven
Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel wird die Titanschicht 52A durch
das Durchführen eines Sputterdepositionsverfahrens mit
einem Titan-Sputtertarget gebildet. Die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 52B und 52D werden durch das Durchführen
eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens mit einem Wolfram-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C wird
durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung
gebildet. Insbesondere wird das PVD-Verfahren, wie ein reaktives
Sputterdepositionsverfahren, verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C zu
bilden, weil die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C ungeachtet
einer Grundschichtart gleichmäßig gebildet werden kann.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der zehnten Ausführungsform
umfasst die erste leitfähige Schicht 51, die Ti/WNx/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur 52 und die zweite
leitfähige Schicht 53. Die erste leitfähige Schicht 51 und
die zweite leitfähige Schicht 53 umfassen entsprechend
eine Polysiliciumschicht und eine Wolframschicht, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur
gebildet wird.
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Insbesondere
umfasst die Ti/WNx/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur 52 eine
erste Metallschicht, eine zweite Metallschicht, eine stickstoffhaltige
Metallsilicidschicht und eine dritte Metallschicht. Die erste Metallschicht
umfasst eine reine Metallschicht, während die zweite und
dritte Metallschicht stickstoffhaltige Metallschichten umfassen.
Die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst eine Metallsilicidschicht,
welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis an Stickstoff
enthält. Zum Beispiel ist die erste Metallschicht die Titanschicht 52A und
die zweite und dritte Metallschicht sind die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 52B bzw. 52D. Die Metallsilicidschicht
ist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 52C.
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Die
wie oben veranschaulichte mehrschichtige Zwischenstruktur kann auch
in anderen verschiedenen Strukturen gebildet sein. Zum Beispiel
umfasst die erste Metallschicht eine Tantalschicht zusätzlich
zu der Titanschicht. Die zweite und dritte Metallschicht umfassen
im Wesentlichen das gleiche Material, zum Beispiel eine stickstoffhaltige
Titanwolframschicht zusätzlich zu der stickstoffhalti gen Wolframschicht.
Die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst eine stickstoffhaltige
Titansilicidschicht oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht. Die Tantalschicht
wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, welches
das Sputtern umfasst, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens
gebildet. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch das
Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Titansilicidschicht und die stickstoffhaltige
Tantalsilicidschicht werden durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren
mit entsprechenden Titansilicid- und Tantalsilicid-Sputtertargets in
Stickstoffgasumgebung gebildet. Die Tantalschicht ist auf eine Dicke
von etwa 10 Å bis 80 Å gebildet. Jede der stickstoffhaltigen
Titanwolframschicht, der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
und der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht ist auf eine Dicke
von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet und weist einen
Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa 10% und 60% auf. In der
stickstoffhaltigen Titanwolframschicht liegt ein Verhältnis
von Titan zu Wolfram im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen
Titansilicidschicht liegt ein Verhältnis von Silicium zu
Titan im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht
liegt ein Verhältnis von Silicium zu Tantal im Bereich
von etwa 0,5 bis 3,0.
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6B veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer elften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst eine
erste leitfähige Schicht 501, eine Zwischenstruktur 502 und
eine zweite leitfähige Schicht 503. Die erste
leitfähige Schicht 501 umfasst eine Polysiliciumschicht,
die mit einer Störstelle des P-Typs wie Bor oder einer
Störstelle des N-Typs wie Phosphor hoch dotiert ist. Die
erste leitfähige Schicht 501 kann auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht
(Si1-xGex, wobei
x im Bereich zwischen etwa 0,01 und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht
umfassen. Zum Beispiel umfasst die Silicidschicht eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 503 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren
umfasst ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Die
Zwischenstruktur 502 umfasst eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 502A, eine erste stickstoffhaltige
Wolfram(WNx)-schicht 502B, eine
stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 502C und eine zweite
stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 502D.
Detaillierter weist die stickstoffhaltige Titanschicht 502A ein
bestimmtes Verhältnis von Stickstoff zu Titan zum Beispiel
in einem Bereich von etwa 0,2 bis 0,8 auf und ist auf eine Dicke
von etwa 10 Å bis 150 Å gebildet. Die stickstoffhaltige
Titanschicht 502A steht für eine Titannitridschicht
oder eine Titanschicht, welche ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis
an Stickstoff enthält.
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Jede
der ersten und zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 502B und 502D weist
ein bestimmtes Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram zum Beispiel
in einem Bereich von etwa 0,3 bis 1,5 auf. Die erste und zweite
stickstoffhaltige Wolframschicht 502B und 502D umfassen
jeweils auch eine Wolframnitridschicht. Wie später noch
beschrieben werden wird, stellen die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 502B und 502D Stickstoff an die
stickstoffhaltige Titanschicht 502A und die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 502C bereit. Jede der ersten und
zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 502B und 502D ist
auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
Aufgrund der Bereitstellung von Stickstoff werden die erste und
zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 502B und 502D nach
dem Glühen zu reinen Wolframschichten oder zu Wolframschichten,
welche nur noch Spuren von Stickstoff enthalten.
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Ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 502C liegt im Bereich zwischen etwa
0,5 und 3,0 und ein Stickstoffgehalt der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 502C liegt
im Bereich von etwa 10% bis etwa 60%. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 502C umfasst
auch eine Wolfram-Siliciumnitridschicht. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 502C weist eine
Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å auf.
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Die
erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 502B und 502D werden
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder
eines ALD-Verfahrens gebildet. Die stickstoffhaltige Titanschicht 502A und
die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 502C werden
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens gebildet.
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Das
PVD-Verfahren erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens
oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel
wird die stickstoffhaltige Titanschicht 502A durch das
Durchführen eines Sputterdepositionsverfahrens mit einem Titan-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 502B und 502D werden jeweils durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 502C wird durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung
gebildet. Insbesondere wird das PVD-Verfahren, wie ein reaktives
Sputterdepositionsverfahren, verwendet, um die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 502C zu
bilden, weil dadurch die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 502C ungeachtet
einer Grundschichtart gleichmäßig gebildet werden
kann.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der elften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die erste leitfähige
Schicht 501, die TiNx/WNx/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur 502 und die zweite
leitfähige Schicht 503. Die erste leitfähige Schicht 501 umfasst
Polysilicium und die zweite leitfähige Schicht 503 umfasst
Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur gebildet wird.
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Insbesondere
ist die TiNx/WNx/WSixNy/WNx-Zwischenstruktur 502 in
einer Stapelstruktur gebildet, welche eine erste Metallschicht,
eine zweite Metallschicht, eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht
und eine dritte Metallschicht umfasst. Die erste, zweite und dritte
Metallschicht sind stickstoffhaltige Metallschichten, und die stickstoffhaltige
Metallsilicidschicht enthält ein bestimmtes Gehalt/Masse-Verhältnis
an Stickstoff. Zum Beispiel ist die erste Metallschicht die stickstoffhaltige
Titanschicht 502A und die zweite und dritte Metallschicht
sind die erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 502B bzw. 502D.
Die Metallsilicidschicht ist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 502C.
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Die
wie oben veranschaulichte mehrschichtige Zwischenstruktur kann auch
in anderen verschiedenen Strukturen gebildet sein. Zum Beispiel
umfasst die erste Metallschicht eine stickstoffhaltige Tantal(TaNx)-schicht zusätzlich zu der stickstoffhaltigen
Titanschicht. Die zweite und dritte Metallschicht umfassen im Wesentlichen
das gleiche Material, zum Beispiel eine stickstoffhaltige Titanwolfram(TiWNx)-schicht zusätzlich zu der stickstoffhaltigen
Wolframschicht. Die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst
eine stickstoffhaltige Titansilicid(TiSixNy)-schicht oder eine stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
(TaSixNy) zusätzlich
zu der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht. Die stickstoffhaltige
Tantalschicht wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens,
welches das Sputtern umfasst, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens
gebildet. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch das
Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Titansilicidschicht und die stickstoffhaltige Tantalsilicidschicht
werden durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren mit entsprechenden
Titansilicid- und Tantalsili cid-Sputtertargets in Stickstoffgasumgebung
gebildet. Die stickstoffhaltige Tantalschicht ist auf eine Dicke
von etwa 10 Å bis 80 Å gebildet. Jede der stickstoffhaltigen
Titanwolframschicht, der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
und der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht ist auf eine Dicke
von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet und weist einen
Stickstoffgehalt im Bereich zwischen etwa 10% und 60% auf. In der
stickstoffhaltigen Titanwolframschicht liegt ein Verhältnis
von Titan zu Wolfram im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Titansilicidschicht
liegt ein Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von
etwa 0,5 bis 3,0. In der stickstoffhaltigen Tantalsilicidschicht
liegt ein Verhältnis von Silicium zu Tantal im Bereich
von etwa 0,5 bis 3,0.
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6C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer zwölften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur
umfasst eine erste leitfähige Schicht 511, eine
Zwischenstruktur 512 und eine zweite leitfähige
Schicht 513. Die erste leitfähige Schicht 511 umfasst
eine Polysiliciumschicht, die mit einer Störstelle des
P-Typs wie Bor (B) oder einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor
(P) hoch dotiert ist. Zusätzlich zu der Polysiliciumschicht
kann die erste leitfähige Schicht 511 auch eine
Polysilicium-Germanium(Si1-xGex)-schicht, wobei
x in einem Bereich von etwa 0,01 und 1,0 liegt, oder eine Silicidschicht
umfassen. Die Silicidschicht umfasst eines ausgewählt aus
einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 513 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht wird durch das Durchführen eines aus
einem PVD-Verfahren, einem CVD-Verfahren oder einem ALD-Verfahren
auf eine Dicke von etwa 100 Å bis 2.000 Å gebildet.
Das PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren mit einem
Wolfram-Sputtertarget.
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Die
Zwischenstruktur 512 umfasst eine Titansilicid(TiSix)-schicht 512A, eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 512B, eine erste stickstoffhaltige Wolfram (WNx)-schicht 512C, stickstoffhaltige
Wolframsilicid (WSixNy)-schicht 512D und
eine zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 512E. Die
Zwischenstruktur 512 kann gemäß der in
der zehnten und elften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschriebenen ausgewählten Materialien in verschiedenen
Strukturen gebildet sein.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der zwölften Ausführungsform
ist eine daraus resultierende Struktur, die nach dem Durchführen
einer Glühbehandlung an den Gatestapelstrukturen gemäß der
zehnten und elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
wird. Das Glühen umfasst eine Wärmebehandlung
während verschiedener Prozesse (z. B. Spacerbildung und
Zwischenschicht-Isolierschichtbildung), die nach der Bildung der
Gatestapelstrukturen durchgeführt wird.
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Die
Zwischenstruktur 512 wird nun unter Bezugnahme auf 6C und 6A mit
der Zwischenstruktur 52 verglichen. Die Titansilicidschicht 512A wird
gebildet, wenn die Titanschicht 52A mit Polysilicium aus
der ersten leitfähigen Schicht 51 reagiert, und
sie weist eine Dicke von etwa 1 Å bis 30 Å auf. Ein
Verhältnis von Silicium zu Titan in der Titansilicidschicht 512A liegt
in einem Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0.
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Die
stickstoffhaltige Titanschicht 512B wird bereitgestellt,
wenn die Titanschicht 52A mit Stickstoff aus der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 52B versorgt wird. Eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 512B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis
100 Å, und sie weist ein Verhältnis von Stickstoff
zu Titan im Bereich von etwa 0,7 bis 1,3 auf.
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Nach
dem Glühen weist jede der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 512C und 512E einen Stickstoffgehalt
auf, der aufgrund der Denudation auf etwa 10% oder darunter verringert
ist. Das Bezugssymbol WNx(D) bezeichnet
die denudierte stickstoffhaltige Wolframschicht. Die erste und zweite
stickstoffhaltige Wolframschicht 512C und 512E sind
jeweils etwa 20 Å bis 200 Å dick. Ein Ver hältnis
von Stickstoff zu Wolfram in jeder der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 512C und 512E liegt in einem Bereich
zwischen etwa 0,01 und 0,15.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 512D weist eine
Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die gleiche
ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 52C.
Im Einzelnen weist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 512D ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf.
Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 512D liegt
in einem Bereich zwischen etwa 20 Å und 200 Å.
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Die
Zwischenstruktur 512 wird nun unter Bezugnahme auf 6C und 6B mit
der Zwischenstruktur 502 verglichen. Während der
Glühbehandlung wird die stickstoffhaltige Titanschicht 502A mit Stickstoff
aus der stickstoffhaltigen Wolframschicht 502B versorgt.
Aufgrund dessen wird die stickstoffhaltige Titanschicht 502A in
die stickstoffhaltige Titanschicht 512B mit einer minimalen
Reaktion mit der Titansilicidschicht 512A umgewandelt.
Eine Dicke der Titansilicidschicht 512A liegt im Bereich
von etwa 1 Å bis 30 Å, und eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 512B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis 100 Å.
Ein Verhältnis von Stickstoff zu Titan in der stickstoffhaltigen
Titanschicht 512B liegt im Bereich zwischen etwa 0,7 und
1,3.
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Nach
dem Glühen weist jede der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 512C und 512E einen Stickstoffgehalt
auf, der aufgrund der Denudation der ersten und zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 512C und 512E auf
etwa 10% oder darunter verringert ist. Die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 512C und 512E sind jeweils etwa
20 Å bis 200 Å dick. Ein Verhältnis von
Stickstoff zu Wolfram in jeder der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 512C und 512E liegt in einem Bereich
zwischen etwa 0,01 und 0,15.
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Die
stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 512D weist eine
Dicke und eine Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen die gleiche
ist wie die der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 502C.
Im Einzelnen weist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 512D ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0 und einen Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf.
Eine Dicke der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 512D liegt
in einem Bereich zwischen etwa 20 Å und 200 Å.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der zwölften Ausführungsform
umfasst eine erste Zwischenstruktur und eine zweite Zwischenstruktur.
Die erste Zwischenstruktur umfasst eine Metallsilicidschicht und eine
erste stickstoffhaltige Metallschicht und die zweite Zwischenstruktur
umfasst eine zweite stickstoffhaltige Metallschicht, eine stickstoffhaltige
Metallsilicidschicht und eine dritte stickstoffhaltige Metallschicht.
Zum Beispiel ist die erste Zwischenstruktur durch das Stapeln der
Titansilicidschicht 512A und der stickstoffhaltigen Titanschicht 512B gebildet. Die
zweite Zwischenstruktur ist durch das Stapeln der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 512C, der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 512D und
der stickstoffhaltigen Wolframschicht 512E gebildet.
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Jede
der Zwischenstrukturen gemäß ersten bis zwölften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine
stickstoffhaltige Metallsilicidschicht wie eine stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht sowie mehrere dünne Schichten umfassend Titan,
Silicium, Wolfram und Stickstoff. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht
wird durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens mit
einem Wolframsilicid-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die Implementierung des reaktiven Sputterdepositionsverfahrens wandelt
die Titanschicht in die Titannitridschicht um, während
die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht abgelagert wird. Im
Falle der Bildung der stickstoffhaltigen Wolframschicht über
der Titanschicht wird die Titanschicht in die Titannitridschicht
umgewandelt.
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Da
die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht als eine amorphe Diffusionsbarriere
dient, wenn die Wolframschicht gebildet wird, ist ein spezifischer
Widerstand der Wolframschicht gering in einem Bereich von etwa 15 μΩ-cm
und einer großen Korngröße. Somit weist
die Wolframschicht einen verringerten Flächenwiderstand
auf, weil die Wolframschicht mit einem geringen spezifischen Widerstand
gebildet werden kann.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der ersten bis zwölften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen
geringen Kontaktwiderstand auf und verringert eine Polysiliciumverarmung,
weil die Titanschicht oder die stickstoffhaltige Titanschicht in die
Titannitridschicht umgewandelt wird, wenn die stickstoffhaltige
Wolframschicht oder die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht
gebildet werden. Außerdem weist die Gatestapelstruktur
wegen der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht, die in jeder
der Zwischenstrukturen enthalten ist, einen geringen Flächenwiderstand
auf.
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Aufgrund
der obengenannten Umwandlung der Titanschicht oder der stickstoffhaltigen
Titanschicht in die Titannitridschicht, umfasst jede der mehreren
Schichten, die in den Zwischenstrukturen enthalten sind, Stickstoff.
Aufgrund dessen sind der Kontaktwiderstand und der Flächenwiderstand
gering und die Höhe jeder der Gatestapelstrukturen kann
verringert werden. Außerdem ist es möglich, eine
Polysilicium-Verarmungswirkung zu verringern, welche aufgrund der
Herausdiffusion von Störstellen wie Bor, welche in die
erste leitfähige Schicht dotiert sind, auftritt.
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7A veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer dreizehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst
eine erste leitfähige Schicht 61, eine Zwischenstruktur 62 und
eine zweite leitfähige Schicht 63. Die erste leitfähige
Schicht 61 umfasst eine Polysiliciumschicht, die mit einer
Störstelle des P-Typs wie Bor oder einer Störstelle
des N-Typs wie Phosphor hoch dotiert ist. Die erste leitfähige
Schicht 61 kann auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x im
Bereich zwischen etwa 0,01 und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht
umfassen. Zum Beispiel umfasst die Silicidschicht eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 63 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren umfasst
ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Die
Zwischenstruktur 62 umfasst eine Titan(Ti)-schicht 62A,
eine erste stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 62B,
eine Wolframsilicid(WSix)-schicht 62C,
wobei x im Bereich zwischen etwa 1,5 und 10 liegt, und eine zweite
stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 62D.
Insbesondere ist der Titanschicht 62A auf eine Dicke im
Bereich von etwa 10 Å bis 80 Å gebildet.
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Jede
der ersten und zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 62B und 62D weist
ein Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram zum Beispiel in
einem Bereich von etwa 0,3 bis 1,5 auf. Die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 62B und 62D umfassen jeweils auch
eine Wolframnitridschicht. Wie später noch beschrieben
werden wird, weisen die erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 629 und 62D eine
Metalleigenschaft auf. Die erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 62B und 62D stellen Stickstoff
an die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 62C bereit.
Jede der stickstoffhaltigen Wolframschicht 62B und 62D ist
auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
Aufgrund der Bereitstellung von Stickstoff werden die erste und
zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 62B und 62D nach
dem Glühen zu reinen Wolframschichten oder zu Wolframschichten,
welche nur noch Spuren von Stickstoff enthalten.
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Ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram in der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 62C liegt im Bereich zwischen etwa
0,5 und 3,0. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 62C ist
auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 100 Å gebildet.
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Die
Titanschicht 62A, die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 62B und 62D und die Wolframschicht 63 werden
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens
oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 62C wird
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens gebildet.
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Das
PVD-Verfahren erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens
oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel
wird die Titanschicht 62A durch das Durchführen
eines Sputterdepositionsverfahrens mit einem Titan-Sputtertarget
gebildet. Die erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 62B und 62D werden
jeweils durch das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 62C wird durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget gebildet. Die Wolframschicht 63 wird
durch ein Sputterdepositionsverfahren mit einem Wolfram-Sputtertarget
gebildet.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der dreizehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die erste leitfähige
Schicht 61, die Ti/WNx/WSix/WNx-Zwischenstruktur 62 und
die zweite leitfähige Schicht 63. Die erste leitfähige
Schicht 61 umfasst Polysilicium und die zweite leitfähige Schicht 63 umfasst
Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur gebildet
wird.
-
Insbesondere
ist die Ti/WNx/WSix/WNx-Zwischenstruktur 62 in einer Stapelstruktur
gebildet, umfassend eine erste Metallschicht, eine zweite Metallschicht,
eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht und eine dritte Metallschicht.
Die erste Metallschicht umfasst eine reine Metallschicht. Die zweite
und dritte Metallschicht umfassen stickstoffhaltige Metallschichten
und die stickstoffhaltige Metallsilicidschicht umfasst eine reine
Wolframsilicidschicht. Zum Beispiel ist die erste Metallschicht
die Titanschicht 62A und die zweite und dritte Metallschicht
sind die erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 62B bzw. 62D.
Die Metallsilicidschicht ist die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 62C.
-
Die
wie oben veranschaulichte mehrschichtige Zwischenstruktur kann auch
in anderen verschiedenen Strukturen gebildet sein. Zum Beispiel
umfasst die erste Metallschicht eine Tantalschicht zusätzlich
zu der Titanschicht. Die Metallsilicidschicht umfasst eine Titansilicid(TiSix)-schicht, wobei x im Bereich zwischen 1,5
und 10 liegt, oder eine Tantalsilicid(TaSix)-schicht
wobei x im Bereich zwischen etwa 1,5 und 10 liegt, zusätzlich
zu der Wolframsilicidschicht. Die zweite und dritte Metallschicht
umfassen eine stickstoffhaltige Titanwolfram(TiWNx)-schicht
zusätzlich zu der stickstoffhaltigen Wolframschicht. Die
Tantalschicht wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens,
welches das Sputtern umfasst, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens
gebildet. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch das
Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die Titansilicidschicht und die Tantalsilicidschicht werden durch
ein reaktives Sputterdepositionsverfahren mit entsprechenden Titansilicid-
und Tantalsilicid-Sputtertargets gebildet. Die Tantalschicht ist
auf eine Dicke von etwa 10 Å bis 80 Å gebildet.
Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht ist etwa 20 Å bis
200 Å dick. Jede der Titansilicidschicht und der Tantalsilicidschicht
ist auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht weist einen Stickstoffgehalt
im Bereich zwischen etwa 10% und 60% auf. In der stickstoffhaltigen
Titanwolframschicht liegt ein Verhältnis von Titan zu Wolfram
im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. In der Titansilicidschicht liegt
ein Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von etwa
0,5 bis 3,0. In der Tantalsilicidschicht liegt ein Verhältnis
von Silicium zu Tantal im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0.
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Die über
der ersten stickstoffhaltigen Wolframschicht 62B gebildete
Wolframsilicidschicht 62C wird durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens, wie ein Sputterdepositionsverfahren, gebildet.
Das Durchführen des Sputterdepositionsverfahrens mit dem
Wolframsilicid-Sputtertarget erlaubt die gleichmäßige
Bildung der Wolframsilicidschicht 62C ungeachtet einer
Grundschichtart.
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7B veranschaulicht
Bilder von Strukturen, die nach der Bildung einer Wolframsilicidschicht über
einer stickstoffhaltigen Wolframschicht durch das Durchführen
entsprechender chemischer Aufdampfverfahren (CVD) und physikalischer
Aufdampfverfahren (PVD) bereitgestellt werden. Während
die Wolframsilicidschicht CVD-WSix durch
das CVD-Verfahren nicht gut über der Wolframnitridschicht
WN gebildet wird, wird die Wolframsilicidschicht PVD-WSix durch das PVD-Verfahren gleichmäßig über
der Wolframnitridschicht gebildet. Somit kann, weil die Wolframschicht,
welche einen geringen spezifischen Widerstand aufweist, über
der Wolframsilicidschicht gebildet werden kann, der Flächenwiderstand
der Wolframschicht verringert werden.
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Für
die Gatestapelstruktur gemäß der dreizehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird, wenn die stickstoffhaltige Wolframschicht 62B über
der Titanschicht gebildet wird, die Titanschicht in eine Titannitridschicht
umgewandelt.
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Gemäß der
dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann die Gatestapelstruktur, weil die Titanschicht der Zwischenstruktur während
der Bildung der stickstoffhaltigen Schicht in die Titannitridschicht
umgewandelt wird, einen geringen Kontaktwiderstand aufweisen und
die Polysilicium-Verarmungswirkung verringern. Ferner kann die Gatestapelstruktur,
weil die Zwischenstruktur die Wolframsilicidschicht umfasst, auch
einen geringen Flächenwiderstand aufweisen.
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7C veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer vierzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst
eine erste leitfähige Schicht 601, eine Zwischenstruktur 602 und
eine zweite leitfähige Schicht 603. Die erste
leitfähige Schicht 601 umfasst eine Polysiliciumschicht,
die mit einer Störstelle des P-Typs wie Bor oder einer
Störstelle des N-Typs wie Phosphor hoch dotiert ist. Die
erste leitfähige Schicht 601 kann auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x im
Bereich zwischen etwa 0,01 und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht
umfassen. Zum Beispiel umfasst die Silicidschicht eines ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und
Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 603 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht ist etwa 100 Å bis 2.000 Å dick
und wird durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines
CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet. Das PVD-Verfahren
umfasst ein Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Die
Zwischenstruktur 602 umfasst eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 602A, eine erste stickstoffhaltige
Wolfram(WNx)-schicht 602B, eine
Wolframsilicid(WSix)-schicht 602C und
eine zweite stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 602D.
Detaillierter weist die stickstoffhaltige Titanschicht 602A ein
bestimmtes Verhältnis von Stickstoff zu Titan zum Beispiel
in einem Bereich von etwa 0,2 bis 0,8 auf und ist auf eine Dicke
von etwa 10 Å bis 150 Å gebildet. Die stickstoffhaltige
Titanschicht 602A umfasst auch eine Titannitridschicht.
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Jede
der ersten und zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 602B und 602D weist
ein bestimmtes Verhältnis von Stickstoff zu Wolfram zum Beispiel
in einem Bereich von etwa 0,3 bis 1,5 auf. Die erste und zweite
stickstoffhaltige Wolframschicht 602B und 602D umfassen
jeweils auch eine Wolframnitridschicht. Die erste und zweite stickstoff haltige
Wolframschicht 602B und 602D liefern Stickstoff
an die Wolframsilicidschicht 602C. Jede der ersten und
zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 602B und 602D ist
auf eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å gebildet.
Aufgrund der Bereitstellung von Stickstoff werden die erste und
zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 602B und 602D nach
dem Glühen zu reinen Wolframschichten oder zu Wolframschichten, welche
nur noch Spuren von Stickstoff enthalten.
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Ein
Verhältnis von Silicium zu Wolfram in der Wolframsilicidschicht 602C liegt
im Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0. Die Wolframsilicidschicht 602C weist
eine Dicke von etwa 20 Å bis 200 Å auf.
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Die
erste und zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 602B und 602D werden
durch das Durchführen eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder
eines ALD-Verfahrens gebildet. Die stickstoffhaltige Titanschicht 602A und
die Wolframsilicidschicht 602C werden durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens gebildet.
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Das
PVD-Verfahren erfolgt mittels eines Sputterdepositionsverfahrens
oder eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens. Zum Beispiel
wird die stickstoffhaltige Titanschicht 602A durch das
Durchführen eines Sputterdepositionsverfahrens mit einem Titan-Sputtertarget
in Stickstoffgasumgebung gebildet. Die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 602B und 602D werden jeweils durch
das Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Wolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die Wolframsilicidschicht 602C wird durch das Durchführen
eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens mit einem Wolframsilicid-Sputtertarget
gebildet. Die Wolframschicht 603 wird durch ein Sputterdepositionsverfahren
mit einem Wolfram-Sputtertarget gebildet. Die Gatestapelstruktur
gemäß der vierzehnten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst die erste leitfähige Schicht 601,
die TiNx/WNx/WSix/WNx-Zwischenstruktur 602 und
die zweite leitfähige Schicht 603. Die erste leitfähige
Schicht 601 umfasst Polysilicium und die zweite leitfähige
Schicht 603 umfasst Wolfram, wodurch eine Wolfram-Polysilicium-Gatestapelstrukur
gebildet wird.
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Insbesondere
ist die TiNx/WNx/WSix/WNx-Zwischenstruktur 602 in
einer Stapelstruktur gebildet, welche eine erste Metallschicht,
eine zweite Metallschicht, eine Metallsilicidschicht und eine dritte
Metallschicht umfasst. Die erste, zweite und dritte Metallschicht
sind stickstoffhaltige Metallschichten, und die Metallsilicidschicht
ist eine reine Metallsilicidschicht. Zum Beispiel ist die erste
Metallschicht die stickstoffhaltige Titanschicht 602A und
die zweite und dritte Metallschicht sind die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 602B bzw. 602D. Die Metallsilicidschicht
ist die Wolframsilicidschicht 602C.
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Die
wie oben veranschaulichte mehrschichtige Zwischenstruktur kann auch
in anderen verschiedenen Strukturen gebildet sein. Zum Beispiel
umfasst die erste Metallschicht eine stickstoffhaltige Tantal(TaNx)-schicht zusätzlich zu der stickstoffhaltigen
Titanschicht. Zusätzlich zu der Wolframsilicidschicht umfasst
die Metallsilicidschicht eine Titansilicid(TiSix)-schicht,
wobei x im Bereich zwischen 1,5 und 10 liegt, oder eine Tantalsilicid(TaSix)-schicht, wobei x im Bereich zwischen 1,5
und 10 liegt. Die zweite und dritte Metallschicht umfassen eine
stickstoffhaltige Titanwolfram(TiWNx)-schicht
zusätzlich zu der stickstoffhaltigen Wolframschicht. Die
stickstoffhaltige Tantalschicht wird durch das Durchführen eines
reaktiven Sputterverfahrens mit einem Tantal-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung
gebildet. Die stickstoffhaltige Titanwolframschicht wird durch das
Durchführen eines reaktiven Sputterdepositionsverfahrens
mit einem Titanwolfram-Sputtertarget in Stickstoffgasumgebung gebildet.
Die Titansilicidschicht und die Tantalsilicidschicht werden durch
ein reaktives Sputterdepositionsverfahren mit entsprechenden Titansilicid-
und Tantalsilicid-Sputtertargets gebildet. Die stickstoffhaltige
Tantalschicht ist auf eine Dicke von etwa 10 Å bis 150 Å gebildet.
Jede der stickstoffhaltigen Titanwolframschicht, der Titansilicidschicht
und der Tantalsilicidschicht ist auf eine Dicke von etwa 20 Å bis
200 Å gebildet. Ein Stickstoffgehalt innerhalb der stickstoffhaltigen
Titanwolframschicht liegt im Bereich zwischen etwa 10% und 60% In
der stickstoffhaltigen Titanwolframschicht liegt ein Verhältnis
von Titan zu Wolfram im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. In der Titansilicidschicht
liegt ein Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von
etwa 0,5 bis 3,0. In der Tantalsilicidschicht liegt ein Verhältnis
von Silicium zu Tantal im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0.
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In
der oben beschriebenen Zwischenstruktur 602, wird die über
der ersten stickstoffhaltigen Wolframschicht 602B gebildete
Wolframsilicidschicht 602C durch ein PVD-Verfahren, wie
ein Sputterdepositionsverfahren, gebildet. Das Durchführen
des Sputterdepositionsverfahrens mit dem Wolframsilicid-Sputtertarget
erlaubt die gleichmäßige Bildung der Wolframsilicidschicht 602C ungeachtet
einer Grundschichtart.
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7D veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur gemäß einer fünfzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gatestapelstruktur umfasst
eine erste leitfähige Schicht 611, eine Zwischenstruktur 612 und
eine zweite leitfähige Schicht 613. Die erste
leitfähige Schicht 611 umfasst eine Polysiliciumschicht,
die mit einer Störstelle des P-Typs wie Bor (B) oder einer
Störstelle des N-Typs wie Phosphor (P) hoch dotiert ist.
Zusätzlich zu der Polysiliciumschicht kann die erste leitfähige
Schicht 611 auch eine Polysilicium-Germanium(Si1-xGex)-schicht, wobei
x in einem Bereich von etwa 0,01 und 1,0 liegt, oder eine Silicidschicht
umfassen. Die Silicidschicht umfasst eines ausgewählt aus
einer Gruppe bestehend aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
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Die
zweite leitfähige Schicht 613 umfasst eine Wolframschicht.
Die Wolframschicht wird durch das Durchführen eines aus
einem PVD-Verfahren, einem CVD-Verfahren oder einem ALD-Verfahren
auf eine Dicke von etwa 100 Å bis 2.000 Å gebildet.
Das PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren mit einem
Wolfram-Sputtertarget.
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Die
Zwischenstruktur 612 umfasst eine Titansilicid(TiSix)-schicht 612A, eine stickstoffhaltige Titan(TiNx)-schicht 612B, eine erste stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 612C, eine stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 612D und
eine zweite stickstoffhaltige Wolframschicht 612E. Die
Zwischenstruktur 612 kann gemäß der in
der dreizehnten und vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschriebenen ausgewählten Materialien in verschiedenen
Strukturen gebildet sein.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der fünfzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine daraus
resultierende Struktur, die nach dem Durchführen einer
Glühbehandlung an den Gatestapelstrukturen gemäß der
dreizehnten und vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bereitgestellt wird. Das Glühen umfasst eine
Wärmebehandlung während verschiedener Prozesse
(z. B. Spacerbildung und Zwischenschicht-Isolierschichtbildung),
die nach der Bildung der Gatestapelstrukturen durchgeführt
wird.
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Die
Zwischenstruktur 612 wird nun unter Bezugnahme auf 7D und 7A mit
der Zwischenstruktur 62 verglichen. Die Titansilicidschicht 612A wird
gebildet, wenn die Titanschicht 62A mit Polysilicium aus
der ersten leitfähigen Schicht 61 reagiert, und
sie weist eine Dicke von etwa 1 Å bis 30 Å auf. Ein
Verhältnis von Silicium zu Titan in der Titansilicidschicht 612A liegt
in einem Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,0.
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Die
stickstoffhaltige Titanschicht 612B wird bereitgestellt,
wenn die Titanschicht 62A mit Stickstoff aus der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 62B versorgt wird. Eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 612B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis
100 Å und sie weist ein Verhältnis von Stickstoff
zu Titan im Bereich von etwa 0,6 bis 1,2 auf.
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Nach
dem Glühen weisen jede der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 612C und 612E einen Stickstoffgehalt
auf, welcher aufgrund der Denudation auf etwa 10% oder darunter verringert
ist. Das Bezugssymbol WNx(D) bezeichnet die
denudierte stickstoffhaltige Wolframschicht. Die erste und zweite
stickstoffhaltige Wolframschicht 612C und 612E sind
jeweils etwa 20 Å bis 200 Å dick. Ein Verhältnis
von Stickstoff zu Wolfram in jeder der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 612C und 612E liegt in einem Bereich
zwischen etwa 0,01 und 0,15.
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Wenn
Stickstoff aus der ersten und zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 602B und 602D zersetzt
wird, wird die Wolframsilicidschicht 602C in die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 612D umgewandelt. Ein Verhältnis
von Silicium zu Wolfram innerhalb der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 612D liegt
im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0. Die stickstoffhaltige Wolframsilicidschicht 612D weist
einen Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% und eine Dicke von etwa
20 Å bis 200 Å auf.
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Die
Zwischenstruktur 612 wird nun unter Bezugnahme auf 7D und 7C mit
der Zwischenstruktur 602 verglichen. Während der
Glühbehandlung wird die stickstoffhaltige Titanschicht 602A mit Stickstoff
aus der stickstoffhaltigen Wolframschicht 602B versorgt.
Aufgrund dessen wird die stickstoffhaltige Titanschicht 602A in
die stickstoffhaltige Titanschicht 612B mit einer minimalen
Reaktion mit der Titansilicidschicht 612A umgewandelt.
Eine Dicke der Titansilicidschicht 612A liegt im Bereich
von etwa 1 Å bis 30 Å und eine Dicke der stickstoffhaltigen
Titanschicht 612B liegt im Bereich von etwa 10 Å bis 100 Å.
Ein Verhältnis von Stickstoff zu Titan in der stickstoffhaltigen
Titanschicht 612B liegt im Bereich zwischen etwa 0,7 und
1,3.
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Nach
dem Glühen weisen jede der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 612C und 612E einen Stickstoffgehalt
auf, welcher aufgrund der Denudation der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 612C und 612E auf etwa 10% oder
darunter verringert ist. Die erste und zweite stickstoffhaltige
Wolframschicht 612C und 612E sind jeweils etwa
20 Å bis 200 Å dick. Ein Verhältnis von
Stickstoff zu Wolfram in jeder der ersten und zweiten stickstoffhaltigen
Wolframschicht 612C und 612E liegt in einem Bereich
zwischen etwa 0,01 und 0,15.
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Wenn
Stickstoff aus der ersten und zweiten stickstoffhaltigen Wolframschicht 602B und 602D zersetzt
wird, wird die Wolframsilicidschicht 602C in die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 612D umgewandelt. Die stickstoffhaltige
Wolframsilicidschicht 612D weist ein Verhältnis
von Silicium zu Wolfram im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 und einen
Stickstoffgehalt von etwa 10% bis 60% auf. Eine Dicke der stickstoffhaltigen
Wolframsilicidschicht 612D liegt in einem Bereich zwischen
etwa 20 Å und 200 Å.
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Die
Gatestapelstruktur gemäß der fünfzehnten
Ausführungsform umfasst eine erste Zwischenstruktur und
eine zweite Zwischenstruktur. Die erste Zwischenstruktur umfasst
eine Metallsilicidschicht und eine erste stickstoffhaltige Metallschicht
und die zweite Zwischenstruktur umfasst eine zweite stickstoffhaltige
Metallschicht, eine stickstoffhaltige Metallsilicidschicht und eine
dritte stickstoffhaltige Metallschicht. Zum Beispiel ist die erste
Zwischenstruktur durch das Stapeln der Titansilicidschicht 612A und
der stickstoffhaltigen Titanschicht 612B gebildet. Die
zweite Zwischenstruktur ist durch das Stapeln der stickstoffhaltigen
Wolframschicht 612C, der stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 612D und
der stickstoffhaltigen Wolframschicht 612E gebildet.
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Die
Zwischenstrukturen gemäß der ersten bis fünfzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können
implementiert werden, um Gateelektroden von Flash-Speicherbauelementen
und Gateelektroden zahlreicher logischer Bauelemente zusätzlich
zu dynamischen Zufallszugriffspeicher(DRAM)-Bauelementen zu steuern.
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8 veranschaulicht
eine Gatestapelstruktur eines Flash-Speicherbauelementes gemäß einer sechzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Tunneloxidschicht 702,
welche einer Gateisolierschicht entspricht, ist über einem
Substrat 701 gebildet. Eine erste Polysiliciumelektrode 703 für ein
Floating-Gate FG ist über der Tunneloxidschicht 702 gebildet.
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Eine
dielektrische Schicht 704 ist über der ersten
Polysiliciumelektrode 703 gebildet, und eine zweite Polysiliciumelektrode 705 für
ein Steuergate CG ist über der dielektrischen Schicht 704 gebildet.
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Eine
Zwischenstruktur 706, ausgewählt aus einer Gruppe
bestehend aus den verschiedenen Arten der Zwischenstrukturen, die
in der ersten bis fünfzehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, ist über der
zweiten Polysiliciumelektrode 205 gebildet. Die Zwischenstruktur 706 umfasst
eine Ti/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend
ist die Zwischenstruktur 706 durch sequentielles Stapeln
einer Titanschicht 706A, einer stickstoffhaltigen Wolframschicht 706B und
einer stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht 706C gebildet.
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Eine
Wolframelektrode 707 und eine Hardmaske 208 sind über
der Zwischenstruktur 706 gebildet. Die Bezugsbuchstaben
W und H/M stehen für die Wolframelektrode 707 bzw.
die Hardmaske 208.
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Die
Gatestapelstruktur des Flash-Speicherbauelementes, welche die in 8 gezeigte
Zwischenstruktur 706 aufweist, weist geringen Flächenwiderstand
und Kontaktwiderstand auf. Diese Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann auf verschiedene Metallverbindungen wie eine Bitleitung,
eine Metallleitung und eine Kondensatorelektrode einschließlich
einer Zwischenstruktur zusätzlich zu der Gateelektrode
angewandt werden. Ferner kann diese Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung auf eine Gatestapelstruktur eines Halbleiterbauelementes
angewandt werden, wodurch ein duales Polysilicium-Gate bestehend
aus einer ersten Gatestapelstruktur (umfassend eine Polysiliciumelektrode
dotiert mit einer Störstelle des N-Typs, die unter einer
Zwischenstruktur gebildet ist, und eine Wolframelektrode, die über
der Zwischenstruktur gebildet ist) und einer zweiten Gatestapelstruktur
(umfassend eine Polysiliciumelektrode dotiert mit einer Störstelle des
P-Typs und eine Wolframelektrode, die über der Zwischenstruktur
gebildet ist) gebildet wird.
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9 ist
ein Diagramm, welches den Flächenwiderstand (Rs) einer
Wolframschicht für jede Art von Zwischenstruktur veranschaulicht,
welche gemäß der ersten bis fünfzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Die Wolframschicht weist eine Dicke von etwa 40 nm auf.
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Es
kann beobachtet werden, dass in den Fällen der zusätzlichen
Aufbringung von WSix/WNx-Zwischenstrukturen
durch ein CVD-Verfahren und ein PVD-Verfahren (d. h. eine Ti/WNx/CVD-WSix/WNx-Struktur und eine Ti/WNx/PVD-WSix/WNx-Struktur) und
einer WSixNy-Schicht
(d. h. eine Ti/WNx/WSixNy-Struktur) über einer Ti/WNx-Zwischenstruktur der Flächenwiderstand
der Wolframelektrode verringert ist. Da sich eine WSix-Schicht
jedoch nicht gut durch ein CVD-Verfahren über einer WNx-Schicht erzeugen lässt, muss die
WSix-Schicht durch ein PVD-Verfahren, wie
ein Sputterdepositionsverfahren, über der WNx-Schicht
gebildet werden. Die Bildung der WSixNy-Schicht erfolgt durch ein reaktives Sputterdepositionsverfahren
unter Verwendung eines Wolframsilicid-Sputtertargets und Stickstoffgas.
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Der
Flächenwiderstand der Wolframelektrode für die
Ti/WNx/CVD-WSix/WNx-Zwischenstruktur, die Ti/WNx/PVD-WSix/WNx-Zwischenstruktur
und die Ti/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur werden verglichen. Der
Flächenwiderstand der Wolframelektrode ist lediglich in
den Fällen der Aufbringung der Ti/WNx/PVD-WSix/WNx-Zwischenstruktur
gering, und die Ti/WNx/WSixNy-Zwischenstruktur ist die gleiche wie im
Fall der Aufbringung einer WSix/WNx-Zwischenstruktur. Im Fall der Aufbringung
der WSix-Schicht durch das CVD-Verfah ren
wird die WSix-Schicht nicht gleichmäßig über
der WNx-Schicht gebildet. Aufgrund dessen
kommt es zu Anhäufungen über der WNx-Schicht,
wodurch der Flächenwiderstand erhöht wird. Wenn
im Gegensatz dazu das Sputterdepositionsverfahren unter Verwendung
des WSix-Sputtertargets oder das reaktive Sputterdepositionsverfahren
zum Einsatz kommt, kann die WSix-Diffusionsschicht
gleichmäßig gebildet werden, wodurch der Flächenwiderstand
der Wolframelektrode verringert wird.
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10A bis 10C veranschaulichen
einen Gatestrukturierungsprozess unter Verwendung der in 3A gezeigten
Gatestapelstruktur. Die gleichen in 3A angegebenen
Bezugsnummern stehen für die gleichen Elemente hierin.
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Bezugnehmend
auf 10A ist eine Gateisolierschicht 801 über
einem Substrat 800 gebildet, in welcher ein Ionenimplantationsprozess
durchgeführt wird, um eine Isolierschicht, eine Quelle
und einen Kanal zu bilden.
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Eine
strukturierte erste leitfähige Schicht 21 ist über
der Gateisolierschicht 801 gebildet. Eine Zwischenstruktur 22 ist über
der strukturierten ersten leitfähigen Schicht 21 gebildet.
Eine strukturierte zweite leitfähige Schicht 23 ist über
der Zwischenstruktur 22 gebildet.
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Die
strukturierte erste leitfähige Schicht 21 umfasst
eine Polysiliciumschicht, welche mit einer Störstelle des
P-Typs wie Bor oder einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor
hoch dotiert ist. Die strukturierte erste leitfähige Schicht 21 kann
auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x im Bereich zwischen etwa 0,01
und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht umfassen. Zum Beispiel umfasst
die Silicidschicht eines ausgewählt aus einer Gruppe bestehend
aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
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Die
Zwischenstruktur 22 umfasst eine strukturierte Titan(Ti)-schicht 22A,
eine strukturierte stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 22B und
eine struktu rierte stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixNy)-schicht 22C.
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Die
strukturierte zweite leitfähige Schicht 23 umfasst
eine Wolframschicht. Die Wolframschicht wird durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet.
Das PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren unter
Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Eine
Hardmaske 802 ist über der strukturierten zweiten
leitfähigen Schicht 23 gebildet. Die Bildung der
Hardmaske 802 kann weggelassen werden. Die Hardmaske 802 umfasst
Siliciumnitrid (Si3N4).
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Ein
Gatestrukturierungsprozess erfolgt für die Bildung der
veranschaulichten Gatestapelstruktur. Insbesondere, jedoch nicht
gezeigt, erfolgt ein erster Strukturierungsprozess zum Ätzen
einer Hardmaskenschicht, einer zweiten leitfähigen Schicht, mehrerer
Schichten einer Titanschicht, einer stickstoffhaltigen Wolframschicht
und einer stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht für
die Zwischenstruktur 22, und eines Abschnittes einer ersten
leitfähigen Schicht unter Verwendung einer Ätzbarrieren-Gatemaske
(nicht gezeigt), die aus einer photoresistenten Schicht gebildet
ist. Dadurch wird die Struktur umfassend die Hardmaske 802,
die strukturierte zweite leitfähige Schicht 23,
die Zwischenstruktur 22 und die strukturierte erste leitfähige
Schicht 21 über der Gateisolierschicht 801 und
dem Substrat 800 gebildet.
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Bezugnehmend
auf 10B wird die Gatemaske entfernt,
und dann erfolgen ein Vor-Spacer-Prozess, um eine ungleichmäßige Ätzung
zu verhindern, und eine Oxidation der strukturierten zweiten leitfähigen
Schicht 23 (d. h. der Wolframschicht) und der Zwischenstruktur 22.
Zum Beispiel wird eine Si3N4-Schicht 803 als
eine Vor-Spacer-Schicht gebildet.
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Bezugnehmend
auf 10C erfolgt ein zweiter Gatestrukturierungsprozess
zu Ätzen der Si3N4-Schicht 803 und
eines Abschnittes der strukturierten ersten leitfähigen Schicht 21.
Während des zweiten Gatestrukturierungsprozesses wird ein
Abschnitt der Si3N4-Schicht 803 mittels
eines Trockenätzverfahrens geätzt, um Spacer 803A an
den Seitenwänden der Gatestapelstruktur zu bilden. Die strukturierte
erste leitfähige Schicht 21 wird mittels der Spacer 803A als
eine Ätzbarriere geätzt. Die Bezugsnummer 21A steht
für eine Elektrode (z. B. die Polysiliciumelektrode).
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Der
erste und zweite Gatestrukturierungsprozess unter Verwendung der
wie oben beschriebenen Vor-Spacer-Schicht können auf die
Gatestapelstrukturen gemäß der zweiten bis fünfzehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt werden.
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11 veranschaulicht
einen weiteren Gatestrukturierungsprozess unter Verwendung der in 3A gezeigten
Gatestapelstruktur. Die gleichen Bezugsnummern, die in 10A bis 10C verwendet
wurden, stehen für die gleichen Elemente hierin.
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Eine
Gateisolierschicht 801 ist über einem Substrat 800 gebildet,
in welcher ein Ionenimplantationsprozess durchgeführt wird,
um eine Isolierschicht, eine Quelle und einen Kanal zu bilden. Eine strukturierte
erste leitfähige Schicht 21B ist über
der Gateisolierschicht 801 gebildet. Eine Zwischenstruktur 22 ist über
der strukturierten ersten leitfähigen Schicht 21B gebildet.
Eine strukturierte zweite leitfähige Schicht 23 ist über
der Zwischenstruktur 22 gebildet.
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Die
strukturierte erste leitfähige Schicht 21B umfasst
eine Polysiliciumschicht, welche mit einer Störstelle des
P-Typs wie Bor oder einer Störstelle des N-Typs wie Phosphor
hoch dotiert ist. Die strukturierte erste leitfähige Schicht 21B kann
auch eine Polysilicium-Germanium-Schicht (Si1-xGex, wobei x im Bereich zwischen etwa 0,01
und 1,0 liegt) oder eine Silicidschicht umfassen. Zum Beispiel umfasst die
Silicidschicht eines ausgewählt aus einer Gruppe bestehend
aus Ni, Cr, Co, Ti, W, Ta, Hf, Zr und Pt.
-
Die
Zwischenstruktur 22 umfasst eine strukturierte Titan(Ti)-schicht 22A,
eine strukturierte stickstoffhaltige Wolfram(WNx)-schicht 22B und
eine strukturierte stickstoffhaltige Wolframsilicid(WSixN)-schicht 22C.
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Die
strukturierte zweite leitfähige Schicht 23 umfasst
eine Wolframschicht. Die Wolframschicht wird durch das Durchführen
eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet.
Das PVD-Verfahren umfasst ein Sputterdepositionsverfahren unter
Verwendung eines Wolfram-Sputtertargets.
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Eine
Hardmaske 802 ist über der strukturierten zweiten
leitfähigen Schicht 23 gebildet. Die Bildung der
Hardmaske 802 kann weggelassen werden. Die Hardmaske 802 umfasst
Siliciumnitrid (Si3N4).
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Ein
Gatestrukturierungsprozess erfolgt für die Bildung der
veranschaulichten Gatestapelstruktur. Insbesondere, jedoch nicht
gezeigt, werden eine Hardmaskenschicht, eine zweite leitfähige
Schicht, mehrere Schichten einer Titanschicht, einer stickstoffhaltigen
Wolframschicht und einer stickstoffhaltigen Wolframsilicidschicht
für die Zwischenstruktur 22 und ein Abschnitt
einer ersten leitfähigen Schicht gleichzeitig unter Verwendung
einer Ätzbarrieren-Gatemaske (nicht gezeigt), die aus einer
photoresistenten Schicht gebildet ist, geätzt. Dadurch
wird die Struktur umfassend die Hardmaske 802, die strukturierte
zweite leitfähige Schicht 23, die Zwischenstruktur 22 und
die strukturierte erste leitfähige Schicht 21B über
der Gateisolierschicht 801 und dem Substrat 800 gebildet.
Anstelle eines Gatestrukturierungsprozesses, der aus zwei Schritten
besteht, unter Verwendung einer Vor-Spacer-Schicht, wird ein Gatestrukturierungsprozess
ausgewählt, welcher das Ätzen mit einem Mal, ohne
die Verwendung der Vor-Spacer-Schicht, durchführt. Der
ohne die Verwendung der Vor-Spacer-Schicht durchgeführte
Gatestrukturierungsprozess kann auf die Gatestapelstrukturen gemäß der
zweiten bis fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angewandt werden.
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Gemäß der
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht
es eine Zwischenstruktur bestehend aus mehreren dünnen
Schichten umfassend Ti, W, Si und N oder jede der Schichten umfassend
N, die sich zwischen einer Wolframelektrode und einer Polysiliciumelektrode
befinden, einen Flächenwiderstand zu erhalten, der so gering
ist wie der von Poly-Si/WNx/W- und Poly-Si/WNx/WSix/W-Zwischenstrukturen.
Dementsprechend kann die Höhe einer Gatestapelstruktur
verringert werden, wodurch eine Prozessintegration leicht zu erreichen
ist.
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Eine
Polysilicium-Verarmungswirkung kann aufgrund einer Verringerung
einer Bor-Penetration oder einer Bor-Herausdiffusion verringert
werden, und somit kann ein Betriebsstrom eines PMOSFET erhöht
werden. Ferner kann ein sehr geringer Kontaktwiderstand zwischen
der Wolframelektrode und der Polysiliciumelektrode erreicht werden,
wodurch ein Vorteil bei der Herstellung von Hochgeschwindigkeitsbauelementen
bereitgestellt wird.
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Hinsichtlich
eines Verfahrens zur Bildung eines Wolfram-Silicium-Gates, welches
eingesetzt wird, um energiesparende Hochgeschwindigkeitsspeicherbauelemente
mit hoher Dichte herzustellen, können geringer Flächenwiderstand,
geringer Kontaktwiderstand und eine geringe Polysilicium-Verarmungswirkung
durch das Implementieren einer Zwischenstruktur bestehend aus mehreren
dünnen Schichten umfassend Ti, W, Si und N oder jede der Schichten
umfassend N erzielt werden.
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Während
die vorliegende Erfindung in Bezug auf die spezifischen Ausführungsformen
beschrieben wurde, dürfte der Fachmann auf dem Gebiet verstehen,
dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen
werden können, ohne sich vom Gedanken und Umfang der Erfindung
wie in den folgenden Ansprüchen definiert zu entfernen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2006-0134326 [0001]
- - KR 1020070041288 [0001]