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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Halbleiterherstellung
und betrifft insbesondere die Herstellung von Verbindungsstrukturen,
die direkt mit einem Schaltungselement in Verbindung stehen.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Halbleiterbauelemente,
etwa moderne integrierte Schaltungen, enthalten typischerweise eine große Anzahl
an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und
dergleichen, die für
gewöhnlich
in einer im Wesentlichen ebenen Konfiguration auf einem geeigneten
Substrat hergestellt sind, auf dem eine Halbleiterschicht gebildet
ist. Auf Grund der großen
Anzahl an Schaltungselementen und der erforderlichen komplexen Schaltungsanordnung
moderner integrierter Schaltungen können dielektrische Verbindungen
der einzelnen Schaltungselemente im Allgemeinen nicht in der gleichen
Ebene hergestellt werden, in der die Schaltungselemente ausgebildet
sind, sondern es ist eine Vielzahl zusätzlicher „Verdrahtungsschichten” erforderlich,
die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten enthalten
typischerweise metallenthaltende Leitungen, die die elektrische
Verbindung innerhalb der Ebene schaffen, und enthalten auch eine
Vielzahl von Zwischenebenenverbindungen, die auch als „Kontaktdurchführungen” bezeichnet
sind, die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind und die für die elektrische
Verbindung zwischen den benachbarten gestapelten Metallisierungsschichten
sorgen.
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Auf
Grund der ständigen
Verringerung der Strukturgrößen von
Schaltungselementen in modernen integrierten Schaltungen steigt
auch die Anzahl an Schaltungselementen bei einer vorgegebenen Chipfläche an,
d. h. die Packungsdichte wird größer, wodurch
ein überproportionaler
Zuwachs in der Anzahl der elektrischen Verbindungen erforderlich
ist, um die gewünschte
Schaltungsfunktion zu erreichen. Daher wächst für gewöhnlich die Anzahl der gestapelten
Metallisierungsschichten an, wenn die Anzahl der Schaltungselemente
pro Chipfläche
größer wird, wobei
dennoch die Größe der einzelnen
Metallleitungen und Kontaktdurchführungen reduziert werden.
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In ähnlicher
Weise muss die Kontaktstruktur des Halbleiterbauelements, die als
eine Schnittstelle zur Verbindung der Schaltungselemente der Bauteilebene
mit Metallisierungssystem betrachtet wird, an die geringeren Strukturgrößen in der
Bauteilebene und in dem Metallisierungssystem angepasst werden.
Aus diesem Grunde müssen
sehr komplexe Strukturierungsstrategien angewendet werden, um die
Kontaktelemente mit der erforderlichen Dichte und mit den geeigneten
geringen Abmessungen, zumindest auf der Bauteilseite, vorzusehen,
um damit in geeigneter Weise mit Kontaktgebieten, Drain- und Sourcegebieten,
Gateelektrodenstrukturen, und dergleichen, in Verbindung zu treten,
ohne zu ausgeprägten
Leckstrompfaden oder sogar Kurzschlüssen und dergleichen beizutragen.
In vielen konventionellen Vorgehensweisen werden die Kontaktelemente und
Kontaktpfropfen typischerweise unter Anwendung eines Metalls auf
Wolframbasis in einem dielektrischen Zwischenschichtstapel hergestellt,
der typischerweise aus Siliziumdioxid in Verbindung mit einem Ätzstoppmaterial,
etwa Siliziumnitrid, aufgebaut ist. Auf Grund der sehr geringen
kritischen Abmessungen der Schaltungselemente, etwa der Transistoren,
müssen
die jeweiligen Kontaktelemente auf der Grundlage von Kontaktöffnungen
mit einem Aspektverhältnis
hergestellt werden, das ungefähr
8:1 oder höher
ist, wobei ein Durchmesser der Kontaktöffnungen 0,1 μm oder deutlich
weniger für
Transistorbauelemente beispielsweise der 65 nm-Technologie beträgt. In noch
anspruchsvolleren Vorgehensweisen und sehr dicht gepackten Bauteilgebieten
kann die Breite der Kontaktöffnungen
50 nm oder weniger betragen. Im Allgemeinen ist ein Aspektverhältnis derartiger
Kontaktöffnungen
als das Verhältnis
der Tiefe der Öffnung
zu der Breite der Öffnung
definiert.
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Nach
dem Bereitstellen der Kontaktöffnung mit
der erforderlichen minimalen Breite muss ein geeignetes leitendes
Material, etwa Wolfram in Verbindung mit einem geeigneten Barrierenschichtsystem abgeschieden
werden, das typischerweise auf der Grundlage einer Sputterabscheidetechnik,
etwa für die
Barrierenmaterialien, und durch CVD-artige Prozessrezepte zur Herstellung
des Wolframmaterials erreicht wird. Während des Abscheideprozesses führt das
große
Aspektverhältnis
der Kontaktöffnungen
zu sehr anspruchsvollen Abscheidebedingungen, wenn ein im Wesentlichen
hohlraumfreier Einbau des Wolframmaterials in die Kontaktöffnungen zu
erfolgen hat, da ansonsten ein deutlich erhöhter Gesamtkontaktwiderstand
verursacht wird. Beim weiteren Verringern der kritischen Abmessungen
der Kontaktelemente müssen
entsprechende Ätzmasken auf
der Grundlage eines geeigneten Lackmaterials vorgesehen werden,
das unter Anwendung aufwendiger Lithographie technik zu strukturieren
ist. Auf Grund des großen
Aspektverhältnisses
der Öffnung, die
in dem dielektrischen Zwischenschichtmateriai zu bilden ist, erfordert
das Strukturieren der Ätzmaske und
des dielektrischen Zwischenschichtmaterials weitere Strategien,
um schließlich
die gewünschte kritische
Abmessung der Kontaktöffnungen
einzustellen. In einigen Vorgehensweisen wird die endgültige kritische
Abmessung eingestellt, indem ein Lithographieprozess und eine Berührungsstrategie
ausgeführt
werden, um eine Basiskontaktöffnung
zu schaffen, die nachfolgend mit einem dielektrischen Beschichtungsmaterial
ausgekleidet wird, um die effektive Breite der Öffnung zu reduzieren. Obwohl
diese Vorgehensweise sehr vielversprechend bei der weiteren Verringerung
der kritischen Breite von Kontaktelementen bei vorgegebenen Lithographiemöglichkeiten
ist, treten zusätzliche
Probleme beim weiteren Reduzieren der gewünschten kritischen Breite auf,
wie dies nachfolgend mit Bezug zu den 1a bis 1d detaillierter
erläutert
ist.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit
einem Substrat 101, etwa einem Siliziumsubstrat oder einem
anderen geeigneten Trägermaterial,
um darüber eine
Halbleiterschicht 102, etwa eine Siliziumschicht und dergleichen,
vorzusehen. Die Halbleiterschicht 102 enthält mehrere
Halbleitergebiete und Isolationsbereiche (nicht gezeigt), um in
geeigneter Weise Schaltungselemente und Bauteilbereiche voneinander
lateral abzugrenzen. Der Einfachheit halber repräsentiert in dem gezeigten Beispiel
die Halbleiterschicht 102 ein Halbleitergebiet, in und über welchem mehrere
Schaltungselemente 110 hergestellt sind, etwa Feldeffekttransistoren
und dergleichen. Die Halbleiterschicht 102 in Verbindung
mit den darin und darüber
gebildeten Schaltungselementen wird als eine Bauteilebene 110 bezeichnet,
die somit halbleiterbasierte Schaltungsstrukturelemente repräsentiert,
wobei Transistoren einer beliebigen Art an Struktur typischerweise
das vorherrschende Schaltungselemente repräsentieren. Beispielsweise enthalten
die Schaltungselemente 110 eine Gateelektrodenstruktur 111,
die auf dem Halbleitergebiet 102 ausgebildet ist, das wiederum
Drain- und Sourcebereiche 112 gemäß den Bauteilerfordernissen
aufweist, um damit das gewünschte
elektrische Verhalten in der Bauteilebene 110 zu erreichen.
Wie zuvor erläutert
ist, sind in anspruchsvollen Anwendungen die kritischen Abmessungen
der Schaltungselemente 110 ungefähr 50 nm oder weniger, beispielsweise in
Bezug auf eine Gatelänge
der Gateelektrodenstruktur 111, wodurch ebenfalls ähnliche
kritische Abmessungen von Kontaktelementen 122 erforderlich sind,
die in eine Kontaktebene 120 des Bauelements 100 zu
bilden sind. Die Schaltungselemente 110 enthalten typischerweise
geeignete Kontaktgebiete 112, die speziell im Hinblick
auf einen geringen gesamten Kontaktwiderstand gestaltet sind. Häufig wird
die Leitfähigkeit
der Kontaktgebiete 113 erhöht, indem ein Metallsilizid,
etwa Nickelsilizid, Kobaltsilizid, Platinsilizid und dergleichen
vorgesehen wird.
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Die
Kontaktebene 120 umfasst typischerweise ein dielektrisches
Zwischenschichtmaterial 122, etwa ein Siliziumdioxidmaterial
in Verbindung mit der Ätzstoppschicht 121,
etwa in Form eines Siliziumnitridmaterials.
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Das
in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 wird
typischerweise auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken
hergestellt. Beispielsweise werden nach dem Festlegen geeigneter
Halbleitergebiete in der Schicht 102, was durch Vorsehen von
Isolationsstrukturen, etwa flachen Grabenisolationen und dergleichen,
bewerkstelligt werden kann, die Schaltungselemente der Bauteilebene 110 vorgesehen,
etwa in Form der Gateelektrodenstrukturen 111 und der Drain-
und Sourcegebiete 112, indem Materialabscheidetechniken,
anspruchsvolle Lithographie- und Strukturierungsprozesse, Ionenimplantationsprozesse
und dergleichen angewendet werden kann, wie dies zum Erreichen der
gewünschten Schaltungseigenschaften
erforderlich ist. Nach der komplexen Fertigungssequenz zur Herstellung
der Schaltungselemente in der Bauteilebene 110 wird die Kontaktebene 120 durch
Abscheiden des Ätzstoppmaterials 111 hergestellt,
das typischerweise unter Anwendung plasmaunterstützter CVD-(chemische Dampfabscheide-)Techniken
erfolgt, in denen Prozessparameter effizient so eingestellt werden
können,
dass die gewünschten Ätzstoppeigenschaften und
andere Materialeigenschaften erreicht werden, etwa ein innerer Verspannungspegel
und dergleichen, wie dies für
die Bauelemente erforderlich ist. Daraufhin wird das dielektrische
Zwischenschichtmaterial 122 abgeschieden, beispielsweise
auf der Grundlage von Tetramethylorthosilika (TEOS) oder einem anderen
geeigneten Vorstufenmaterial, um ein Siliziumdioxidmaterial abzuscheiden.
Daraufhin wird eine Einebnung der resultierenden Oberflächentopographie
typischerweise im Hinblick auf bessere Bedingungen für nachfolgenden
Strukturierungsprozess zur Herstellung von Kontaktöffnungen
in den Materialien 122 und 121 durchgeführt.
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1b schematisch
eine Querschnittsansicht des Bauelements 100 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt ist eine Kontaktöffnung 122a in
dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 122 gebildet,
wobei der Einfachheit halber das äußerste Kontaktelement 123 aus 1a gezeigt
ist. Wie zuvor erläutert
ist, erfordern die insgesamt geringeren Strukturgrößen in der Bauteilebene 110 eine
entsprechend erhöhte
Dichte an Kontaktelementen in der Kontaktebene 120, wodurch
somit geeignete kritische Abmessungen für die Kontaktöffnung 122a erforderlich
sind. Zu diesem Zweck wird die Öffnung 122a auf
der Grundlage komplexer Lithographie- und anisotroper Ätztechniken hergestellt,
in denen eine Ätzmaske,
etwa eine Lackmaske, vorgesehen wird, die möglicherweise in Verbindung
mit anderen Materialien, etwa ARC-(antireflektierende Beschichtungs-)Materialien
und dergleichen, um eine Lackmaske mit einer ausreichenden Dicke
für die
Strukturierung des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 122 bereitzustellen.
Auf der Grundlage der Ätzmaske
wird ein anisotroper Ätzprozess
ausgeführt
unter Verwendung einer geeigneten Ätzchemie einer Plasmaumgebung,
um Siliziumdioxidmaterial selektiv zu dem Ätzstoppmaterial 121 abzutragen.
Da die Öffnung 122a ein
großes
Aspektverhältnis
besitzt, d. h. die Dicke des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 122 beträgt einige
100 nm, während
eine Breite 122w der Öffnung 122a 50
nm und weniger beträgt,
wird eine geeignete Strukturierungsstrategie angewendet, um in zuverlässiger Weise
die Öffnung 122 zu
strukturieren, wobei die schließlich
erforderliche kritische Breite der Kontaktöffnung 122a auf der
Grundlage einer nachfolgenden Abscheide- und Ätzsequenz eingestellt wird.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Abstandshalterschicht
oder Beschichtung 124 auf freiliegenden Oberflächenbereichen
des Bauelements 100 gebildet ist. Die Beschichtung 124 wird
typscherweise in Form eines Siliziumdioxidmaterials unter Anwendung
einer geeigneten Abscheidetechnik, etwa plasmagestützte CVD und
dergleichen, mit einer geeigneten Dicke 124t vorgesehen,
auf deren Grundlage die schließlich
gewünschte
kritische Breite der Öffnung 122a eingestellt
wird. Während
der Abscheidung der Beschichtung 124 kann jedoch die ausgeprägte Oberflächentopographie,
die durch das große
Aspektverhältnis der
Kontaktöffnung 122a hervorgerufen
wird, zu einem deutlichen „Überwachsen” des Materials
an Eckenbereichen 122c der Kontaktöffnung 122a führen, um
damit die erforderliche Schichtdicke des Materials 124 innerhalb
der Kontaktöffnung 122a zu
erhalten.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit Abstandshalterelementen
oder einem Beschichtungsmaterial 124s, das in der Kontaktöffnung 122a gebildet
ist, was erreicht wird, indem ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt wird,
etwa auf der Grundlage ähnlicher
Prozessparameter wie sie während
des vorhergehenden Ätzprozesses
zur Herstellung der Kontaktöffnung 122a angewendet
werden. Während
dieses Ätzprozesses
wird das Abstandshaltermaterial 124 (siehe 1c)
im Wesentlichen vollständig
von den horizontalen Oberflächenbereichen
des dielektrischen Materials 122 entfernt und kann somit
ebenfalls deutlich eine Dicke des Materials 124 an der
Unterseite der Kontaktöffnung 122a verringern.
Nach dem Ätzprozess
wird somit eine gewünschte
kritische Breite 122r in der Kontaktöffnung 122a zumindest
in einem unteren Bereich 122l erreicht, ohne dass aufwendige
Lithographietechniken erforderlich sind. Wie jedoch zuvor erläutert ist,
können
die größeren Überhänge an dem Eckenbereich 122c zu
einer Verengung eines oberen Bereichs 122u führen, was
einen wesentlichen Einfluss auf die weitere Bearbeitung ausüben kann.
D. h., in einem weiteren Ätzschritt
wird durch die Ätzstoppschicht 121 auf
der Grundlage der Kontaktöffnung 122a mit
der reduzierten kritischen Breite 122r geätzt. Daraufhin
wird ein leitendes Barrierenmaterial, etwa Titan in Verbindung mit
Titannitrid typischerweise unter Anwendung aufwendiger Sputter-Abscheidetechniken
aufgebracht, wobei die ausgeprägte
Verringerung in der Breite des oberen Bereichs 122a zu äußerst herausfordernden
Abscheidebedingungen führt,
die wiederum eine weitere Verengung des oberen Bereichs 122a bewirken.
Während
des nachfolgenden Abscheideprozesses zum Bereitstellen des eigentlichen
Kontaktmetalls, etwa von Wolfram, ist somit ein zuverlässiges Auffüllen der
Kontaktöffnung 122a schwierig,
während
in einigen Fällen sogar
ein kompletter Verschluss des oberen Bereichs 122a hervorgerufen
wird, wodurch zu ernsthaften Kontaktausfällen in der Ebene 120 beigetragen
wird. Beim Anwenden der konventionellen Strategien, wie sie zuvor
beschrieben ist, weist folglich das an sich vorteilhafte Konzept
des Einstellens der endgültigen kritischen
Breite auf der Grundlage eines Abscheide- und Ätzprozesses eine Zunahme von
Ausbeuteverlusten auf Grund eines vergrößerten Kontaktwiderstands und/oder
einer hohen Wahrscheinlichkeit des Erzeugens eines totalen Kontaktausfalls
auf.
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Im
Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation betrifft die vorliegende
Offenbarung Prozesstechniken und Halbleiterbauelemente, in denen
Kontaktelemente mit komplexen Halbleiterbauelementen hergestellt
werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden
oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt allgemein Halbleiterbauelemente und
Fertigungstechniken bereit, in denen die kritische Breite von Kontaktelementen
auf der Grundlage eines Abstandshalterelements eingestellt wird,
wobei die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Kontaktausfällen, die
durch eine unerwünschte
Materialansammlung an Ecken der Kontaktöffnung während des Abscheidens der Abstandshalterschicht
hervorgerufen werden, deutlich reduziert wird. Zu diesem Zweck wird
die Konfiguration der Kontaktöffnung
in geeigneter Weise an einem oberen Bereich modifiziert, ohne dass
der untere Bereich wesentlich beeinflusst wird, so dass eine gewünschte anfängliche
Breite der Unterseite für
eine nachfolgende Einstellung der schließlich gewünschten kritischen Breite vorgesehen
wird, während
die Abscheidebedingungen im oberen Bereich der Kontaktöffnung deutlich
verbessert sind. Die gewünschte Konfiguration
kann in einigen anschaulichen offenbarten Aspekten erreicht werden,
indem die Breite des oberen Bereichs in gut steuerbarer Weise vergrößert wird,
beispielsweise von dem Abscheiden des Abstandshaltermaterials, wodurch
ein unerwünschtes
Erzeugen von Überhängen vermieden wird.
In anderen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird das effektive
Aspektverhältnis
der Kontaktöffnung
deutlich verringert, wenn das Abstandshaltermaterial hergestellt
wird, wodurch deutlich weniger kritische Abscheidebedingungen zur
Herstellung der Platzhalterelemente geschaffen werden, die nachfolgend
zum Erzeugen der Kontaktöffnung
so verwendet werden, dass diese das erforderliche Aspektverhältnis besitzt.
Folglich kann das Konzept des Einstellens der kritischen Breite
von Kontaktöffnungen
auf weiter reduzierte Gesamtbauteilabmessungen erweitert werden,
ohne dass zu erhöhten
Ausbeuteverlusten beigetragen wird, wie sie typischerweise durch
konventionelle Prozesstechniken entstehen.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft das Herstellen
eines Kontaktelements eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren
umfasst das Bilden einer Kontaktöffnung
in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial, das über einem Halbleitergebiet
gebildet ist, das wiederum ein Kontaktgebiet aufweist. Das Verfahren
umfasst ferner das Vergrößern einer
Breite der Kontaktöffnung
an einer oberen Fläche.
Ferner wird ein Abstandshalterelement in der Kontaktöffnung gebildet
und es wird ein Ätzprozess
durch die Kontaktöffnung
hindurch ausgeführt,
um durch eine Ätzstoppschicht
zu ätzen, die
zwischen dem Halbleitergebiet und dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial
angeordnet ist. Des weiteren umfasst das Verfahren das Füllen der
Kontaktöffnung
mit einem leitenden Material, um das Kontaktelement herzustellen,
das eine Verbindung zu dem Kontaktgebiet herstellt.
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Ein
noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft
das Herstellen eines Kontaktelements eines Halbleiterbauelements.
Das Verfahren umfasst das Bilden einer Ätzmaske über einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial,
wobei die Ätzmaske
ein Hartmaskenmaterial aufweist. Des weiteren ist ein erster Bereich
einer Kontaktöffnung
in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial auf der Grundlage
der Ätzmaske
gebildet, wobei der erste Bereich in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial
mündet.
Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Abstandshalterelements
in dem ersten Bereich und das Bilden eines zweiten Bereichs der
Kontaktöffnung
auf der Grundlage des Abstandshalterelements und zumindest des Hartmaskenmaterials.
Ferner umfasst das Verfahren das Ausführen eines Ätzprozesses, um durch eine Ätzstoppschicht
zu ätzen, die
unter dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial gefüllt ist,
und ferner wird die Kontaktöffnung
mit einem leitenden Material gefüllt.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein
Kontaktgebiet, das in einem Halbleitergebiet gebildet ist, und eine Ätzstoppschicht,
die auf einem Teil des Kontaktgebiets gebildet ist. Des weiteren
ist ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial über der Ätzstoppschicht angeordnet.
Das Halbleiterbauelement umfasst ferner ein Kontaktelement, das
in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial der Ätzstoppschicht
gebildet ist, und mit dem Kontaktgebiet in Verbindung steht, wobei
das Kontaktelement einen verjüngten
bzw. schmäler
werdenden oberen Bereich und einen im Wesentlichen nicht verjüngten unteren
Bereich aufweist, die mit einem leitenden Material gefüllt sind. Des
weiteren ist ein Abstandshalterelement selektiv an Seitenwänden des
unteren Bereichs des Kontaktelements gebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird,
in denen:
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1a bis 1d schematisch
Querschnittsansichten eines konventionellen Halbleiterbauelements
während
diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung komplexer Kontaktelemente
durch Einstellen der kritischen Breite auf der Grundlage des Abstandshalterelements
gemäß konventioneller Strategien
zeigen;
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2a bis 2f schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung eines komplexen Kontaktelements
unter Anwendung eines Abstandshalterelements zeigen, das auf der
Grundlage weniger kritischer Prozessbedingungen hergestellt wird,
indem Eckenbereiche eines oberen Teils der Kontaktöffnung gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
abgerundet werden;
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2g bis 2i schematisch
Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigen, in denen ein oberer Bereich einer Kontaktöffnung während eines Ätzprozesses
verbreitet wird, indem ein Material einer Ätzmaske gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen
abgetragen wird; und
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2j bis 2n schematisch
Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen, in denen ein Abstandshalterelement einer Kontaktöffnung auf
der Grundlage eines deutlich verringerten Aspektverhältnisses
hergestellt wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende
detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen,
die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen
Ausführungsformen
einzuschränken, sondern
die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte des hierin offenbarten Gegenstands
dar, dessen Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Die
hierin offenbarten Prinzipien betreffen allgemein eine Fertigungssequenz
und entsprechende Halbleiterbauelemente, in denen ein oberer Bereich
einer Kontaktöffnung
verrundet oder verbreitert wird während einer geeigneten Phase
während
der Strukturierungssequenz, d. h. vor dem Abscheiden einer Abstandshalterschicht,
wodurch der Grad an Verengung der Kontaktöffnung in einem oberen Bereich
vermieden oder zumindest deutlich verringert wird, so dass auch
die Abscheidebedingungen einer nachfolgenden Prozesssequenz zum
Auffüllen
eines leitenden Materials deutlich vereinfacht werden, wobei dennoch
eine gewünschte
reduzierte kritische Breite der Kontaktöffnung an deren Unterseite
erreicht wird. Zu diesem Zweck wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen
ein geeigneter Materialerosionsprozess ausgeführt nach der Strukturierung
der Kontaktöffnung
in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial, um vorzugsweise
den oberen Bereich der Kontaktöffnung
zu modifizieren. D. h., das Halbeiterbauelement wird der Einwirkung
einer geeigneten reaktiven Prozessumgebung ausgesetzt, um eine Breite
an der Oberseite der Kontaktöffnung zu
vergrößern, ohne
dass die Breite an der Unterseite der Kontaktöffnung deutlich beeinflusst
wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ein Teilchenbeschuss,
etwa in Form eines Ionen-Sputter-Prozesses angewendet, um eine ausgeprägte „Kantenverrundung” an dem
oberen Bereich der Kontaktöffnung
vorzunehmen, was zu besseren Abscheidebedingungen für das Abscheiden
einer Abstandshalterschicht führt,
die nachfolgend in geeignete Abstandshalterelemente für das Einstellen
der gewünschten
kritischen Breite an der Unterseite der Kontaktöffnung strukturiert wird. Somit
wird eine sehr effiziente Prozesssequenz bereitgestellt, in der
die Fähigkeiten
konventioneller Konzepte deutlich auf Grund der besseren Abscheidebedingungen
erweitert werden, wenn die Abstandshalterelemente hergestellt werden,
was wiederum zu günstigeren
Abscheidebedingungen währen
des Einfüllen
des leitenden Kontaktmetalls führt.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird ein gewünschter
Grad an Modifizierung des oberen Bereichs der Kontaktöffnung erreicht,
indem eine Ätzmaske
zumindest ein mal während
der Strukturierungssequenz modifiziert wird, beispielsweise durch
absichtliches in Gang setzen einer Materialerosion der Ätzmaske,
so dass während
der nachfolgenden Phase des anisotropen Ätzprozesses ein gewisser Grad „Verjüngung bzw.
Anschrägung” in den
oberen Bereich der resultierenden Kontaktöffnung erreicht wird. Auch
in diesem Falle werden günstigere Abscheidebedingungen
geschaffen, wobei auch für eine
bessere Integrität
des verbleibenden dielektrischen Zwischenschichtmaterials gesorgt
ist.
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In
noch anderen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen
wird das Aspektverhältnis der
Kontaktöffnung
wirksam im Hinblick auf das Abscheiden des Abstandshaltermaterials
verringert, was bewerkstelligt werden kann, indem ein erster Bereich
der Kontaktöffnung
hergestellt wird und das Abstandshaltermaterial auf der Grundlage
des ersten Bereichs mit einem deutlich geringeren Aspektverhältnis abgeschieden
wird. Daraufhin werden geeignete Abstandshalter hergestellt, die
während
des weiteren Ätzprozesses
verwendet werden, die während
des Ätzprozesses
aufgebracht werden können, wobei
dennoch für
eine effiziente Ätzmaske
zum Erhalten der gewünschten
reduzierten kritischen Breite an der Unterseite der Kontaktöffnung am
Ende des Strukturierungsprozesses gesorgt wird. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
wird zumindest der zweite Teil des Strukturierungsprozesses auf
der Grundlage eines Hartmaskenmaterials ausgeführt, wodurch für gut definierte
Abmessungen am oberen Bereich der resultierenden Kontaktöffnung gesorgt wird,
während
gleichzeitig die gewünschte
kritische Abmessung an der Unterseite erreicht wird. Z. B. wird das
entsprechende Hartmaskenmaterial beim Ätzen durch die Ätzstoppschicht
entfernt, wodurch keine zusätzliche
Prozesskomplexität
erzeugt wird, und wobei dennoch für eine bessere Zuverlässigkeit
und ein besseres Leistungsverhalten der resultierenden Kontaktelemente
gesorgt wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2o werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben, wobei auch auf die 1a bis 1d bei
Bedarf Bezug genommen wird.
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2a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 200 mit einem Substrat 201 und
einer Halbleiterschicht oder einem Gebiet 202. Das Substrat 201 repräsentiert
ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
und die Halbleiterschicht 202 wird in Form eines geeigneten
Halbleitermaterials vorgesehen, etwa in Form von Silizium, Silizium/Germanium,
Germanium oder Halbleiterverbindungen und dergleichen. Ferner repräsentieren
das Substrat 201 und die Halbleiterschicht und das Gebiet 202 ggf.
eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration, wenn ein vergrabenes
isolierendes Material (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 201 und
dem Halbleitergebiet 202 vorgesehen ist. In der gezeigten
Ausführungsform
repräsentiert
das Halbleitergebiet 202 einen Halbleiterbereich, in welchem
ein Kontaktgebiet 213 vorgesehen ist, das eine beliebige
geeignete Struktur aufweist, um damit den gewünschten Kontaktwiderstand zu
erreichen, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem in 1a gezeigten
Bauelement erläutert
ist. Beispielsweise weist das Kontaktgebiet 213 ein Metallsilizid
oder eine andere Materialzusammensetzung auf, während in anderen Fällen ein
halbleiterbasiertes dotiertes Material als das Kontaktgebiet 213 dient.
Ferner gelten im Hinblick auf andere Komponenten, die in und über dem
Halbleitergebiet 202 oder der Halbleiterschicht gebildet
sind, die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert sind.
Beispielsweise sind entsprechende Schaltungselemente, etwa wie sie
zuvor beschrieben sind, mit kritischen Abmessungen von 50 nm und
weniger bei Bedarf in und über
dem Halbleitergebiet 202 ausgebildet, wodurch eine entsprechende
Bauteilebene erzeugt wird. Das Bauelement 200 umfasst ferner
eine Kontaktebene 220 mit einem Ätzstoppmaterial 221,
etwa einem Siliziumnitridmaterial, einem stickstoffenthaltendem
Siliziumkarbidmaterial und dergleichen, in Verbindung mit einem
dielektrischen Zwischenschichtmaterial 222, etwa einem
Siliziumdioxidmaterial und dergleichen. Es sollte beachtet werden,
dass das dielektrische Zwischenschichtmaterial 222 zwei
oder mehr individuelle Materialschichten aufweisen kann, wenn dies
zum Erreichen der gewünschten
Gesamteigenschaften als geeignet erachtet werden. In der gezeigten
Fertigungsphase ist eine Ätzmaske 203 oder
deren Reste über der
Bauteilebene 220 vorhanden. Wie zuvor mit Bezug zu dem
Halbleiterbauelement 110 erläutert ist, umfasst eine Ätzmaske
ein Lackmaterial, ein ARC-Material, ein Hartmaskenmaterial und dergleichen,
wie dies zum Strukturieren des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 222 erforderlich
ist, um eine Kontaktöffnung 222a darin
zu erzeugen, die eine anfängliche
Sollbreite 222w aufweist.
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Im
Hinblick auf geeignete Prozesstechniken zur Herstellung des Bauelements 200,
wie es in 2a gezeigt ist, sei auf die
Beschreibung des konventionellen Bauelements 100 verwiesen.
D. h., die Strukturierung des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 222 kann
auf der Grundlage komplexer Prozessstrategien erreicht werden, in
denen die Öffnung 222a in
einer zuverlässigen
und reproduzierbaren Weise auf Basis der anfänglichen Sollbreite 222w vorgesehen
wird. Nach der Herstellung der Kontaktöffnung 222a wird die Ätzmaske 203 entfernt,
etwa auf der Grundlage eines geeigneten plasmaunterstützten Abtragungsprozesses
und dergleichen.
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2b zeigt
schematisch das Bauelement 200, wenn es einem Teilchenbeschuss 204 unterliegt,
beispielsweise in Form einer ionisierten oder neutralen Sorte, etwa
Xenon, Argon, Krypton, Silizium, Sauerstoff und dergleichen. Während des
Teilchenbeschusses 204 tritt ein gewisser Grad an Materialerosion
in dem dielektrischen Material 222 auf, wobei insbesondere
Eckenbereiche 222c einen signifikanten Materialabtrag erlangen,
wodurch ein gewisser Grad an Eckenverrundung oder Kantenverrundung
bzw. Verjüngung
der Kontaktöffnung 222a erreicht
wird. Beispielsweise wird der Beschuss 204 als ein Ionensputter-Prozess ausgeführt, der
als ein Prozess zum Ionisieren von Gasmolekülen oder Atomen und zum Beschleunigen
der ionisierten Teilchen auf der Grundlage eines geeigneten Beschleunigungssystems
verstanden wird, wodurch ein Teilchen ausreichend kinetische Energie
abgibt, um Atome von einer Oberflächenschicht freiliegender Bereiche
herauszulösen.
In dem Eckenbereich 222c ist der gesamte Materialabtrag
ausgeprägter
im Vergleich zu horizontalen Bereichen auf Grund einer größeren Oberfläche, die
für eintreffende
energetische Ionen oder neutrale Teilchen verfügbar ist. Es sollte beachtet
werden, dass ein gewünschter
Grad an Eckenverrundung effizient erhalten werden kann, indem geeignete
Prozessparameter gewählt
werden, was auf der Grundlage von Experimenten unter Anwendung unterschiedlicher
Flussteilchen und Energien in Verbindung mit dem dielektrischen
Zwischenschichtmaterial 222 und der speziellen Geometrie, die
durch die Kontaktöffnung 222a vorgegeben
ist, bewerkstelligt werden kann. Folglich wird ein gewünschter
Grad an Materialerosion und damit Kanten- oder Eckenverrundung während des
Prozesses 204 erreicht. In anderen Fällen enthält der Prozess 204 andere
Oberflächenbehandlungen,
etwa plasmaunterstützte
Prozesse, d. h. die Oberfläche
des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 222 wird in unmittelbarer
Nähe zu
einer Plasmaumgebung angeordnet, um damit einen gewissen Grad an
Materialerosion zu erreichen, wodurch die Verjüngung oder die Verrundung 222t erzeugt
wird. Somit kann eine größere Breite
an der Oberseite der Kontaktöffnung 222a im
Vergleich zur anfänglichen
Sollbreite 222w erhalten werden.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit einer Abstandshalterschicht 224,
die aus dem dielektrischen Material 222 und in der Kontaktöffnung 222a gebildet
ist. Die Abstandshalterschicht 224 wird in Form eines beliebigen
geeigneten dielektrischen Materials vorgesehen, das mit den Erfordernissen
für die
weitere Bearbeitung des Bauelements 200 und im Hinblick
auf das elektrische Verhalten der Kontaktebene 220 verträglich ist.
Wie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist,
kann die Abstandshalterschicht 224 in Form eines siliziumdioxidbasierten
Materials vorgesehen werden, das ähnliche Eigenschaften wie das
dielektrische Zwischenschichtmaterial 222 besitzt. In anderen
Fällen wird
ein anderes geeignetes dielektrisches Material eingesetzt, solange
dieses für
ausreichende Ausstoppeigenschaften beim Strukturieren der Ätzstoppschicht 221 auf
der Grundlage einer gewünschten
kritischen Breite in einer nachfolgenden Fertigungsphase sorgt.
Die Abstandshalterschicht 224 wird mittels einer geeigneten
Abscheidetechnik aufgebracht, etwa durch CVD, möglicherweise als plasmaunterstützter Prozess
und dergleichen. Auf Grund der günstigeren
Konfiguration, die durch den abgerundeten Bereich 222c erreicht
wird, ist der Unterschied zwischen einer Dicke 224a an
dem verrundeten Bereich 222c und der Dicke 224b an
einem unteren Bereich 222l deutlich weniger ausgeprägt im Vergleich zu
konventionellen Strategien. Folglich kann die Dicke 224b mit
besserer Gleichmäßigkeit
eingestellt werden, wodurch auch eine höhere Gleichmäßigkeit während der
weiteren Bearbeitung bei der Herstellung eines Abstandshalterelements
und somit während
des Definierens der gewünschten
reduzierten kritischen Breite in dem unteren Bereich 222l erreicht wird.
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2d zeigt
schematisch das Bauelement 200 während eines Ätzprozesses 205,
um Material der Abstandshalterschicht 224 zu entfernen,
wodurch Abstandshalterelemente 224s an dem unteren Bereich 222l gebildet
werden, während
die Materialschicht 224 im Wesentlichen vollständig von
einem oberen Bereich 222u entfernt wird, der den verrundeten
Eckenbereich 222c enthält.
Der Ätzprozess 205 kann
auf der Grundlage eines geeigneten isotropen Ätzrezepts ausgeführt werden,
wobei das Material 222 von dem oberen Bereich 222u entfernt
wird, während
auch die Ätzstoppschicht 221 effizient
freigelegt wird, da der verjüngte
oder schmäler
werdende Bereich 222u ebenfalls für bessere Ätzbedingungen innerhalb der Öffnung 222a sorgt.
Es sollte beachtet werden, dass bei Bedarf die Abstandshalterschicht 224 eine
andere Abtragsrate im Vergleich zu dem dielektrischen Material 222 besitzt,
d. h. eine höhere
Abtragsrate, so dass das Material 222 als ein „Ätzstoppmaterial” verwendet
werden kann. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird der Ätzprozess 205 auf
der Grundlage einer Ätzchemie
ausgeführt,
die auch Material der Ätzstoppschicht 221 ätzen kann,
wodurch eine sehr effiziente Strukturierungssequenz bereitgestellt
wird, wobei dennoch im Wesentlichen eine gewünschte reduzierte Breite 222r für das Strukturieren
der Ätzstoppschicht 221 beibehalten
wird. Beispielsweise wird die Abstandshalterschicht 224 in
Form eines Siliziumnitridmaterials, eines stickstoffenthaltenden
Siliziumkarbidmaterials und dergleichen vorgesehen, wenn die dielektrische
Eigenschaften dieser Materialien mit dem gesamten Verhalten einer
Kontaktebene 220 verträglich sind.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird
die Abstandshalterschicht 224 auf der Grundlage eines dielektrischen
Materials mit kleinem ε vorgesehen,
das als ein dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstanten
von 3,0 oder weniger zu verstehen ist, was daher zu einer kleineren
Gesamtpermittivität
beiträgt.
Ferner besitzen einige dielektrische Materialien mit kleinem ε bessere Ätzstoppeigenschaften,
wodurch für
einen hohen Grad an Prozessgleichmäßigkeit beim Strukturieren
der Ätzstoppschicht 221 in
einem nachfolgenden Prozessschritt gesorgt wird. In noch anderen
Fällen
ist die Abstandshalterschicht 224 in Form eines ätzenden Materials
vorgesehen, das auf Grund der besseren gesamten Konfiguration der
Kontaktöffnung 223a effizient
entfernt werden kann, wenn die Abstandshalterelemente 224s in
dem unteren Bereich 222l gebildet werden. Beispielsweise
können
Titan, Titannitrid und dergleichen effizient für die Abstandshalterschicht 224 eingesetzt
werden, während
in anderen Fällen
dotiertes Siliziummaterial und dergleichen abgeschieden wird, wenn
dies als geeignet erachtet wird.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein weiterer Ätzprozess
auf der Grundlage der Kontaktöffnung 222a,
die die Abstandshalterelemente 224s enthält, ausgeführt wird, um
durch das Ätzstoppmaterial 221 zu ätzen. Wie
zuvor erläutert
ist, repräsentiert
abhängig
von der Materialzusammensetzung der Abstandshalterelemente 224s der Ätzschritt 206 eine
Phase einer Prozesssequenz zur Herstellung der Abstandshalterelemente 224s und
zum Ätzen
durch das Material 221. In anderen Fällen werden die Abstandshalter 224s als
ein Ätzstoppmaterial
während
des Ätzprozesses 206 verwendet
und bleiben somit nach dem Prozess 206 ohne wesentliche
Materialerosion bestehen. Es sollte beachtet werden, dass eine beliebige
gut etablierte Ätzchemie
für den
Prozess 206 eingesetzt werden kann, etwa Ätzrezepte,
wie sie auch in konventionellen Strategien angewendet werden. Des
weiteren sollte beachtet werden, ein effizienteres Freiliegen der Ätzstoppschicht 221 auf
Grund der günstigen Konfiguration
der Öffnung 222a erreicht
werden kann, wie dies zuvor erläutert
ist, wodurch ebenfalls für
günstigere
Prozessbedingungen während
des Ätzschritts 206 gesorgt
wird.
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2f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist das Kontaktelement 223 in
der Kontaktebene 220 gebildet, d. h. in dem dielektrischen
Zwischenschichtmaterial 222 und dem Ätzstoppmaterial 221.
In der gezeigten Ausführungsform
enthält
das Kontaktelement 223, das eine geeignete Konfiguration,
etwa eine „pfropfenartige” Konfiguration,
eine grabenartige Konfiguration und dergleichen besitzt, ein leitendes
Metallmaterial 223b, etwa Wolfram, Aluminium, Kupfer und
dergleichen, möglicherweise
in Verbindung mit einem leitenden Barrierenmaterial 223a,
etwa Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid und dergleichen. Es
sollte beachtet werden, dass in anderen Fällen andere leitende Materialien,
etwa Kohlenstoff und dergleichen, ebenfalls verwendet werden können, wenn
dies als geeignet erachtet wird. Somit weist das Kontaktelement 223 einen
oberen Bereich 223u auf, der lateral in dem dielektrischen
Material 222 eingebettet ist und eine größere Breite 223w aufweist,
die mit zunehmender Tiefe des oberen Bereichs 223 abnimmt.
Andererseits umfasst das Kontaktelement 223 einen unteren Bereich 223l,
der als ein Bereich des Kontaktelements 223 zu verstehen
ist, der direkt mit dem Abstandshalterelement 224s in Kontakt
ist. Der untere Bereich 223l besitzt eine geringere Breite 223r,
wenn das Abstandshalterelement 224s in Form eines dielektrischen
Materials vorgesehen ist. In anderen Fällen, wenn ein leitendes Material
für das
Abstandshalterelement 224 verwendet wird, ist die geringere
Abmessung 223r zumindest in einem Bereich vorhanden, der
lateral in dem Ätzstoppmaterial 221 eingebettet
ist.
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Das
Kontaktelement 223 kann auf der Grundlage einer beliebigen
geeigneten Prozesssequenz hergestellt werden, die das Abscheiden
des Barrierenmaterials 223a, falls erforderlich, beinhaltet, woran
sich das Abscheiden des leitenden Materials 223b anschließt, was
durch Sputter-Abscheidung, ALD und dergleichen für das Barrierenmaterial 223a gelingt,
während
CVD-Techniken, elektrochemische Abscheideprozesse und dergleichen
zur Herstellung des Materials 223b angewendet werden können. Unabhängig von
der angewendeten Abscheidetechnik führt auch das Abscheiden des
Materials der Kontaktelemente 223 stellt die günstigere
geometrische Konfiguration ein besseres Füllverhalten von unten nach
oben mit einer deutlich geringeren Wahrscheinlichkeit zum Erzeugen
von Unregelmäßigkeiten
sicher, wobei dennoch die reduzierte Breite 223r beibehalten
wird.
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Mit
Bezug zu den 2g bis 2i werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen eine Eckenverrundung auf der Grundlage einer erodierten Ätzmaske
erreicht wird.
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2g zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es der Einwirkung
eines anisotropen Ätzprozesses 207 unterliegt,
der auf der Grundlage der Ätzmaske 203 ausgeführt wird,
um den oberen Bereich 222o in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 222 zu
erzeugen. Wie zuvor erläutert ist,
wird die Ätzmaske 203 so
strukturiert, dass diese die Breite 222w erhält. Während einer
geeigneten Phase im Prozess 207, d. h. nach dem Erreichen
einer speziellen Tiefe in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 222,
wird der Prozess 207 unterbrochen, um gezielt die Konfiguration
der Ätzmaske 203 zu
modifizieren.
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2h zeigt
schematisch das Bauelement 200 während eines Materialabtragungsprozesses 208,
während
welchem Material der Ätzmaske 203 entfernt
wird, wodurch eine erodierte Ätzmaske 203e geschaffen
wird, die auch für
unterschiedliche Ätzbedingungen
an den Randbereich 222c sorgt. Zu diesem Zweck wird der
Prozess 208 auf der Grundlage einer Plasmaumgebung ausgeführt, um
das Entfernen von Material der Ätzmaske 203 zu
fördern,
die aus Lackmaterial und dergleichen hergestellt sein kann. Beispielsweise
werden ein oder mehrere reaktive Chemikalien, die während des Ätzprozesses 207 (siehe 2g)
verwendet werden, reduziert oder deren Zufuhr wird vollständig unterbrochen,
während eine
weitere geeignete Komponente, etwa Sauerstoff und dergleichen, eingeführt wird,
wodurch ein gewisser Grad an Materialerosion erreich wird. Daraufhin wird
eine geeignete Ätzumge bung
wieder hergestellt, beispielsweise unter Anwendung ähnlicher
Prozesssparameter, wie sie während
des Prozesses 207 der 2g angewendet
werden, wobei die modifizierte Konfiguration der Ätzmaske 203e dann
zu einem erhöhten
Materialabtrag an dem Eckenbereich 222c führt.
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2i zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach der zuvor
beschriebenen Strukturierungssequenz, wobei der obere Bereich 222u verbreitet
ist oder einen verjüngten
Bereich repräsentiert,
während
der untere Bereich 222l im Wesentlichen auf der Grundlage
der Breite 222w ausgebildet ist. Auch in diesem Falle kann
somit eine günstigere Konfiguration
der Kontaktöffnung 222a erreicht
werden. Daher kann die weitere Bearbeitung auf der Grundlage deutlich
besserer Gesamtprozessbedingungen weiter fortgesetzt werden, wie
dies zuvor beschrieben ist. Es sollte beachtet werden, dass der Prozess 208 der 2h zwei
mal oder öfter
angewendet werden kann, um in geeigneter Weise den Grad der Verjüngung gemäß dem gesamten
Bauteilerfordernissen einzustellen. In diesem Falle kann vorteilhaft
sein, den eigentlichen Ätzprozess
zum Entfernen des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 222 und
dem Prozess 208 aus 2h als
eine in-situ-Prozesssequenz auszuführen.
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Mit
Bezug zu den 2j bis 2n werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen das Abstandshaltermaterial in einem Bereich der Kontaktöffnung aufgebracht
wird, der ein deutlich geringeres Aspektverhältnis besitzt.
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2j zeigt
schematisch das Bauelement 200 während des Ätzprozesses 207, der
auf der Grundlage der Ätzmaske 203 ausgeführt wird,
die ein Hartmaskenmaterial 203 enthält. Die Ätzmaske 203 wird so
strukturiert, dass eine Maskenöffnung 203b mit
einer Breite 222g bereitgestellt wird, die so gewählt ist,
dass geeignete Prozessbedingungen während des nachfolgenden Ätzens eines
Abstandshaltermaterials erreicht werden. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
entspricht die Breite 222g im Wesentlichen der Breite 222w,
wie dies zuvor erläutert
ist. Während
des Strukturierungsprozesses 207 wird das Hartmaskenmaterial 203a auf
der Grundlage von beispielsweise einem Lackmaterial strukturiert,
was somit zu besseren Prozessbedingungen zum Definieren der Maskenöffnung 203b führt. Daraufhin
wird der Strukturierungsprozess 207 fortgesetzt, indem
in das dielektrische Zwischenschichtmaterial 222 geätzt wird,
um den oberen Bereich 222u zu bilden. Es sollte beachtet
werden, dass in anderen Fällen
separate Ätzprozesse
in separaten Ätzkammern ausgeführt werden
können,
um die Maske 203 herzustellen und um nachfolgend einen Strukturierungsprozess
zur Herstellung des 222u auszuführen. Es sollte ferner beachtet
werden, dass das Hartmaskenmaterial 203a in Form eines
beliebigen geeigneten Materials vorgesehen werden kann, etwa in
Form von Siliziumnitrid und dergleichen.
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2k zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase. Wie gezeigt, wird der obere Bereich 222u mit
der Breite 222g und mit einer Tiefe 222d vorgesehen,
die zu einem Aspektverhältnis,
d. h. zu einem Verhältnis von
Tiefe zu Breite, führen,
das deutlich kleiner ist als das Aspektverhältnis, das durch die Kontaktöffnung definiert
ist, wenn die sich durch das gesamte dielektrische Zwischenschichtmaterial 222 erstreckt.
Des weiteren wird die Abstandshalterschicht 224 auf dem Hartmaskenmaterial 203a und
in den oberen Bereich 222u gebildet. Auf Grund der deutlich
besseren Abscheidebedingungen, d. h. auf Grund des geringeren Aspektverhältnisses,
wird das Material 224 mit kleineren Überhängen an dem Eckenbereich 222c aufgebracht.
Im Hinblick auf Abscheidetechniken und auf Materialeigenschaften
der Abstandshalterschicht 224 sei auf die zuvor beschriebene
Ausführungsform verwiesen.
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2l zeigt
schematisch das Bauelement 200 mit Abstandshalterelementen 224s,
die in dem oberen Bereich 224u gebildet sind. Zu diesem
Zweck wird ein beliebiges geeignetes anisotropes Ätzrezept angewendet.
Ferner dient das Hartmaskenmaterial 203a als eine effiziente Ätzstoppschicht,
wodurch eine unerwünschte
Materialerosion des dielektrischen Materials 222 außerhalb
der Öffnung 22u vermieden
wird. In einer anschaulichen Ausführungsform sind die Abstandshalterelemente 224s aus
im Wesentlichen den gleichen Material wie das dielektrische Zwischenschichtmaterial 222 aufgebaut
oder besitzen zumindest sehr ähnliche Ätzraten
im Vergleich zu dem elektrischen Zwischenschichtmaterial 222.
In anderen Fällen
ist die Ätzrate
der Abstandshalterelemente 224s kleiner im Vergleich zu
der Abtragsrate des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 222 in
Bezug auf einen nachfolgenden anisotropen Ätzprozess.
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2m zeigt
schematisch das Bauelement 200, wenn es der Einwirkung
einer weiteren anisotropen Ätzumgebung 207b unterliegt,
in welcher die Kontaktöffnung 222a so
gebildet wird, dass diese sich zu der Ätzstoppschicht 221 mit
einer Breite erstreckt, die im Wesentlichen der reduzierten Breite 222r entspricht.
Während
des Ätzprozesses 207b wird
beispielsweise das Material der Abstandshalterelemente 224s entfernt,
während
gleichzeitig die Front in Richtung zur Ätzstoppschicht 221 auf
der Grundlage der Breite 222r weiterschreitet. Andererseits
wird ein unerwünschter
Materialabtrag des dielektrischen Materials 222 auf Grund
der Anwesenheit des Hartmaskenmaterials 203 unterdrückt, das
somit für
eine gut definierte Größe, d. h.
die Breite 222g sorgt. In der gezeigten Ausführungsform
werden die Abstandshalterelemente 224s im Wesentlichen
vollständig
während
des Ätzprozesses 207b aufgebracht,
wenn in anderen Fällen
die Abstandshalter 224s bestehen bleiben, jedoch in einer
geringeren Größe, wodurch
ebenfalls für
die gewünschte
größere Breite 222g in
den oberen Bereiche 222u gesorgt wird, wobei auch die gewünschte reduzierte
Breite 222r an der Unterseite der Öffnung 222a sichergestellt
ist. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen (nicht gezeigt)
werden die Abstandshalterelemente 224s ohne wesentlichen
Materialabtrag beibehalten und werden in einem nachfolgenden Prozessschritt
entfernt, wenn beispielsweise durch das Ätzstoppmaterial 221 geätzt wird.
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2n zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der die Ätzumgebung 205 eingerichtet
wird, um durch die Ätzstoppschicht 221 zu ätzen. Dies
kann auf der Grundlage beliebiger geeigneter Ätzrezepte erfolgen, wie dies
zuvor erläutert
ist. Ferner wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Hartmaskenschicht 203a ebenfalls
während des Ätzprozesses 205 entfernt,
beispielsweise wenn diese eine ähnliche
Abtragsrate während
des Prozesses 205 wie das Material der Schicht 221 aufweist.
In anderen Fällen
wird das Maskenmaterial 203a beibehalten und dient als
eine Stoppschicht während
der weiteren Bearbeitung des Bauelements 200, wenn beispielsweise
die Kontaktöffnung 222a mit
einem leitenden Material gefüllt
wird und überschüssiges Material
auf der Grundlage von CMP (chemisch-mechanischen Polieren) und dergleichen entfernt
wird.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Halbleiterbauelemente
und Techniken bereit, in denen kritische Abmessungen von Kontaktöffnungen auf
der Grundlage eines Abstandshaltematerials definiert sind, während die
Wahrscheinlichkeit des Erzeugens eines schmalen oberen Bereichs
vermieden oder zuminderst reduziert wird. Zu diesem Zweck wird die
Breite der Kontaktöffnung
erhöht
oder das Aspektverhältnis
wird verringert, bevor das Abstandshaltermaterial abgeschieden wird,
wodurch eine Verengung eines oberen Bereichs vor der weiteren Bearbeitung
vermieden oder reduziert wird. Auf Grund der besseren Geometrie
der Kontaktöffnungen
kann somit das Einführen
von vielen leitenden Materialien auf der Grundlage besserer Prozessbedingungen
erreicht werden, wodurch die Wahr scheinlichkeit des Erzeugens von
Kontaktausfällen
in größeren Anwendungen
verringert wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher dient
diese Beschreibung anschaulichen Zwecken und ist dazu gedacht, dem
Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Prinzipien
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.