DE102009043328B4

DE102009043328B4 - Herstellung von Halbleiterwiderständen in einem Halbleiterbauelement mit Metallgatestrukturen durch Erhöhen der Ätzwiderstandsfähigkeit der Widerstände

Info

Publication number: DE102009043328B4
Application number: DE102009043328.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Heinrich; Ralf Richter; Katja Steffen; Johannes Groschopf; Frank Seliger; Andreas Ott; Manfred Heinz; Andy Wei
Original assignee: GlobalFoundries Dresden Module One LLC and Co KG; GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries Dresden Module One LLC and Co KG; GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2029-10-01
Also published as: US8338306B2; US20110073956A1; DE102009043328A1

Abstract

Halbleiterbauelement (100) mit: einem Transistorelement (150) mit einer Gateelektrodenstruktur (110a), die ein Gatedielektrikumsmaterial (111) mit großem ε und ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial (118) aufweist, das über dem Gatedielektrikumsmaterial (111) mit großem ε gebildet ist; und einem Widerstand (110b) mit einem Halbleitermaterial (113) mit einem oberen Bereich (113u) und einem unteren Bereich (113l), wobei der obere Bereich (113u) eine elektrische inerte Substanzsorte (104b) aufweist, so dass der obere Bereich (113u) im Vergleich zu dem unteren Bereich (113l) einen erhöhten Ätzwiderstand besitzt.

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere Widerstände in integrierten Schaltungen, die Metallgateelektrodenstrukturen aufweisen.
Beschreibung des Stands der Technik
in modernen integrierten Schaltungen ist eine sehr hohe Anzahl an einzelnen Schaltungselementen, etwa Feldeffekttransistoren in Form von CMOS-, NMOS-, PMOS-Elementen, Widerständen, Kondensatoren und dergleichen, auf einer einzelnen Chipfläche hergestellt. Typischerweise werden Strukturgrößen dieser Schaltungselemente ständig bei der Einführung jeder neuen Schaltungsgeneration verringert, wodurch aktuelle verfügbare integrierte Schaltungen mit hohem Leistungsvermögen im Hinblick auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme bereitgestellt werden. Eine Verringerung der Größe von Transistoren ist ein wichtiger Aspekt, um das Bauteilleistungsverhalten komplexer integrierter Schaltungen, etwa von CPUs, stetig zu verbessern. Die Verringerung der Größe ist üblicherweise mit einer erhöhten Schaltgeschwindigkeit verknüpft, wodurch die Signalverarbeitung verbessert wird.
Zusätzlich zu der großen Anzahl an Transistorelementen muss eine Vielzahl passiver Schaltungselemente, etwa von Kondensatoren und Widerständen, typischerweise in integrierten Schaltungen hergestellt werden, wie dies durch die grundlegende Schaltungsstruktur erforderlich ist. Auf Grund der geringen Abmessungen der Schaltungselemente wird nicht nur das Leistungsverhalten der einzelnen Transistorelemente erhöht, sondern es wird auch die Packungsdichte deutlich vergrößert, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, immer mehr Funktionen in eine vorgegebene Chipfläche einzubauen. Aus diesem Grunde wurden sehr komplexe Schaltungen entwickelt, die unterschiedliche Schaltungsarten enthalten, etwa Analogschaltungen, Digitalschaltungen und dergleichen, wodurch vollständige Systeme auf einem einzelnen Chip (SOC) bereitgestellt werden.
Obwohl Transistorelemente die wichtigsten Schaltungselemente in sehr komplexen integrierten Schaltungen sind und wesentlich das Gesamtverhalten dieser Bauelemente bestimmen, sind andere Komponenten, etwa Kondensatoren und Widerstände erforderlich, wobei die Größe dieser passiven Schaltungselemente ebenfalls im Hinblick auf die Skalierung der Transistorelemente einzustellen ist, um nicht in unerwünschter Weise wertvolle Chipfläche zu vergeuden. Des Weiteren müssen die passiven Schaltungselemente, etwa die Widerstände, mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorgesehen werden, um die eng gesetzten Grenzen gemäß dem grundlegenden Schaltungsaufbau einzuhalten. Beispielsweise sind sogar in nahezu digitalen Schaltungsaufbauten entsprechende Widerstandswerte innerhalb eng gesetzter Toleranzen vorzusehen, um nicht in unerwünschter Weise zu Funktionsinstabilitäten und/oder zu einer erhöhten Signalausbreitungsverzögerung beizutragen. Beispielsweise werden in anspruchsvollen Anwendungen Widerstände häufig in Form von „integrierten Polysiliziumwiderständen” vorgesehen, die über Isolationsstrukturen gebildet sind, so dass der gewünschte Widerstandswert erreicht wird, ohne dass ein nennenswerter Beitrag zur parasitären Kapazität erfolgt, wie dies in „vergrabenen” Widerstandsstrukturen der Fall ist, die in der aktiven Halbleiterschicht hergestellt sind. Ein typischer Polysiliziumwiderstand erfordert daher das Abscheiden des Polysilizium-Basismaterials, das häufig mit dem Abscheiden eines Polysilizium-Gateelektrodenmaterials für die Transistorelemente kombiniert wird. Während der Strukturierung der Gateelektrodenstrukturen werden auch die Widerstände hergestellt, deren Größe von dem zu Grunde liegenden spezifischen Widerstandswert des Polysiliziummaterials und der nachfolgenden Art an Dotiermaterial und der Konzentration, die in die Widerstände zur Einstellung der Widerstandswerte eingebaut werden, abhängt. Da typischerweise der Widerstandswert eines dotierten Polysiliziummaterials eine nicht-lineare Funktion der Dotierstoffkonzentration ist, sind, unabhängig von anderen Implantationssequenzen zum Einstellen der Eigenschaften des Polysiliziummaterials der Gateelektroden der Transistoren, spezielle Implantationsprozesse erforderlich, was zu einer moderat komplexen Fertigungssequenz führt.
Des Weiteren führt die ständige Forderung zur Reduzierung der Strukturgrößen komplexer integrierter Schaltungen zu einer Gatelänge von Feldeffekttransistoren von ungefähr 50 nm und weniger. Ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte „pn-Übergänge”, die durch eine Grenzfläche von stark dotierten Gebieten, die als „Drain- und Source”-Gebiete bezeichnet werden, mit einem leicht dotierten oder nicht dotierten Gebiet gebildet sind, das als ein „Kanalgebiet bezeichnet wird, und das benachbart zu den stark dotierten Gebieten angeordnet ist. In einem Feldeffekttransistor ist die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. der Durchlassstrom des leitenden Kanals, durch eine Gateelektrode gesteuert, die benachbart zu dem Kanalgebiet angeordnet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration der Drain- und Sourcegebiete, der Beweglichkeit der Ladungsträger und für eine gegebene Transistorbreite von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als „Kanallänge” bezeichnet wird.
Gegenwärtig basiert der Hauptteil komplexer integrierter Schaltungen auf Silizium auf Grund der nahezu unbegrenzten Verfügbarkeit, den gut verstandenen Eigenschaften des Siliziums und zugehöriger Materialien und Prozesse und auf Grund der Erfahrung, die über die vergangenen 50 Jahre gewonnen wurde. Daher bleibt Silizium mit hoher Wahrscheinlichkeit das Material der Wahl für künftige Schaltungsgenerationen. Ein Grund für die wichtige Rolle des Siliziums bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind die guten Eigenschaften einer Silizium/Siliziumdioxid-Grenzfläche, die eine zuverlässige elektrische Trennung unterschiedlicher Gebiete voneinander ermöglicht. Die Silizium/Siliziumdioxid-Grenzfläche ist bei hohen Temperaturen stabil und ermöglicht daher das Ausführen von Hochtemperaturprozessen, wie sie beispielsweise für Ausheizprozesse erforderlich sind, um Dotierstoffe zu aktivieren und um Kristallschäden auszuheilen, ohne die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche zu beeinträchtigen. Daher wurde Siliziumdioxid vorzugsweise als eine Gateisolationsschicht in Feldeffekttransistoren verwendet, die die Gateelektrode, die häufig aus Polysilizium aufgebaut ist, von dem Siliziumkanalgebiet trennt. Bei einer weiteren Verringerung der Bauteilgröße führt die Reduzierung der Kanallänge zu einer entsprechenden Anpassung der Dicke des Siliziumdioxid-Gatedielektrikums, um ein sogenanntes „Kurzkanalverhalten” zu vermeiden, auf Grund dessen eine Variabilität in der Kanallänge einen wesentlichen Einfluss auf die resultierende Schwellwertspannung des Transistors ausübt. Aggressiv skalierte Transistorbauelemente mit einer relativ geringen Versorgungsspannung und damit mit einer geringeren Schwellwertspannung weisen daher eine ausgeprägte Zunahme des Leckstromes auf, was durch die geringere Dicke eines Siliziumdioxidgatedielektrikums hervorgerufen wird. Beispielsweise erfordert eine Kanallänge von ungefähr 0,08 μm ein Gatedielektrikum aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von ungefähr 1,2 nm, um die erforderliche kapazitive Kopplung zwischen der Gateelektrode und dem Kanalgebiet aufrecht zu erhalten. Obwohl Hochgeschwindigkeitstransistorelemente mit einem extrem kurzen Kanal im Allgemeinen vorzugsweise in Hochgeschwindigkeitssignalwegen eingesetzt sind, wohingegen Transistorelemente mit einem längeren Kanals für weniger kritische Signalwege eingesetzt werden (beispielsweise werden derartige Transistoren als Speichertransistoren eingesetzt), kann der relativ hohe Leckstrom, der durch das direkte Tunneln von Ladungsträgern durch das sehr dünne Siliziumdioxid-Gatedielektrikum der Hochgeschwindigkeitstransistoren hervorgerufen wird, Werte bei einer Oxiddicke im Bereich von 1 bis 2 nm annehmen, die nicht mehr verträglich sind mit den thermischen Entwurfleistungserfordernissen vieler Arten komplexer integrierter Schaltungen.
Aus diesem Grunde wurde das Ersetzen von Siliziumdioxid als Material für Gateisolationsschichten insbesondere für sehr anspruchsvolle Anwendungen in Erwägung gezogen. Mögliche alternative Materialien sind solche, die eine deutlich höhere Permittivität besitzen, so dass eine physikalisch größere Dicke einer entsprechend gebildeten Gateisolationsschicht eine kapazitive Kopplung liefert, die durch eine extrem dünne Siliziumdioxidschicht erreicht wurde. Es wurde vorgeschlagen, Siliziumdioxid durch Materialien mit hoher Permittivität, etwa Tantaloxid, Strontiumtitanoxid, Hafniumoxid, Hafniumsiliziumoxid, Zirkonoxid und dergleichen zu ersetzen.
Des Weiteren kann das Transistorleistungsvermögen gesteigert werden, indem ein geeignetes leitendes Material als Gateelektrode vorgesehen wird, um damit das für gewöhnlich verwendete Polysiliziummaterial zu ersetzen, da Polysilizium eine Ladungsträgerverarmung in der Nähe der Grenzfläche zeigt, die zwischen dem Gatedielektrikumsmaterial und dem Polysiliziummaterial gebildet ist, wodurch die wirksame Kapazität zwischen dem Kanalgebiet und der Gateelektrode während des Transistorbetriebs verringert wird. Daher wurde ein Gatestapel vorgeschlagen, in welchem ein dielektrisches Material mit großem ε für eine erhöhte Kapazität sorgt, wobei zusätzlich Leckströme auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden. Da das nicht-Siliziummaterial, etwa Titannitrid und dergleichen, so hergestellt werden, dass es direkt mit dem Gatedielektrikumsmaterial in Kontakt ist, kann somit die Anwesenheit einer Verarmungszone vermieden werden, während gleichzeitig eine moderat hohe Leitfähigkeit erreicht wird.
Bekanntlich hängt die Schwellwertspannung des Transistors von der gesamten Transistorstruktur, von einem komplexen lateralen und vertikalen Dotierstoffprofil der Drain- und Sourcegebiete und somit der entsprechenden Struktur der pn-Übergänge und von der Austrittsarbeit des Gateelektrodenmaterials ab. Zusätzlich zur Bereitstellung der gewünschten Dotierstoffprofile muss daher die Austrittsarbeit des metallenthaltenden Gateelektrodenmaterials geeignet im Hinblick auf die Leitfähigkeitsart des betrachteten Transistors eingestellt werden. Aus diesem Grunde werden typischerweise metallenhaltende Elektrodenmaterialien für einen n-Kanaltransistor und p-Kanaltransistor verwendet, die gemäß gut etablierter Fertigungsstrategien in einem fortgeschrittenen Fertigungsstadium bereitgestellt werden. D. h., in diesen Vorgehensweisen wird das dielektrische Material mit großem ε in Verbindung mit einem geeigneten metallenthaltenden Deckschichtmaterial, etwa Titannitrid, und dergleichen vorgesehen, woran sich das Abscheiden eines Polysiliziummaterials in Verbindung mit weiteren Materialien bei Bedarf anschließt, die dann strukturiert werden, um eine Gateelektrodenstruktur zu bilden. Gleichzeitig werden entsprechende Widerstände strukturiert, wie dies zuvor beschrieben ist. Daraufhin wird die grundlegende Transistorkonfiguration fertig gestellt, indem Drain- und Sourcegebiete gebildet werden, Ausheizprozesse ausgeführt werden und schließlich die Transistoren in ein dielektrisches Material eingebettet werden. Daraufhin wird eine geeignete Ätzsequenz ausgeführt, in der die oberen Flächen der Gateelektrodenstrukturen und aller Widerstandsstrukturen freigelegt werden und das Polysiliziummaterial wird entfernt. Nachfolgend werden auch auf der Grundlage eines geeigneten Maskierungsschemas geeignete metallenthaltende Elektrodenmaterialien in die Gateelektrodenstrukturen von n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren eingefüllt, um eine verbesserte Gatestruktur zu erhalten, die ein Gateisolationsmaterial mit hohem ε in Verbindung mit einem metallenthaltenden Elektrodenmaterial aufweist, das für eine geeignete Austrittsarbeit für n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren sorgt. Gleichzeitig erhalten die Widerstandsstrukturen ebenfalls das metallenthaltende Elektrodenmaterial. Auf Grund der besseren Leitfähigkeit des metallenthaltenden Elektrodenmaterials weist jedoch der Widerstandswert der Widerstandsstrukturen einen deutlich niedrigeren Wert auf, wodurch eine Verringerung der Linienbreiten dieser Strukturen und/oder eine Zunahme der Gesamtlänge dieser Strukturen erforderlich ist. Während die zuerst genannte Maßnahme zu Strukturierungsproblemen führt, da extrem geringe Linienbreiten erforderlich sind, führt der zuletzt genannte Aspekt zu einem größeren Platzbedarf im Chip. Aus diesem Grunde werden in einigen konventionellen Vorgehensweisen die Widerstandsstrukturen in dem aktiven Halbleitermaterial hergestellt, anstatt dass die Widerstandsstrukturen über den Isolationsstrukturen vorgesehen und gleichzeitig mit Gateelektrodenstrukturen der Transistoren strukturiert werden, wobei diese Maßnahme jedoch zu einem reduzierten Leistungsverhalten auf Grund einer erhöhten parasitären Kapazität dieser Widerstandsstrukturen führt. In anderen Vorgehensweisen müssen die Widerstandsstrukturen in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase erneut aufgebaut werden, wodurch der gesamte Durchsatz deutlich verringert wird.
Die US 6 406 956 B1 offenbart ein Bauelement mit einem Transistor, der eine Metallgateelektrode und ein Gatedielektrikum mit großem ε aufweist, und einem Widerstand mit Halbleitermaterial.
Die US 2005/0 090 067 A1 offenbart einen Widerstand, der mittels Xenon-Implantation amorphisiert wird, um eine Silizidierung zu fördern.
Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken, in denen Widerstandsstrukturen zusammen mit komplexen Gateelektrodenstrukturen hergestellt werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest reduziert werden.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken, in denen Widerstandselemente auf der Grundlage eines geeigneten Halbleitermaterials, etwa eines Siliziummaterials, eines Silizium/Germanium-Materials und dergleichen, hergestellt werden, wobei komplexe Metaligatestrukturen für die Transistorelemente vorgesehen sind. Zu diesem Zweck werden die Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage eines gewünschten Halbleitermaterials vorgesehen, das für die Widerstände geeignet ist und das Halbleitermaterial wird durch ein oder mehrere metallenthaltende Gateelektrodenmaterialien in einer sehr fortgeschrittenen Fertigungsphase ersetzt, während das Halbleitermaterial in Widerstandselementen im Wesentlichen beibehalten wird. Dazu wird die Ätzwiderstandsfähigkeit des Halbleitermaterials zumindest an einem Oberflächenbereich erhöht, bevor ein nasschemischer Ätzprozess zum Entfernen des Halbleitermaterials selektiv in den Gateelektrodenstrukturen ausgeführt wird. Die Zunahme des Ätzwiderstandsverhaltens wird erreicht, indem eine „elektrisch inerte” Substanzsorte eingebaut wird, die als eine Atomsorte zu verstehen ist, die im Wesentlichen die elektronischen Eigenschaften des Halbleiterbasismaterials nicht ändert, die aber gleichzeitig eine deutliche Verringerung einer Abtragsrate während des selektiven nasschemischen Ätzprozesses hervorruft. In einigen anschaulichen Aspekten, wie sie hierin offenbart sind, umfasst die elektrisch inerte Substanzsorte Xenon, das auf der Grundlage eines Implantationsprozesses eingebaut wird.
Folglich kann ein sogenanntes „Austauschgateverfahren” effizient angewendet werden, um komplexe Metallgatestapel mit großem ε zu erhalten, während gleichzeitig halbleiterbasierte Widerstandsstrukturen hergestellt werden, beispielsweise auf Isolationsstrukturen, wodurch für ein besseres kapazitives Verhalten der Widerstandsstruktur gesorgt wird, ohne dass wertvolle Chipfläche vergeudet wird, was häufig in konventionellen Vorgehensweisen erforderlich ist, um die erhöhte Leitfähigkeit von metallenthaltenden Gateelektrodenmaterialien im Vergleich zu Halbleitermaterialien zu berücksichtigen. Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein Transistorelement mit einer Gateelektrodenstruktur, die wiederum ein Gatedielektrikumsmaterial mit großem ε und ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial aufweist, das über dem Gatedielektrikumsmaterial mit großem ε gebildet ist. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner einen Widerstand mit einem Halbleitermaterial, das einen oberen Bereich und einen unteren Bereich aufweist, wobei der obere Bereich eine elektrisch inerte Substanz aufweist, um den oberen Bereich im Vergleich zu dem unteren Bereich eine erhöhte Ätzwiderstandsfähigkeit zu verleihen.
Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft das Herstellen einer Widerstandsstruktur eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden eines Schichtstapels über einem Transistorgebiet und einem Widerstandsgebiet des Halbleiterbauelements, wobei der Schichtstapel ein dielektrisches Material mit großem ε und ein Halbleitermaterial aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Austauschgateelektrodenstruktur in dem Transistorgebiet und das Bilden der Widerstandsstruktur in dem Widerstandsgebiet auf der Grundlage des Schichtstapels. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erhöhen eines Ätzwiderstandes des Halbleitermaterials selektiv in der Widerstandsstruktur. Ferner umfasst das Verfahren das Ausführen eines nasschemischen Ätzprozesses, um das Halbleitermaterial selektiv in der Austauschgateelektrodenstruktur zu entfernen, während das Halbleitermaterial mit dem erhöhten Ätzwiderstand in der Widerstandsstruktur im Wesentlichen bewahrt wird.
Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Austauschgateelektrodenstruktur über einem Halbleitergebiet und das Bilden einer Widerstandsstruktur über einer Isolationsstruktur, wobei die Austauschgateelektrodenstruktur und die Widerstandsstruktur ein Halbleitermaterial aufweisen. Das Verfahren umfasst ferner das Einbauen einer Implantationssorte in das Halbleitermaterial selektiv in der Widerstandsstruktur, um dem Halbleitermaterial einen erhöhten Ätzwiderstand zu verleihen. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Entfernen des Halbleitermaterials selektiv von der Austauschgateelektrodenstruktur, während das Halbleitermaterial mit erhöhtem Ätzwiderstand in der Widerstandsstruktur im Wesentlichen beibehalten wird. Das Verfahren umfasst das Bilden eines metallenthaltenden Gateelektrodenmaterials in der Austauschgateelektrodenstruktur.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
1a bis 1g schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung einer Metallgate-Elektrodenstruktur und eines halbleiterbasierten Widerstands zeige, indem der Ätzwiderstand des Halbleitermaterials selektiv in der Widerstandsstruktur in einer Fertigungsphase gemäß anschaulicher Ausführungsformen erhöht wird;
1h und 1i schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigen, in denen der Atzwiderstand des Halbleitermaterials selektiv in der Widerstandsstruktur vor der Fertigstellung der grundlegenden Transistorstruktur erhöht wird; und
1j und 1k schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigen, in denen ein leitendes Deckmaterial selektiv von dem Widerstandsgebiet entfernt wird, um die spezifische Leitfähigkeit einer Widerstandsstruktur weiter zu verringern.
Detaillierte Beschreibung
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 anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien werden Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereitgestellt, in denen Widerstandselemente auf der Grundlage eines Halbleitermaterials, etwa Polysilizium, Silizium/Germanium, und dergleichen, in Verbindung mit komplexen metallenthaltenden Elektrodenstrukturen von Transistoren hergestellt werden, wobei die Widerstandsstrukturen bei Bedarf auf Isolationsstrukturen hergestellt werden, um damit ein besseres Verhalten im Hinblick auf die parasitäre Kapazität zu erreichen. Das Halbleitermaterial wird in der Widerstandsstruktur im Wesentlichen beibehalten, indem der Ätzwiderstand des Halbleitermaterials selektiv erhöht wird, das somit eine deutlich geringere Abtragsrate während eines nasschemischen Ätzprozesses zeigt, der zum effizienten Abtrag des Halbleitermaterials von den Austauschgateelektrodenstrukturen angewendet wird. Beispielsweise ist eine Vielzahl an selektiven nasschemischen Ätzchemien verfügbar, die jedoch eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Anwesenheit von atomaren Sorten zeigen, die in das Halbleitermaterial eingebaut sind, so dass eine Abtragsrate effizient auf der Grundlage einer geeigneten Substanz gesteuert werden kann. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) als eine effiziente nasschemische Ätzchemie eingesetzt, das eigentliche eine Chemikalie repräsentiert, die effizient zum Ätzen von Lackmaterialien verwendet wird, die jedoch auch in höheren Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen angewendet wird, um Siliziummaterial mit einem hohen Grad an Selektivität in Bezug auf Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen zu ätzen. Des Weiteren übt die Anwesenheit anderer Atomsorten, etwa von Dotiermitteln und elektrisch inerten Atomsorten, einen ausgeprägten Einfluss auf die tatsächliche Ätzrate aus. Beispielsweise können Sorten, etwa Xenon, effizient in einen oberen Teil des Halbleitermaterials mit einer Konzentration eingebaut werden, die effizient auf der Grundlage prozesskompatibler Implantationsrezepte erreicht werden. Auf diese Weise wird im siliziumbasierten Halbleitermaterial eine deutlich erhöhte Ätzwiderstandsfähigkeit auf der Grundlage von Implantationstechniken erzeugt, wobei entsprechende Prozessparameter effizient so gewählt werden, dass Dosis und Eindringtiefe der Implantationssorte an die betrachtete Bauteilkonfiguration angepasst sind. D. h., die Implantationssorte wird während einer geeigneten Phase des gesamten Prozessablaufes eingebaut, wobei die Implantationsenergie in geeigneter Weise an das Vorhandensein möglicher weiterer Materialien angepasst ist, die über dem Halbleitermaterial vorgesehen sein können, dessen effektiver Ätzwiderstand zu erhöhen ist. Ferner kann ein Einfluss des Implantationsprozesses effizient vermieden werden, indem eine Implantationsmaske, etwa eine Lackmaske, vorgesehen wird, so dass ein hoher Grad an Flexibilität im Hinblick auf das Erzeugen der gewünschten Selektivität eines Halbleitermaterials in den Austauschgateelektrodenstrukturen und den Widerstandsstrukturen erreicht wird. Folglich können halbleiterbasierte Widerstände, etwa auf Isolationsstrukturen, bereitgestellt werden, wodurch eine halbleiterbasierte Widerstandskonfiguration mit geringer Kapazität bereitgestellt wird, während zusätzliche komplexe Prozessschritte zum erneuten Aufbau von halbleiterbasierten Widerständen vermieden werden, nachdem das Metallmaterial in den Gateelektrodenstrukturen eingefüllt ist, wie dies häufig in konventionellen Vorgehensweisen der Fall ist. Ferner wird auch ein unerwünschter Verbrauch wertvoller Chipfläche vermieden, da die grundlegende Leitfähigkeit der Widerstandsstruktur im Wesentlichen durch das Halbleitermaterial bestimmt ist, wobei bei Bedarf auch leitende Materialien der Austauschgateelektrodenstruktur selektiv in der Widerstandsstruktur in einer frühen Fertigungsphase entfernt werden können.
Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit einem Substrat 101 und einer Halbleiterschicht 102, die zusammen mit SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration, eine Vollsubstratkonfiguration oder eine Kombination davon repräsentieren können. Beispielsweise ist in einer SOI-Konfiguration eine vergrabene isolierende Schicht (nicht gezeigt) unter und benachbart zu der Halbleiterschicht 102 vorgesehen, während in einer Vollsubstratkonfiguration die Halbleiterschicht 102 auf einem im Wesentlichen kristallinen Material eines Substrats 101 gebildet ist. Es sollte beachtet werden, dass die „Halbleiterschicht” 102 tatsächlich aus einer Vielzahl von Halbleitergebieten aufgebaut ist, die lateral durch Isolationsstrukturen getrennt sind, die aus einem geeigneten isolierenden Material aufgebaut sind. Beispielsweise repräsentiert die Halbleiterschicht 102 ein siliziumbasiertes Material, das auch andere Komponenten, etwa Germanium, Kohlenstoff und dergleichen, aufweisen kann, um damit die gewünschten elektronischen Eigenschaften zu erhalten. Somit ist eine Vielzahl von aktiven Gebieten 102a aus dem grundlegenden Halbleitermaterial der Schicht 102 aufgebaut, wobei Isolationsstrukturen 102b für die laterale Trennung der aktiven Gebiete sorgen. In der gezeigten Ausführungsform wird zumindest ein Teil der Isolationsstruktur 102b als ein Widerstandsgebiet betrachtet, da in einer späteren Fertigungsphase eine Widerstandsstruktur über der Isolationsstruktur 102b zu bilden ist. Andererseits wird das aktive Gebiet 102a auch als ein Transistorgebiet bezeichnet, da in und über dem aktiven Gebiet 102a ein Transistor auf der Grundlage einer Metallgatestruktur herzustellen ist. Es sollte beachtet werden, dass in 1a die Gebiete 102a, 102b als lateral benachbart zueinander positioniert gezeigt sind, während in anderen Fällen das Widerstandgebiet 102b an einer beliebigen geeigneten Position innerhalb des Substrats 101 abhängig von dem Schaltungsaufbau des Halbleiterbauelements 100 vorgesehen ist. Ferner ist in der gezeigten Fertigungsphase ein Materialschichtstapel 110 über dem aktiven Gebiet 102a und der Isolationsstruktur 102b gebildet und enthält ein Gatedielektrikumsmaterial 111, möglicherweise in Verbindung mit einem leitenden Deckmaterial 112, etwa Titannitrid und dergleichen. Wie zuvor erläutert ist, kann das Gatedielektrikumsmaterial 111 ein dielektrisches Material mit großem ε (mit einer Dielektrizitätskonstante von größer 10,0) aufweisen, möglicherweise in Verbindung mit einem „konventionellen” Gatedielektrikumsmaterial, etwa einem siliziumoxidbasierten Material und dergleichen. Des Weiteren sind die Dicke der Schicht 111 und deren Materialzusammensetzung geeignet so gewählt, dass das gewünschte elektrische Verhalten einer Metallgateelektrodenstruktur erreicht wird, die über dem aktiven Gebiet 102a zu bilden ist. Häufig werden die empfindlichen Materialien in der Schicht 111 durch ein leitendes Deckmaterial geschützt, das auch zu der gesamten Leitfähigkeit der Widerstandsstruktur beitragen kann. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, kann ein entsprechendes leitendes Deckmaterial, etwa die Schicht 112, selektiv über dem Widerstandsgebiet 102b entfernt werden. In anderen Vorgehensweisen repräsentieren die Materialien 111, 112 ein beliebiges dielektrisches Material, wovon zumindest ein Teil einer späteren Phase entfernt wird, um ein dielektrisches Material mit großem ε nach dem Ausführen von jeglichen Hochtemperaturprozessen vorzusehen.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Materialschichtstapel 110 ferner ein Halbleitermaterial 113, etwa ein amorphes oder polykristallines Siliziummaterial, eine Silizium/Germanium-Mischung und dergleichen. Zu beachten ist, dass das Halbleitermaterial 113 mit einer gewünschten Dotierstoffkonzentration vorgesehen werden kann, wie sie für die Herstellung der Widerstandsstruktur in einer späteren Fertigungsphase geeignet ist, da die elektronischen Eigenschaften entsprechender Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage von Materialien angepasst werden, die in einer späteren Fertigungsphase bereitgestellt werden. Beispielsweise wird eine n-Dotierstoffsorte während des Abscheidens des Materials 113 und/oder in einem nachfolgenden Implantationsprozess abhängig von der gesamten Prozessstrategie eingebaut. In ähnlicher Weise wird eine Dicke der Schicht 113 gemäß den Prozesserfordernissen ausgewählt, beispielsweise so, dass eine gewünschte Gatehöhe einer Austauschgateelektrodenstruktur erreicht wird, während auch eine effiziente Strukturierung des Schichtstapels 110 auf der Grundlage gegebener Entwurfsregeln für eine Gatelänge und für eine Breite entsprechender Widerstandsstrukturen ermöglicht wird, die über der Isolationsstruktur 102b zu bilden sind. Ferner können weitere Materialien, etwa eine Deckschicht 114 und dergleichen, in dem Schichtstapel 110 abhängig von der weiteren Bearbeitung des Bauelements vorgesehen werden. Zu beachten ist, dass auch andere Materialien, etwa Hartmaskenmaterialien und dergleichen, aufgebracht werden können, um damit den Stapel 110 während der nachfolgenden Prozesse in geeigneter Weise zu strukturieren. Der Einfachheit halber sind derartige Opfermaterialien in 1a nicht gezeigt.
Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden. D. h., die Isolationsstruktur 102b wird in der Halbleiterschicht 102 auf der Grundlage einer geeigneten Strukturierungsstrategie zur Herstellung von Gräben und durch nachfolgendes Füllen der Gräben mit einem gewünschten isolierenden Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen aufgebaut. Durch die Herstellung von Isolationsstrukturen in der Schicht 102 werden somit die laterale Lage und die Größe von aktiven Gebieten, des Gebiets 102a, festgelegt. Vor oder nach der Herstellung der Isolationsstruktur 102b wird die grundlegende Dotierstoffkonzentration in dem aktiven Gebiet 102a auf der Grundlage eines Ionenimplantationsprozesses und dergleichen eingestellt. Als nächstes wird der Schichtstapel 110 unter Anwendung geeigneter Abscheidetechniken hergestellt, möglicherweise in Verbindung mit Oxidationsprozessen und mit zusätzlichen Behandlungen, wobei dies von der Materialzusammensetzung des Stapels 110 abhängt. Beispielsweise wird ein Siliziumoxidbasismaterial mittels Abscheidung oder Oxidation hergestellt, woran sich das Abscheiden eines dielektrischen Materials mit großem ε anschließen kann, wodurch die Schicht 111 geschaffen wird. Wie zuvor erläutert ist, kann bei Bedarf eine leitende Deckschicht, etwa die Schicht 112, hergestellt werden, woran sich das Abscheiden des Halbleitermaterials 113 anschließt, das durch CVD-Techniken bei geringem Druck und dergleichen bewerkstelligt werden kann. Daraufhin werden weitere Materialien, etwa die Deckschicht 114, etwa in Form eines Siliziumnitridmaterials, und weitere Materialien aufgebracht.
1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 100 einen Transistor 150, der in und über dem aktiven Gebiet 102a hergestellt ist. Der Transistor 150 enthält eine Austauschgateelektrodenstruktur 110a mit den Materialien 111, 112, 113 und 114. Ferner begrenzt eine Seitenwandabstandshalterstruktur 115 lateral die Gateelektrodenstruktur 110a. Eine Länge der Gateelektrodenstruktur 110a ist im Wesentlichen durch die horizontale Erstreckung des Halbleitermaterials 113 bestimmt und liegt im Bereich von ungefähr 50 nm und weniger in komplexen Halbleiterbauelementen, wie dies auch zuvor erläutert ist. Des Weiteren umfasst der Transistor 150 Drain- und Sourcegebiete 151, wobei ein Kanalgebiet 153 zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet 151 angeordnet ist. Ferner sind Metallsilizidgebiete 152 in einem Teil der Drain- und Sourcegebiete 151 ausgebildet. In ähnlicher Weise ist eine Widerstandsstruktur 110b über dem Isolationsgebiet 102 gebildet und weist die Materialien 111, 112, 113 und 114 in Verbindung mit der Seitenwandabstandshalterstruktur 115 auf. Zu beachten ist, dass die „Breite” der Widerstandsstruktur 110b, d. h. in 1b die horizontale Abmessung, sich von der Länge der Gateelektrodenstruktur 110a abhängig von erforderlichen Gesamtwiderstandswert des Widerstands 110b unterscheiden kann. Wie zuvor erläutert ist, hängt der Widerstand von der Struktur 110b von der Leitfähigkeit des Materials 113 möglicherweise in Verbindung mit dem Material 112 ab, wenn dieses ein leitendes Material repräsentiert, und ferner hängt der Widerstand von der Geometrie der Struktur 110b, d. h. der Breite und der Länge des Widerstandes 110b. Zu beachten ist, dass für die Widerstandsstruktur 110b der Begriff „Länge” eine Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 1b repräsentiert.
Das in 1b gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Der Schichtstapel 110 (siehe 1a) wird auf der Grundlage geeigneter Lithographie- und Ätztechniken strukturiert, wodurch die Materialien 111, 112, 113 und 114 der Strukturen 110a, 110b mit den gewünschten lateralen Abmessungen erhalten werden. Als nächstes wird ein Teil der Seitenwandabstandshalterstruktur 115, beispielsweise in Form eines Siliziumnitridabstandshalterelements bereitgestellt, und es wird ein erster Bereich der Drain- und Sourcegebiete 151 durch Ionenimplantation hergestellt. Daraufhin wird die Abstandshalterstruktur 115 mit einem oder mehreren weiteren Abstandshalterelementen (nicht gezeigt) versehen, und die Drain- und Sourcegebiete 151 erhalten das erforderliche komplexe laterale und vertikale Dotierstoffprofil. Es sollte beachtet werden, dass zusätzliche Prozessschritte eingerichtet werden können, beispielsweise zum Einbau eines verformungsinduzierenden Halbleitermaterials und dergleichen, falls dies zur Stabilisierung des Leistungsverhaltens des Transistors 150 erforderlich ist. Danach werden Hochtemperaturprozesse ausgeführt, um Dotierstoffe zu aktivieren und um durch Implantation hervorgerufene Schäden zu rekristallisieren. Als nächstes werden die Metallsilizidgebiete 152 hergestellt, indem ein hochschmelzendes Metall abgeschieden und eine chemische Reaktion in Gang gesetzt wird, wobei bei Bedarf die Schicht 111 das Halbleitermaterial 113 schützen kann, während in anderen Fällen auch ein Metallsilizid in dem Halbleitermaterial 113 hergestellt wird, wenn dies mit der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 verträglich ist. Nach dem Entfernen von überschüssigem Material wird die grundlegende Konfiguration des Transistors 150 erhalten und die weitere Bearbeitung wird fortgesetzt, indem ein Teil eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials abgeschieden wird.
1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 100 ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 120, das die Gateelektrodenstruktur 110a und die Widerstandsstruktur 110b lateral umschließt. Beispielsweise enthält das dielektrische Zwischenschichtmaterial 120 ein erstes dielektrisches Material 121, etwa ein Siliziumnitridmaterial und dergleichen, das auch einen hohen Verspannungspegel besitzen kann, wenn dies für das Bauelement 100 als geeignet erachtet wird. Des Weiteren kann ein zweites dielektrisches Material 122, etwa ein Siliziumdioxidmaterial und dergleichen, vorgesehen sein. Zu beachten ist jedoch, dass das dielektrische Zwischenschichtmaterial 120 auch eine andere geeignete Zusammensetzung aufweisen kann, wie dies für das Erreichen der gewünschten elektrischen Eigenschaften des Transistors 150 und/oder der Widerstandsstruktur 110b erforderlich ist. In der gezeigten Fertigungsphase umfasst das dielektrische Material 120 eine eingeebnete Oberfläche 120s auf einer Höhe, die geeignet ist, um auch eine Oberfläche 113s des Halbleitermaterials 113 in der Gateelektrodenstruktur 110a und der Widerstandsstruktur 110b freizulegen.
Das in 1c gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann hergestellt werden, indem das dielektrische Zwischenschichtmaterial 120 unter Anwendung einer geeigneten Abscheidetechnik aufgebracht wird, woran sich ein Einebnungsprozess anschließt, wobei beispielsweise ein Polierprozess, etwa CMP (chemisch-mechanisches Polieren) und dergleichen. Beim Einebnen des Materials 120 werden somit auch die Oberflächenbereiche 113s freigelegt.
1d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 während eines Prozesses 104, um eine Ätzselektivität des Materials 113 selektiv in der Widerstandsstruktur 110b zu erhöhen. In der gezeigten Ausführungsform repräsentiert der Prozess 104 einen Ionenimplantationsprozess zum Einbau einer geeigneten Atomsorte, etwa einer elektrisch inerten Sorte, in einem oberen Bereich 113u des Halbleitermaterials 113, wodurch dem oberen Bereich 113u im Vergleich zu einem unteren Bereich 113l ein erhöhter Ätzwiderstand verliehen wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird eine Substanz 104b mit Xenon während des Implantationsprozesses 104 eingebaut, das somit im Wesentlichen die grundlegenden elektronischen Eigenschaften des Materials 113 beibehält, während gleichzeitig eine Ätzrate während eines nachfolgenden Ätzprozesses deutlich verringert wird. Zu diesem Zweck wird eine geeignete Implantationsmaske 103, etwa eine Lackmaske, hergestellt, so dass selektiv der Transistor 150 abgedeckt wird, was auf der Grundlage gut etablierter Lithographietechniken ermöglicht wird. Zu beachten ist, dass geeignete Prozessparameter für den Implantationsprozess 104 effizient auf der Grundlage von Simulationen, Experimenten und dergleichen ermittelt werden können, wobei auch ein gewünschter Grad an Modifizierung einer Ätzrate bestimmt werden kann, indem entsprechende Experimente unter Anwendung von Materialien 113 durchgeführt werden, die darin eingebaut unterschiedliche Konzentrationen der Sorte 104 enthalten. Beispielsweise kann eine Konzentration von ungefähr 10¹⁹ bis 10²⁰ pro cm³ ein siliziumbasiertes Material in ein effizientes „Ätzstoppmaterial” in Bezug auf ein nasschemisches Ätzrezept, beispielsweise auf der Grundlage von TMAH, „umwandeln”.
1e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100, wenn es der Einwirkung einer nasschemischen Ätzumgebung 105 ausgesetzt ist, die beispielsweise auf der Grundlage von TMAH eingerichtet wird, um in effizienter Weise das Material 113 von der Gateelektrodenstruktur 110a abzutragen, während das Material 113 in der Widerstandsstruktur 110b auf Grund der Anwesenheit des oberen Bereichs 113u mit dem erhöhten Ätzwiderstand im Wesentlichen beibehalten wird. Wie zuvor erläutert ist, besitzt TMAH auch einen hohen Grad an Selektivität in Bezug auf dielektrische Materialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen, so dass das dielektrische Zwischenschichtmaterial 120 und die Abstandshalterstruktur 115 als effiziente Ätzstoppmaterialien dienen. Das Material 113 wird auch im Wesentlichen in der Widerstandsstruktur 110b beibehalten, was so verstanden werden kann, dass weniger als ungefähr 10% des anfänglichen Materials 113 der Widerstandsstruktur 110b während des Ätzprozesses 105 entfernt werden. in anderen Fällen werden weniger als ungefähr 5% des anfänglichen Materials 113 während des Prozesses 105 auf Grund der Anwesenheit des oberen Bereichs 113u abgetragen.
1f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer Öffnung 116, die in der Gateelektrodenstruktur 110a auf Grund des Entfernens des Materials 113 geschaffen wird, während das Material 113 in der Widerstandsstruktur 110b im Wesentlichen beibehalten wird. Zu beachten ist, dass die Schicht 112 als eine effiziente Schutzschicht beim Bilden der Öffnung 116 während des Ätzprozesses 105 der 1e dienen kann. In anderen Fällen wird bei Bedarf die Schicht 112 beim Herstellen der Öffnung 116 entfernt und wird durch ein anderes geeignetes Material, etwa durch ein dielektrisches Material mit großem ε und dergleichen ersetzt.
Danach wird ein weiteres Material oder weitere Materialien in die Öffnung 116 eingefüllt, etwa eine austrittsarbeitseinstellende Substanz möglicherweise in Verbindung mit anderen leitenden Materialien, etwa Titannitrid, Tantalnitrid und dergleichen. Es sollte beachtet werden, dass typischerweise p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren unterschiedliche Arten an leitenden Materialien erfordern, die in die Öffnungen 116 einzufüllen sind, um damit eine gewünschte Austrittsarbeit für diese unterschiedlichen Transistorelemente zu erhalten. Abhängig von der Prozessstrategie werden daher Materialien abgeschieden und selektiv entfernt, woran sich das Abscheiden eines weiteren Materials anschließen kann, wobei dies von der gesamten Prozessstrategie zum Bereitstellen der unterschiedlichen Austrittsarbeitsmaterialien abhängt. Schließlich wird ein gewünschtes Elektrodenmaterial abgeschieden.
1g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine oder mehrere Materialschichten 117 in der Gateelektrodenstruktur 110a gebildet sind, die eine austrittsarbeitseinstellende Substanz, etwa Lanthan, Aluminium und dergleichen, aufweist, woran sich ein Elektrodenmaterial 118, etwa Aluminium und dergleichen anschließt. Andererseits ist die Widerstandsstruktur 110b aus dem Halbleitermaterial 113 aufgebaut, das den gesamten Widerstand der Struktur 110b in Verbindung mit der geometrischen Struktur und möglicherweise in Verbindung mit der Schicht 112 bestimmt, wenn diese aus einem leitenden Material besteht. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst somit das Transistorelement 150 mit dem gewünschten besseren elektrischen Leistungsverhalten auf Grund der Metallgateelektrodenstruktur 110a, während die Widerstandsstruktur 110b auf der Grundlage kleinerer Abmessungen in Folge des erhöhten Widerstandes des Halbleitermaterials 113 im Vergleich zu dem Elektrodenmaterial 118 bereitgestellt wird. Folglich wird die Widerstandsstruktur 110b auf der Grundlage gut etablierter Entwurfskriterien für halbleiterbasierte Widerstände bereitgestellt, ohne dass im Wesentlichen Modifizierungen erforderlich sind, wobei die Leitfähigkeit der Schicht 112 effizient berücksichtigt werden kann.
Es sollte beachtet werden, dass der Ätzwiderstand des Materials 113 der Widerstandsstruktur 110b während einer beliebigen geeigneten Fertigungsphase modifiziert werden kann, da Implantationsparameter, etwa die Implantationsenergie, effizient so angepasst werden können, dass eine gewünschte Konzentration im oberen Bereich 113u unabhängig von der Konfiguration der Struktur 110b eingebaut werden kann.
1h zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 gemäß anschaulicher Ausführungsformen, in denen der Ätzwiderstand des Materials 113 selektiv in einer frühen Fertigungsphase erhöht wird, d. h. vor dem eigentlichen Strukturieren der Gateelektrodenstrukturen 110a und der Widerstandsstruktur 110b (siehe 1b). Wie gezeigt ist eine Implantationsmaske 103b, etwa eine Lackmaske, so gebildet, dass ein Teil des Schichtstapels 110, der über der Isolationsstruktur 102b gebildet ist, frei liegt. Auf Grund des Vorhandenseins zusätzlicher Materialien des Schichtstapels 110, etwa einer Deckschicht 114, deren Prozessparameter, d. h. der Implantationsenergie des Prozesses 104a, geeignet eingestellt, um die Stoffsorte 104b in die Halbleiterschicht 103 einzubauen. Geeignete Prozessparameter können effizient mittels Simulation, Experimenten und dergleichen ermittelt werden. Nach dem Implantationsprozess 104a wird die Maske 103b effizient entfernt, während die Deckschicht 114 die Integrität des Materials 113 bewahrt. Daraufhin wird die Bearbeitung fortgesetzt, wie dies zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben ist, um die Gateelektrodenstruktur 110a und die Widerstandsstruktur 110b zu strukturieren, wobei die Widerstandsstruktur somit die Implantationssorte 104b eingebaut hat, wodurch dem Material 113 selektiv in der Widerstandsstruktur 110b ein erhöhter Ätzwiderstand verliehen wird (siehe 1g).
1i zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform, in der ein Implantationsprozess 104c in einer Fertigungsphase ausgeführt wird, wenn die Gateelektrodenstruktur 110a und die Widerstandsstruktur 110b bereits gebildet sind. Wie gezeigt, deckt eine Implantationsmaske 103c die Gateelektrodenstruktur 110a und das aktive Gebiet 102a und lässt die Widerstandsstruktur 110b und das Isolationsgebiet 102b frei. Somit wird die Implantationssorte 104b selektiv in das Halbleitermaterial 113 des Widerstands 110b eingebaut, wobei Prozessparameter so angepasst werden, dass das Vorhandensein der Deckschicht 114 berücksichtigt werden kann, wie dies auch zuvor erläutert ist. Nach dem Entfernen der Implantationsmaske 103c wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem beispielsweise Metallsilizidgebiete hergestellt werden und ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial abgeschieden wird.
Zu beachten ist, dass die mit Bezug zu den 1h und 1i beschriebenen Ausführungsformen beliebige geeignete Fertigungsphasen repräsentieren, um die Implantationssorte 104b einzubauen, wodurch ein hoher Grad an Flexibilität bei der Disponierung des gesamten Fertigungsprozesses möglich wird.
Mit Bezug zu den 1j und 1k werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in denen eine leitende Deckschicht, die über einem dielektrischen Material mit großem ε gebildet ist, in einer frühen Fertigungsphase entfernt wird, um die Gesamtleitfähigkeit einer Widerstandsstruktur zu verringern.
1j zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Fertigungsphase, in der das Material 111, das ein dielektrisches Material mit großem ε enthält, über den Gebieten 102a, 102b gebildet ist, woran sich ein leitendes Material, etwa eine Deckschicht 112 anschließt, etwa in Form von Titannitrid und dergleichen. Ferner ist eine Ätzmaske 106, etwa eine Lackmaske und dergleichen, vorgesehen, so dass das Material 112 über zumindest einem Teil der Isolationsstruktur 102b frei liegt. Des Weiteren unterliegt das Bauelement 100 der Einwirkung einer reaktiven Ätzumgebung 107, während welcher zumindest die Materialschicht 112 entfernt wird. Beispielsweise kann eine Vielzahl an nasschemischen Ätzrezepten, plasmaunterstützten Ätzrezepten oder eine Kombination davon angewendet werden, um das Material 112 möglicherweise in Verbindung mit dem Material 111 zu entfernen, wobei das Material der Isolationsstruktur 102b als ein effizientes Ätzstoppmaterial dienen kann. Daraufhin wird die Ätzmaske 106 entfernt und die Bearbeitung wird fortgesetzt, indem ein Halbleitermaterial abgeschieden wird.
1k zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100, wobei das Halbleitermaterial 113 über den Gebieten 102a, 102b gebildet ist. Im Hinblick auf Eigenschaften des Materials 113 gelten die gleichen Kriterien, wie sie auch zuvor erläutert sind. Es sollte beachtet werden, dass bei Bedarf ein Einebnungsprozess ausgeführt werden kann, um im Wesentlichen die gleiche Höhe über dem Gebiet 102a und über der Isolationsstruktur 102b zu erreichen. In anderen Fällen wird die Einebnung in einer späteren Fertigungsphase ausgeführt, beispielsweise beim Vorsehen eines zusätzlichen Deckmaterials, etwa eines Siliziumnitridmaterials und dergleichen. Die Einebnung kann unter Anwendung von Ätztechniken, CMP und dergleichen bewerkstelligt werden. Daraufhin wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem die Gateelektrodenstruktur und die Widerstandsstruktur bereitgestellt werden, wie dies zuvor erläutert ist, wobei ein Widerstandswert der Widerstandsstruktur durch die Geometrie und die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials 113 festgelegt ist, da ein weiteres leitendes Material, etwa die Schicht 112, entfernt wurde.
Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen der Ätzwiderstand eines Halbleitermaterials, etwa eines Polysiliziummaterials, lokal in einer Widerstandsstruktur erhöht wird, indem eine geeignete Implantationssorte eingebaut wird, so dass während eines nasschemischen Ätzprozesses das Halbleitermaterial effizient von der Austauschgateelektrodenstruktur entfernt werden kann, ohne dass ein unerwünschter Materialabtrag der Widerstandsstruktur hervorgerufen wird. Folglich kann der Widerstandswert der Widerstandsstruktur effizient eingestellt werden, indem geeignete Abmessungen und elektrische Eigenschaften des Halbleitermaterials eingestellt werden, während gleichzeitig ein leistungsstarker Metallgatestapel für Transistorelemente vorgesehen wird. Die Implantationssorte zum Erhöhen des Ätzwiderstandes des Halbleitermaterials in der Widerstandsstruktur kann während einer beliebigen geeigneten Fertigungsphase eingebaut werden, wodurch ein hohes Maß an Flexibilität bei der Disponierung des gesamten Fertigungsprozessablaufes erreicht wird.

Claims

Halbleiterbauelement (100) mit: einem Transistorelement (150) mit einer Gateelektrodenstruktur (110a), die ein Gatedielektrikumsmaterial (111) mit großem ε und ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial (118) aufweist, das über dem Gatedielektrikumsmaterial (111) mit großem ε gebildet ist; und einem Widerstand (110b) mit einem Halbleitermaterial (113) mit einem oberen Bereich (113u) und einem unteren Bereich (113l), wobei der obere Bereich (113u) eine elektrische inerte Substanzsorte (104b) aufweist, so dass der obere Bereich (113u) im Vergleich zu dem unteren Bereich (113l) einen erhöhten Ätzwiderstand besitzt.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die elektrisch inerte Substanzsorte (104b) Xenon umfasst.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei der Widerstand (110b) über einer Isolationsstruktur (102b) gebildet ist.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei der Widerstand (110b) ferner eine Schicht (112) aus einem metallenthaltenden Material aufweist, die auf einer Schicht des Gatedielektrikumsmaterials (111) mit großem ε gebildet ist.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 3, wobei das Halbleitermaterial (113) auf der Isolationsstruktur (102b) gebildet ist.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermaterial (113) Silizium umfasst.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermaterial (113) Germanium umfasst.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die Gateelektrodenstruktur (110a) eine Gatelänge von ungefähr 50 nm oder weniger besitzt.
Verfahren zur Herstellung einer Widerstandsstruktur (110b) eines Halbleiterbauelements (100), wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Schichtstapels über einem Transistorgebiet (102a) und einem Widerstandsgebiet (102b) des Halbleiterbauelements (100), wobei der Schichtstapel ein dielektrisches Material (111) mit großem ε und ein Halbleitermaterial (113) aufweist; Bilden einer Austauschgateelektrodenstruktur (110a) in dem Transistorgebiet (102a) sowie einer Widerstandsstruktur (110b) in dem Widerstandsgebiet (102b); Erhöhen eines Ätzwiderstandes des Halbleitermaterials (113) selektiv in der Widerstandsstruktur (110b); und Ausführen eines nasschemischen Ätzprozesses, um das Halbleitermaterial (113) selektiv in der Austauschgateelektrodenstruktur (110a) zu entfernen, während das Halbleitermaterial (113) mit dem erhöhten Ätzwiderstand in der Widerstandsstruktur (110b) im Wesentlichen beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Erhöhen eines Ätzwiderstandes umfasst: Ausführen eines Ionenimplantationsprozesses, um eine elektrisch inerte Substanzsorte (104b) in das Halbleitermaterial (113) selektiv in dem Widerstandsgebiet (102b) einzubauen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die elektrisch inerte Substanzsorte (104b) Xenon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst: Bilden eines Transistors (150) auf der Grundlage der Austauschgatestruktur (110a), Bilden eines dielektrischen Materials (120) über dem Transistor (150) und der Widerstandsstruktur (110b) und selektives Ersetzen des Halbleitermaterials (113) nach dem Bilden des dielektrischen Materials (120).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Erhöhen des Ätzwiderstandes nach dem Bilden des dielektrischen Materials (120) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Einebnen des dielektrischen Materials (120) und Freilegen des Halbleitermaterials (113) der Austauschgateelektrodenstruktur (110a) und der Widerstandsstruktur (110b), wobei der Ätzwiderstand nach dem Einebnen des dielektrischen Materials (120) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Ätzwiderstand vor der Herstellung des dielektrischen Materials (120) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Ätzwiderstand vor dem Bilden der Austauschgateelektrodenstruktur (110a) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bilden des Schichtstapels umfasst: Bilden einer leitenden Deckschicht (112) über dem dielektrischen Material (111) mit großem ε.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bilden der Widerstandsstruktur (110b) umfasst: Entfernen zumindest der leitenden Deckschicht (112) von dem Widerstandsgebiet (102b) vor dem Bilden der Austauschgateelektrodenstruktur (110a) und der Widerstandsstruktur (110b).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bilden des Schichtstapels umfasst: Abscheiden von Silizium und/oder Germanium als das Halbleitermaterial (113).
Verfahren mit: Bilden einer Austauschgateelektrodenstruktur (110a) über einem aktiven Gebiet (102a) und Bilden einer Widerstandsstruktur (110b) über einer Isolationsstruktur (102b), wobei die Austauschgateelektrodenstruktur (110a) und die Widerstandsstruktur (110b) ein Halbleitermaterial (113) aufweisen; Einbauen einer Implantationssorte (104b) in das Halbleitermaterial (113) selektiv in der Widerstandsstruktur (110b), so dass dem Halbleitermaterial (113) ein erhöhter Ätzwiderstand verliehen wird; Entfernen des Halbleitermaterials (113) selektiv von der Austauschgateelektrodenstruktur (110a), während das Halbleitermaterial (113) mit dem erhöhten Ätzwiderstand im Wesentlichen beibehalten wird; und Bilden eines metallenthaltenden Elektrodenmaterials (118) in der Austauschgateelektrodenstruktur (110a).
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Implantationssorte (104b) Xenon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner umfasst: Bilden von Drain- und Sourcegebieten (151) in dem aktiven Gebiet (102a) vor dem Einbauen der Implantationssorte (104b) in das Halbleitermaterial (113).
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner umfasst: Bilden von Drain- und Sourcegebieten (151) in dem aktiven Gebiet nach dem Einbauen der Implantationssorte (104b) in das Halbleitermaterial (113).
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Implantationssorte (104b) vor dem Herstellen der Widerstandsstruktur (110b) in das Halbleitermaterial (113) eingebaut wird.