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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung modernster integrierter Schaltungen mit Transistorelementen, die eine Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε aufweisen, die in einer frühren Fertigungsphase hergestellt wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Die Herstellung moderner integrierter Schaltungen, etwa von CPUs, Speicherbauelementen, ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen) und dergleichen erfordert, dass eine große Anzahl an Schaltungselementen auf einer vorgegebenen Chipfläche gemäß einem spezifizierten Schaltungsaufbau hergestellt wird, wobei Feldeffekttransistoren eine wichtige Art an Schaltungselementen repräsentieren, die das Leistungsverhalten der integrierten Schaltungen wesentlich bestimmen. Aktuell wird eine Vielzahl an Prozesstechnologien eingesetzt, wobei für viele Arten komplexer Schaltungen mit Feldeffekttransistoren die MOS-Technologie eine der vielversprechendsten Vorgehensweisen auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz ist. Bei der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung von beispielsweise der MOS-Technologie werden Millionen an Transistoren, beispielsweise n-Kanaltransistoren und/oder p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die durch eine Grenzfläche aus stark dotierten Gebieten, die als Drain- und Sourcegebiete bezeichnet werden, mit einem leicht dotierten oder nicht-dotierten Gebiet gebildet sind, etwa einem Kanalgebiet, 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 u. a. von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine planare Transistorarchitektur – von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird.
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Gegenwärtig wird der Hauptteil an integrierten Schaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt auf Grund von dessen nahezu unbegrenzter Verfügbarkeit, auf Grund der gut verstandenen Eigenschaften des Siliziums und zugehöriger Materialien und Prozesse und auf Grund der Erfahrung, die über die letzten 50 Jahre gewonnen wurde. Daher bleibt Silizium mit hoher Wahrscheinlichkeit das Material der Wahl für Bauelemente, die für Massenprodukte vorgesehen sind. Ein Grund für die grolle Bedeutung des Siliziums zur Herstellung von Halbleiterbauelementen sind die guten Eigenschaften einer Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche, die eine zuverlässige elektrische Trennung unterschiedlicher Gebiete voneinander ermöglicht. Die Silizium/Siliziumgrenzfläche ist bei hohen Temperaturen stabil und ermöglicht damit das Ausführen nachfolgender Hochtemperaturprozesse, wie sie beispielsweise für Ausheizprozesse zum Aktivieren von Dotierstoffen und zum Ausheilen von Kristallschäden erforderlich sind, ohne dass dabei die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche beeinträchtigt werden.
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Aus den zuvor dargelegten Gründen wird Siliziumdioxid vorzugsweise als ein Basismaterial für Gateisolationsschichten in Feldeffekttransistoren verwendet, die die Gateelektrode, die häufig aus Polysilizium aufgebaut ist, von Siliziumkanalgebiet trennen. Beim stetigen Verbessern des Verhaltens von Feldeffekttransistoren wurde die Länge des Kanalgebiets kontinuierlich verringert, um die Schaltgeschwindigkeit und den Durchlassstrom zu verbessern. Da das Transistorverhalten u. a. durch die Spannung gesteuert ist, die der Gateelektrode zugeführt wird, um die Oberfläche des Kanalgebiets in eine ausreichend hohe Ladungsträgerdichte zu invertieren, um damit den gewünschten Durchlassstrom bei einer gegebenen Versorgungsspannung bereitzustellen, ist ein gewisser Grad an kapazitiver Kopplung erforderlich, die durch den Kondensator bereitgestellt wird, der durch die Gateelektrode, das Kanalgebiet und das dazwischen angeordnete Siliziumdioxid gebildet ist. Es zeigt sich, dass die Verringerung der Kanallänge bei einer planaren Transistorkonfiguration eine höhere kapazitive Kopplung in der Verbindung mit komplexen lateralen und vertikalen Dotierstoffprofilen in den Drain- und Sourcegebieten notwendig macht, um das sogenannte Kurzkanalverhalten während des Transistorbetriebs zu vermeiden. Das Kurzkanalverhalten kann zu einem erhöhten Leckstrom und zu einer ausgeprägten Abhängigkeit der Schwellwertspannung von der Kanallänge führen. Aggressiv skalierte planare Transistorbauelemente mit einer relativ geringen Versorgungsspannung und damit mit einer geringen Schwellwertspannung weisen eine exponentielle Zunahme der Leckströme auf Grund der erforderlichen größeren kapazitiven Kopplung der Gateelektrode an das Kanalgebiet auf. Somit muss die Dicke der Siliziumdioxidschicht entsprechend verringert werden, um die erforderliche Kapazität zwischen dem Gate und dem Kanalgebiet zu erreichen. Beispielsweise erfordert eine Kanallänge von ungefähr 0,08 μm ein Gatedielektrikum aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von ungefähr 1,2 nm. Obwohl die Verwendung von Hochgeschwindigkeitstransistoren mit einem extrem kurzen Kanal typischerweise auf Hochgeschwindigkeitsanwendungen beschränkt ist, wohingegen Transistoren mit einem längeren Kanal für weniger kritische Anwendungen eingesetzt werden, etwa als Speichertransistoren, erreicht der relativ hohe Leckstrom, der durch das direkte Tunneln von Ladungsträgern durch eine sehr dünne Siliziumdioxidgateisolationsschicht hervorgerufen wird, Werte bei einer Oxiddicke im Bereich von 1 bis 2 nm, die mit den Anforderungen für viele Arten von Schaltungen nicht mehr verträglich sind.
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Aus diesem Grunde wurden neue Strategien ermittelt, um die Beschränkungen zu überwinden, die durch hohe Leckströme äußert dünner siliziumoxidbasierter Gateisolationsschichten auffällig werden. Ein vielversprechender Ansatz ist das Ersetzen der konventionellen dielektrischen Materialien zumindest teilweise durch dielektrische Materialien, die eine Dielektrizitätskonstante besitzen, die deutlich größer ist als die Dielektrizitatskonstante siliziumdioxidbasierter Materialien. Beispielsweise werden dielektrische Materialien, die auch als dielektrische Materialien mit großem ε bezeichnet werden, mit einer Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder deutlich höher verwendet, beispielsweise in Form von Hafniumoxid, Zirkonoxid und dergleichen. Zusätzlich zum Bereitstellen eines dielektrischen Materials mit großem ε in den Gateisolationsschichten können auch geeignete metallenthaltende Materialien eingebaut werden, da die erforderliche Austrittsarbeit für p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren nicht mehr auf der Grundlage standardmäßiger Polysiliziumgatematerialien erreicht werden kann. Zu diesem Zweck werden geeignete metallenthaltende Materialien so vorgesehen, dass sie die empfindlichen dielektrischen Materialien mit großem ε abdecken und als eine Quelle dienen, um eine geeignete Metallsorte, etwa Lanthan, Aluminium und dergleichen, einzubauen, so dass die Austrittsarbeit für n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren geeignet eingestellt werden kann. Auf Grund der Anwesenheit eines metallenthaltenden leitenden Materials wird ferner die Erzeugung einer Verarmungszone, wie sie typischerweise in polysiliziumbasierten Elektrodenmaterialien auftritt, im Wesentlichen vermieden. Der Vorgang des Herstellens einer komplexen Gateelektrodenstruktur auf der Grundlage eines dielektrischen Materials mit großem ε erfordert eine moderat komplexe Prozesssequenz auf Grund beispielsweise der Einstellung einer geeigneten Austrittsarbeit für die Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart und auf Grund der Tatsache, dass dielektrische Materialien mit großem ε typischerweise sehr empfindlich sind, wenn sie gewissen Prozessbedingungen ausgesetzt werden, etwa hohen Temperaturen in Anwesenheit von Sauerstoff, und dergleichen. Es wurden daher unterschiedliche Ansätze entwickelt, etwa das Vorsehen des dielektrischen Materials mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase und das Bearbeiten der Halbleiterbauelemente mit einem hohen Grad an Kompatibilität zu standardmäßigen Prozesstechniken, wobei das typische Elektrodenmaterial Polysilizium in einer sehr fortgeschrittenen Fertigungsphase durch geeignete Metalle zum Einstellen der Austrittsarbeit der unterschiedlichen Transistoren und zum Vorsehen eines gut leitenden Elektrodenmetalls ausgetauscht wird. Obwohl diese Vorgehensweise eine bessere Gleichmäßigkeit der Austrittsarbeit und somit der Schwellwertspannung der Transistoren bietet, da die eigentliche Einstellung der Austrittsarbeit nach jeglichen Hochtemperaturprozessen erfolgt, ist dennoch eine komplexe Prozesssequenz zum Bereitstellen unterschiedlicher Austrittsarbeitsmetalle in Verbindung mit dem Elektrodenmetall erforderlich. In anderen sehr vielversprechenden Vorgehensweisen werden die komplexen Gateelektrodenstrukturen in einer frühen Fertigungsphase hergestellt, wobei die weitere Bearbeitung auf einer Vielzahl von gut etablierten Prozessstrategien beruht. In diesem Falle wird das dielektrische Material mit großem ε und jegliche Metallsorten zum Einstellen der Austrittsarbeit vor oder beim Strukturieren des Gateelektrodenstapels bereitgestellt, der gut etablierte Materialien, etwa Silizium und Silizium/Germanium aufweist, wodurch die weitere Bearbeitung auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken erfolgen kann. Andererseits bleibt der Gateelektrodenstapel und insbesondere die empfindlichen dielektrischen Materialien mit großem ε in Verbindung mit metallenthaltenden Deckschichten während der gesamten Bearbeitung des Halbleiterbauelements zuverlässig durch geeignete Materialien eingeschlossen.
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Weitere Konzepte zur Verbesserung der Leistung von Transistoren wurden entwickelt, indem mehrere verformungsinduzierende Mechanismen bereitgestellt werden, um die Ladungsträgebeweglichkeit in den Kanalgebieten der diversen Transistoren zu erhöhen. Es ist gut bekannt, dass die Ladungsträgerbeweglichkeit in Silizium effizient gesteigert werden kann, indem gewisse Verformungskomponenten, etwa eine Zugverformung oder eine kompressive Verformung für n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren, angewendet werden, so dass eine bessere Transistorleistung für ansonsten identische Transistorstrukturen im Vergleich zu nicht verformten Siliziummaterialien erreicht wird. Beispielsweise werden effiziente verformungsinduzierende Mechanismen eingerichtet, indem ein verformtes Halbleitermaterial in die Drain- und Sourcegebiete der Transistoren eingebaut wird, beispielsweise in Form einer Silizium/Germanium-Legierung, einer Silizium/Kohlenstofflegierung und dergleichen, wobei die Gitterfehlanpassung zwischen der Halbleiterlegierung und dem Siliziumbasismaterial zu einem zugverformten oder kompressiv verformten Zustand führt, eine gewünschte Art an Verformung in dem Kanalgebiet des Transistors hervorruft. Auch sind andere effiziente verformungsinduzierende Mechanismen gut etabliert, in denen ein stark verspanntes dielektrisches Material in unmittelbarer Nähe zum Transistor angeordnet wird, wodurch ebenfalls eine gewisse Art an Verformung in dem Kanalgebiet hervorgerufen wird.
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Obwohl die Vorgehensweise des Bereitstellens einer komplexen Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε in der frühen Fertigungsphase, möglicherweise mit zusätzlichen verformungsinduzierenden Mechanismen das Potential besitzt, extrem leistungsstarke Halbleiterbauelemente, etwa CPUs, Speicherbauelemente, Systeme auf einem Chip (SOC) und dergleichen bereitzustellen, weisen konventionelle Vorgehensweisen Prazessungleichmäßigkeiten auf, wie dies nachfolgend mit Bezug zu den 1a bis 1f beschrieben ist.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit einem Substrat 101, etwa einem Siliziumsubstrat, in Verbindung mit einer Halbleiterschicht 102, etwa einer Siliziumschicht oder einem Halbleitermaterial mit einem deutlichen Anteil an Silizium. in der gezeigten Fertigungsphase umfasst das Halbleiterbauelement 100 ferner Transistoren 150a, 150b in einer frühen Fertigungsphase, die in und über einem aktiven Gebiet 102a bzw. 102b gebildet sind. Ein aktives Gebiet ist als ein Halbleitergebiet in der Schicht 102 zu verstehen, in welchem pn-Übergänge für einen oder mehrere Transistoren herzustellen sind. Eine Isolationsstruktur 102c, etwa eine Grabenisolation, ist in der Halbleiterschicht 102 ebenfalls vorgesehen und begrenzt lateral aktive Gebiete, etwa die Gebiete 102a, 102b.
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Ferner sind mehrere Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b und 160c über der Halbleiterschicht 102 ausgebildet. In 1a sind die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b als Querschnitt dargestellt, wobei die Gateelektrodenstruktur 160a, 160b auf den aktiven Gebieten 102a bzw. 102b gebildet sind, wobei zu beachten ist, dass diese Gateelektrodenstrukturen sich über das jeweilige derartige Gebiet bei Bedarf hinaus erstrecken und somit auch über einem entsprechenden Isolationsgebiet gebildet sind. Beispielsweise repräsentiert die Gateelektrodenstruktur 160c einen entsprechenden Teil einer Gateelektrodenstruktur oder repräsentiert eine Leitung oder ein anderes Schaltungselement, etwa eine Widerstandsstruktur und dergleichen, die einen ähnlichen Aufbau wie die Gateelektrodenstruktur 160a, 160b besitzt. Wie zuvor erläutert ist, können die Gateelektrodenstrukturen eine Gateisolationsschicht 161 aufweisen, die auf dem aktiven Gebiet 102a und 102b gebildet ist und in der ein dielektrisches Material mit großem ε, etwa hafniumoxidbasierte Materialien und dergleichen, vorgesehen ist. Zu beachten ist, dass häufig die Gateisolationsschicht 161 zusätzlich ein konventionelles dielektrisches Material, etwa ein siliziumoxidbasiertes Material, aufweist, jedoch mit einer deutlich geringeren Dicke von ungefähr 0,8 nm oder weniger. Somit besitzt insgesamt die Gateisolationsschicht 161 eine Dicke von 1,5 nm oder mehr, wobei dennoch eine Qxidäquivalenzdicke bereitgestellt wird, die 1 nm oder weniger beträgt, während Leckstrame deutlich geringer sind im Vergleich zu einer konventionellen extrem dünnen siliziumoxidbasierten Materialschicht. Ferner ist ein metallenthaltendes Material auf der Gateisolationsschicht 111 gebildet und weist für Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart ggf. eine andere Zusammensetzung auf. Beispielsweise wird eine leitende Deckschicht 162a in der Gateelektrodenstruktur 160a vorgesehen und enthält eine austrittsarbeitseinstellende Substanz für den Transistor 150a, während eine leitende Deckschicht 162b in einer austrittsarbeitseinstellenden Substanz für den Transistor 150b in der Gateelektrodenstruktur 160b aufgebracht ist. Typischerweise besitzt die Gateelektrodenstruktur 160c eine der Schichten 162a, 162b. Ferner ist ein Elektrodenmaterial 163, etwa Silizium, Silizium/Germanium und dergleichen, über den leitenden Deckschichten 162a, 162b ausgebildet, woran sich eine dielektrische Deckschicht 164 anschließt, die typischerweise aus Siliziumnitrid aufgebaut ist.
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Ferner ist eine Seitenwandabstandshalterstruktur 165, die ein Beschichtungsmaterial 165 in Verbindung mit einem Abstandshalterelement 165 aufweist, so vorgesehen, dass die Seitenwände des Elektrodenmaterials 163 und insbesondere der empfindlichen Materialien 162a, 161 geschützt sind. Die Beschichtung 165a und das Abstandshalterelement 165b sind typischerweise aus Siliziumnitrid aufgebaut. Wie gezeigt, sind über dem aktiven Gebiet 102b und über der Gateelektrodenstruktur 160b die Materialien 165a, 165b in Form von nicht-strukturierten Schichten vorgesehen, um damit eine Aufwachsmaske zur Herstellung eines verformungsinduzierenden Halbleitermaterials 151 in dem aktiven Gebiet 102a bereitzustellen, so dass die Ladungsträgerbeweglichkeit in einem Kanalgebiet 152 des Transistors 150a verbessert werden kann. Des weiteren umfasst das aktive Gebiet 102a eine Halbleiterlegierung 152a im Kanalgebiet, beispielsweise in Form einer Silizium/Germanium-Legierung, um den Bandlückenabstand des Kanalgebiets einzustellen, wodurch eine gewünschte Schwellwertspannung in Verbindung mit den Materialien 161 und 162a für den Transistor 150a erreicht wird.
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Wie zuvor erläutert ist, besitzt die Halbleiterlegierung 151, die etwa in Form einer Silizium/Germanium-Legierung vorgesehen ist, einen verformten Zustand und erzeugt damit eine gewünschte Verformung in dem Kanalgebiet 152. Z. B. repräsentiert Silizium/Germanium eine sehr effiziente verformungsinduzierende Quelle für p-Kanaltransistoren.
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Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden konventionellen Prozessstrategien hergestellt werden. Nach dem Herstellen des Isolationsgebiets 102c und somit nach der Begrenzung der aktiven Gebiete 102a, 102b wird die Materialschicht 152a selektiv in dem aktiven Gebiet 102 hergestellt. Als nächstes werden geeignete Materialien für die Gateisolationsschicht 161 und eine der Schichten 162a und 162b durch eine geeignete Abscheidetechnik hergestellt. Daraufhin wird das leitende Deckmaterial geeignet strukturiert und die andere der Schichten 162a, 162b wird aufgebracht, woran sich möglicherweise Wärmebehandlungen anschließen, um eine austrittsarbeitseinstellende Substanz in Richtung der Gateisolationsschichten 161 geeignet zu diffundieren. Vor oder nach dem entsprechenden Einstellen der Austrittsarbeit wird das Elektrodenmaterial 163, etwa in Form von Silizium, auf der Grundlage gut etablierter Abscheidetechniken aufgebracht, woran sich das Abscheiden der dielektrischen Deckschicht 164 anschließt. Weitere Materialien, etwa Hartmaskenmaterialien und dergleichen, können bei Bedarf vorgesehen werden, und danach wird ein komplexer Lithographieprozess und eine anisotrope Ätzsequenz ausgeführt, um die Gateelektrodenstrukturen 160a, ..., 160c zu erhalten. Während des Strukturierungsprozesses liefert somit die dielektrische Deckschicht 164 eine verbesserte Effizienz und Strukturierungsprozesse können auch während der nachfolgenden Bearbeitung verwendet werden, um das Elektrodenmaterial 163 und die Materialien 162a, 161 einzukapseln. Wie zuvor erläutert ist, beträgt in komplexen Anwendungen eine Länge der Gateelektrodenstrukturen 160a,..., 160c, d. h. in 1a eine horizontale Erstreckung des Elektrodenmaterials 163, 50 nm und weniger. Als nächstes werden die Materialien 165a, 165b hergestellt, beispielsweise mittels thermisch aktivierter CVD-Techniken, plasmaunterstützten CVD-Techniken und dergleichen, um insbesondere das Beschichtungsmaterial 165a als ein sehr dichtes Siliziumnitridmaterial vorzusehen, um damit die Seitenwände der Gateelektrodenstrukturen zuverlässig einzuschließen. Daraufhin wird eine Ätzmaske vorgesehen, um den Transistor 150b abzudecken, um die Abstandshalterelemente 165b zu bilden und möglicherweise in das aktive Gebiet 102a zu ätzen, so dass darin entsprechende Aussparungen erzeugt werden. Während des entsprechenden Ätzprozesses bestimmt die Abstandshalterstruktur 165 im Wesentlichen einen lateralen Abstand der entsprechenden Aussparungen zu dem Kanalgebiet 152. Als nächstes wird ein selektiver epitaktischer Aufwachsprozess ausgeführt, um das verformungsinduzierende Halbleitermaterial 151 aufzuwachsen. Während eines selektiven epitaktischen Aufwachsprozesses werden Prozessparameter so eingestellt, dass eine merkliche Materialabscheidung auf dielektrischen Oberflächenbereichen, etwa auf den Deckschichten 164, dem Material 165b und dem Isolationsgebiet 102c, im Wesentlichen unterdrückt wird.
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1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Fertigungsphase, in der eine Ätzmaske 103 das aktive Gebiet 102a und möglicherweise das Isolationsgebiet 102c abdeckt, während die Gateelektrodenstruktur 160b und das aktive Gebiet 102b frei liegen. Ein Ätzprozess 104 wird sodann ausgeführt, um die Abstandshalterstruktur 165 an Seitenwänden der Gateelektrodenstruktur 160b zu erzeugen. Zu diesem Zweck werden gut etablierte plasmaunterstützte Ätzrezepte angewendet. Es sollte beachtet werden, dass während des Ätzprozesses 104 eine gewisse Materialerosion in dem aktiven Gebiet 102b oder eine Materialmodifizierung auftreten kann, wobei dies von der verwendeten Ätzchemie abhängt. Beispielsweise zeigen plasmaunterstützte Ätzrezepte für das entfernen von Siliziumnitrid ein selbstbeschränkendes Verhalten, wenn ein Siliziummaterial geätzt wird, wobei dieses Verhalten durch das Erzeugen von Siliziumdioxid hervorgerufen wird, das dann als ein effizientes Ätzstoppmaterial wirkt.
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Daraufhin wird die Ätzmaske 103 entfernt und somit besitzen die Gateelektrodenstrukturen 160x, ..., 160c einen sehr ähnlichen Aufbau, d. h. diese weisen die Seitenwandabstandshalterstruktur 165 auf, die als eine Versatzabstandshalterstruktur für das Steuern einer nachfolgenden Implantationssequenz verwendet werden kann, um eine Dotierstoffsorte einzuführen, so dass Drain- und Sourceerweiterungsgebiete und Halo-Gebiete, d. h. gegendotierte Gebiete, gebildet werden, so dass das erforderliche komplexe Dotierstoffprofil zum Einstellen der gesamten Transistoreigenschaften erhalten wird. Während der weiteren Bearbeitung müssen auch die dielektrischen Deckschichten 164 abgetragen werden, was jedoch einen wesentlichen Einfluss auf die resultierende Bauteiltopographie und somit auf die resultierenden Transistoreigenschaften ausübt. Beim Entfernen des dielektrischen Deckmaterials 164 werden beispielsweise Ätzchemien, etwa heiße Phosphorsäure, angewendet, die eine ausgeprägte laterale Ätzrate besitzen, wodurch ein signifikanter Grad an Materialerosion in der Abstandshalterstruktur 165 hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde wird die Abstandshalterstruktur 165 geschützt, indem ein Opferoxidabstandshalter mit einer hohen Widerstandsfähigkeit in Bezug auf heiße Phosphorsäure bereitgestellt wird..
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1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer Oxidabstandshalterschicht 166, die während eines Ätzprozesses 105 geätzt wird, um Opferoxidabstandshalter 166s an der Seitenwandabstandshalterstruktur 165 zu bilden. Während des Ätzprozesses 105 wird auch ein gewisser Grad an Materialabtrag 105r in der Isolationsstruktur 102c auf Grund einer gewissen erforderlichen Nachätzzeit hervorgerufen, während welcher Oxidmaterial der Isolationsstruktur 102c entfernt wird.
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1d zeigt schematisch das Bauelement 100, wenn es einem weiteren Ätzprozess 106 unterliegt, um das dielektrische Deckmaterial 164 (siehe 1c) auf der Grundlage heißer Phosphorsäure zu entfernen. Wie zuvor erläutert ist, wird während des Ätzprozesses 106 die Siliziumnitridabstandshalterstruktur 165 durch Abstandshalterelemente 166s geschützt.
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1e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer werter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, sind die Opferseitenwandabstandshalter 166s (siehe 1d) entfernt, was bewerkstelligt werden kann auf der Grundlage wässriger Flusssäure (HF), die jedoch auch einen weiteren Teil der Isolationsstruktur 102c abtragen kann, wodurch die Vertiefung 105r weiter vergrößert wird. Nach dem Entfernen der dielektrischen Deckschicht (siehe 1c) wird somit eine ausgeprägte Oberflächentopographie in Form der Vertiefung 105r erzeugt, die einen wesentlichen Einfluss auf die weitere Bearbeitung ausüben kann.
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1f zeigt schematisch das Halbleiterelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist eine weitere Seitenwandabstandshalterstruktur 155 benachbart zu der Abstandshalterstruktur 165 ausgebildet und ist typischerweise aus Siliziumnitrid aufgebaut, möglicherweise in Verbindung mit einer Siliziumdioxidgrenzstoppbeschichtung (nicht gezeigt). Des weiteren sind Drain- und Sourcegebiete 153 in den aktiven Gebieten 102a, 102b entsprechend der Leitfähigkeitsart der Transistoren 150a, 150b ausgebildet. Ferner sind Metallsilizidgebiete 154 in den Drain- und Sourcegebieten 153 hergestellt und Metallsilizidgebiete 167 in den Gateelektrodenstrukturen 160a, ..., 160c vorgesehen. Des weiteren ist eine dielektrische Schicht 120, die einen hohen inneren Verspannungspegel aufweisen kann, über den aktiven Gebieten 102a, 102b, dem Isolationsgebiet 102c und über den Gateelektrodenstrukturen 160a, ..., 160c ausgebildet. Wie zuvor erläutert ist, kann ein stark verspanntes dielektrisches Material, das in der Nähe eines Kanalgebiets eines Transistors vorgesehen ist, ein effizienter verformungsinduzierender Mechanismus sein, wobei der resultierende Betrag an Transistorleistungssteigerung wesentlich von dem inneren Verspannungspegel der Schicht 120 und der Menge an stark verspanntem Material abhängt, das in unmittelbarer Nähe zu dem Kanalgebiet 152 angeordnet ist, wobei dies wiederum von der Dicke der Schicht 120 abhängt. Folglich ist im Hinblick auf eine Steigerung des Leistungsverhaltens des Transistors eine größere Schichtdicke für die Schicht 120 äußerst wünschenswerf, wobei diese jedoch durch die ausgeprägte Oberflächentopographie beschränkt ist, insbesondere in dem Isolationsgebiet 102c. D. h., in Bauteilbereichen mit dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen, die sich auf einem Isolationsgebiet erstrecken, etwa dem Gebiet 102c, vergrößert die ausgeprägte Absenkung, die durch die vorhergehende Bearbeitung hervorgerufen wird, zusätzlich das resultierende Aspektverhältnis, das während der Abscheidung des Materials 120 „gesehen” wird. im Hinblick auf die ausgeprägte Absenkung in der Isolationsstruktur 102c muss daher eine geringere Dicke der Schicht 120 vorgesehen werden, um durch Abscheidung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten zu vermeiden, die ansonsten zu ausgeprägten Ausbeuteverlusten während der weiteren Bearbeitung führen würden, beispielsweise wenn Kontaktelemente und dergleichen hergestellt werden.
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Das in 1f gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann gemäß den folgenden Prozesstechniken hergestellt werden. Die Abstandshalterstruktur 155 wird typischerweise hergestellt, indem ein Siliziumnitridmaterial aufgebracht wird, möglicherweise in Verbindung mit einer Siliziumdioxidätzstoppbeschichtung, und indem die Siliziumnitridschicht strukturiert wird, um ein Abstandshalterelement zu erhalten, wie dies gezeigt ist. Vor und nach dem Herstellen der Seitenwandabstandshalterstruktur 155 werden Implantationsprozesse ausgeführt, um Dotierstoffsorten einzuführen, wodurch die Drain- und Sourcegebiete 153 erzeugt werden. Nach entsprechenden Ausheizprozessen, in denen das endgültige Dotierstoffprofil eingerichtet wird, werden weitere Reinigungsprozesse ausgeführt, um die freiliegenden Oberflächenbereiche zur Herstellung der Metallsilizidgebiete 154, 167 vorzubereiten. Typischerweise wird während derartiger Reinigungsprozesse eine weitere Absenkung im Isolationsgebiet 102c hervorgerufen, wodurch noch stärker zu einem ausgeprägten Oberflächentopographie beigetragen wird. Daraufhin wird ein Silizidierungsprozess ausgeführt, wobei die Abstandshalterstruktur 155 im Wesentlichen den lateralen Abstand zu den Metallsilizidgebieten 154 in Bezug auf das Kanalgebiet 152 festlegt. Als nächstes wird das dielektrische Material 120 aufgebracht, wobei abhängig von den Prozesserfordernissen auch eine komplexe Abscheide- und Strukturierungssequenz anzuwenden ist, wenn dielektrische Materialien mit unterschiedlichem inneren Verspannungspegel über dem Transistor 150a und dem Transistor 150b vorzusehen sind. Während des entsprechenden Abscheideprozesses oder der Prozesse muss die ausgeprägte Oberflächentopographie berücksichtigt werden, wie dies zuvor erläutert ist, wodurch möglicherweise die Wirksamkeit des verformungsinduzierenden Effekts des dielektrischen Materials 120 verringert wird.
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Obwohl die konventionelle Vorgehensweise zu leistungsstarken Transistoren auf der Grundlage der Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε 160a, ..., 160c führen kann, führt jedoch die ausgeprägte Oberflächentopographie in dem Isolationsgebiet 102c, die hauptsächlich durch das Abtragen der dielektrischen Deckschicht 164 (siehe 1c) hervorgerufen wird, zu einer geringeren Leistung und zu größeren Ausbeuteverlusten.
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Die
US 7 605 030 B2 beschreibt die Verwendung von Opferkohlenstoffabstandshaltern für Austauschgatetechniken.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereitzustellen, in denen Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert werden.
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Überblick über die vorliegende Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Fertigungstechniken bereit, in denen eine komplexe Gateelektrodenstruktur mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase bereitgestellt wird. Es wird eine Seitenwandabstandshalterstruktur, die für das zuverlässige Einschließen empfindlicher Materialien der Gateelektrodenstruktur erforderlich ist, während des gesamten Prozessablaufs und insbesondere während der Entfernung eines dielektrischen Deckmaterials der Gateelektrodenstruktur bewahrt, was bewerkstelligt werden kann, indem eine Opferabstandshalterstruktur vorgesehen wird. Die Opferabstandshalterstruktur oder zumindest ein wesentlicher Anteil davon wird entfernt, ohne dass im Wesentlichen die resultierende Oberflächentopographie beeinflusst wird, wodurch die weitere Bearbeitung auf der Grundlage besserer Prozessbedingungen möglich ist, was sich wiederum in einem besseren Leistungsverhalten und in einer erhöhten Zuverlässigkeit des resultierenden Halbleiterbauelements ausdrückt. In einigen anschaulichen Ausführungsformen umfasst die Opferabstandshalterstruktur ein Kohlenstoffabstandselement, das für eine hohe Ätzwiderstandsfähigkeit im Hinblick auf eine Vielzahl an plasmaunterstützten Ätzprozessen sorgt, wie sie beispielsweise zum Entfernen von Siliziumnitridmaterialien angewendet werden, während andererseits Kohlenstoffmaterial effizient abgetragen werden kann, etwa auf der Grundlage eines Sauerstoffplasmas, ohne dass andere Bauteilbereiche, etwa siliziumoxidbasierte Isolationsstrukturen und dergleichen, wesentlich beeinflusst werden.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Gateelektrodenstruktur eines Transistors über einem Halbleitergebiet eines Halbleiterbauelements. Die Gateelektrodenstruktur umfasst eine Gateisolationsschicht mit einem Gatedielektrikumsmaterial mit großem ε, einem metallenthaltenden Deckmaterial, das auf der Gateisolationsschicht gebildet ist, einem Elektrodenmaterial, das über dem Deckmaterial gebildet ist, einer dielektrischen Deckschicht, die über dem Elektrodenmaterial gebildet ist, und einer Seitenwandabstandshalterstruktur. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Opferkohlenstoffabstandshalters an der Seitenwandabstandshalterstruktur und das Entfernen der dielektrischen Deckschicht unter Anwendung des Opferkohlenstoffabstandshalters als ein Ätzstoppmaterial, um die Seitenwandabstandshalterstruktur zu schützen. Ferner wird der Opferkohlenstoffabstandshalter entfernt.
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Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung eines Transistors eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden einer verformungsinduzierenden Halbleiterlegierung in einem aktiven Gebiet in Anwesenheit einer Gateelektrodenstruktur, die ein dielektrischen Material mit großem ε, ein Elektrodenmaterial, eine dielektrische Deckschicht und eine Seitenwandabstandshalterstruktur aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Opferabstandshalterstruktur an der Seitenwandabstandshalterstruktur und das Entfernen der dielektrischen Deckschicht selektiv zu der Opferabstandshalterstruktur zum Ausführen eines plasmaunterstützten Ätzprozesses. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen zumindest eines Teils der Opferabstandshalterstruktur und das Bilden von Drain- und Sourcegebieten in dem aktiven Gebiet.
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Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden einer ersten Gateelektrodenstruktur über einem ersten aktiven Gebiet und einer zweiten Gateelektrodenstruktur über einem zweiten aktiven Gebiet. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer ersten Abstandshalterstruktur selektiv an Seitenwänden der ersten Gateelektrodenstruktur aus einer Abstandshalterschicht, wobei ein verbleibender Teil der Abstandshalterschicht die zweite Gateelektrodenstruktur und das zweite aktive Gebiet bedeckt. Das Verfahren umfasst des weiteren das Bilden eines verformungsinduzierenden Halbleitermaterials in dem ersten aktiven Gebiet unter Anwendung der ersten Abstandshalterstruktur, des verbleibenden Teils der Abstandshalterschicht und der dielektrischen Deckschicht der ersten und der zweiten Gateelektrodenstrukturen als eine Maske. Ferner umfasst das Verfahren das Bilden einer zweiten Abstandshalterstruktur an Seitenwänden der zweiten Gateelektrodenstruktur aus dem verbleibenden Teil der Abstandshalterschicht und das Bilden einer schützenden Abstandshalterstruktur an der ersten und der zweiten Abstandshalterstruktur, wobei die schützende Abstandshalterstruktur ein Kohlenstoffabstandshalterelement aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen der dielektrischen Deckschicht von der ersten und der zweiten Gateelektrodenstruktur unter Anwendung der schützenden Abstandshalterstruktur als eine Ätzmaske. Ferner werden Drain- und Sourcegebiete in dem ersten und dem zweiten aktiven Gebiet erzeugt.
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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 1f schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, um eine komplexe Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε in Verbindung mit einem verformungsinduzierenden Material auf der Grundlage einer konventionellen Strategie bereitzustellen, in der die Integrität der Gateelektrodenstruktur auf der Grundlage einer Seitenwandabstandshalterstruktur in Verbindung mit einem Opferoxidabstandshalter bewahrt wird; und
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2a bis 2d schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wobei eine Seitenwandabstandshalterstruktur einer komplexen Gateelektrodenstruktur während des Entfernens eines dielektrischen Deckmaterials auf der Grundlage eines Opferabstandshalterelements geschützt wird, das einen Kohlenstoffabstandshalter gemäß anschaulicher Ausführungsformen aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung stellt Fertigungstechniken bereit, in denen die besseren Eigenschaften eines Kohlenstoffmaterials vorteilhaft ausgenutzt. werden, um eine komplexe Seitenwandabstandshalterstruktur während einer kritischen Fertigungsphase zu schützen, in der ein dielektrisches Deckmaterial einer komplexen Gateelektrodenstruktur zu entfernen ist. Es ist gut bekannt, dass amorphes Kohlenstoffmaterial zunehmend als ein effizientes Hartmaskenmaterial in komplexen Strukturierungsprozessen während der Halbleiterherstellung eingesetzt wird, da amorpher Kohlenstoff auf der Grundlage plasmaunterstützter CVD-(chemische Dampfabscheide-)Techniken in einem weiten Bereich an Prozesstemperaturen und mit moderat hohen Abscheideraten aufgebracht werden kann. Des weiteren kann amorphes Kohlenstoffmaterial effizient auf der Grundlage von Sauerstoffplasmarezepten abgetragen werden, ohne dass im Wesentlichen andere Materialsysteme, etwa Halbleitermaterialien, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen beeinflusst werden. Folglich kann amorphes Kohlenstoffmaterial als ein sehr effizientes „Opfermaterial” auf Grund seines hohen Ätzwiderstands in plasmabasierten reaktiven Ätzprozessen und auf Grund des effizienten Abtragungsverhaltens während sauerstoffbasierte Plasmen verwendet werden. Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien kann die komplexe Prozesssequenz, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterauelement 100 in den 1a bis 1f beschrieben ist, modifiziert werden, um die ausgeprägte Oberflächentopographie, die sich aus dem Entfernen einer dielektrischen Deckschicht komplexer Gateelektrodenstrukturen ergibt, zu verringern, indem eine Opferabstandshalterstruktur eingerichtet wird, die zumindest ein Kohlenabstandshalterelement aufweist, das entfern werden kann, ohne im Wesentlichen empfindliche Bauteilbereiche, etwa aktive Gebiete und insbesondere Isolationsgebiete zu beeinflussen. Um eine kohlenstoffbasierte Opferabstandshalterstruktur effizient anzuwenden, wird der Ätzprozess zum Entfernen des dielektrischen Deckmaterials auf der Grundlage eines plasmaunterstützten Ätzprozesses ausgeführt, wobei, wie zuvor erläutert ist, eine laterale Ätzrate die Gateelektrodenstruktur und eine entsprechende daran ausgebildete Abstandshalterstruktur auf Grund der Anwesenheit der kohlenstoffbasierten Opferabstandshalterstruktur nicht negativ beeinflusst, die eine hohe Ätzselektivität in Bezug auf die Plasmaätzumgebung aufweist. Folglich kann die Integrität komplexer Gateelektrodenstrukturen über dem gesamten Prozessablauf hinweg bewahrt werden, ohne dass eine unerwünschte ausgeprägte Oberflächentopographie hervorgerufen wird.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2d werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsfarmen detaillierter beschrieben, wobei auch auf die 1a bis 1f verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit einem Substrat 201, in und über welchem eine Halbleiterschicht 202, etwa eine Siliziumschicht, eine Silizium/Germanium-Schicht und dergleichen ausgebildet ist. Die Halbleiterschicht 202 umfasst aktive Gebiete 202a, 202b und ein Isolationsgebiet 202c, das das aktive Gebiet 202a und/oder das aktive Gebiet 202b lateral begrenzt. Ein Transistor 250a ist in und über dem aktiven Gebiet 202a gebildet und weist in der gezeigten Fertigungsphase eine Gateelektrodenstruktur 260a auf. In ähnlicher Weise ist ein Transistor 250b in und über dem aktiven Gebiet 202b gebildet und besitzt eine Gateelektrodenstruktur 260b. Wie bereits zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 200 erläutert ist, können sich die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b über Isolationsgebieten, etwa dem Gebiet 202c, erstrecken, indem beispielsweise Kontaktgebiete bereitgestellt werden und/oder um eine Verbindung zu anderen aktiven Gebieten anderer Transistorelemente herzustellen. Beispielsweise wird eine Gateelektrodenstruktur 260c über der Isolationsstruktur 202c ausgebildet und kann sich zu anderen aktiven Gebieten (nicht gezeigt) erstrecken, die lateral benachbart zu der Struktur 202c in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus 2a angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel besitzen die Gateelektrodenstrukturen 260c, 260a im Wesentlichen den gleichen Aufbau, beispielsweise repräsentieren sie die Gateelektrodenstrukturen von p-Kanaltransistoren, während die Gateelektrodenstruktur 260b einen n-Kanaltransistor repräsentiert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass jeder andere Aufbau in dieser Hinsicht ebenfalls in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist. Somit besitzen die Gateelektrodenstrukturen 260c, 260a ein Gatedielektrikumsmaterial 261 in Verbindung mit einem leitenden Deckmaterial 262a, das auch eine geeignete Metallsorte zum Einstellen der Austrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen 260c, 260a aufweisen kann, um den Erfordernissen des Transistors 250a zu genügen. Ein Elektrodenmaterial 263, etwa ein Siliziummaterial, und dergleichen ist ferner über den Schichten 262a vorgesehen. Des weiteren ist eine dielektrische Deckschicht 264, etwa ein Siliziumnitridmaterial, über dem Elektrodenmaterial 263 ausgebildet. Wie angegeben, kann auch eine dünne Oxidschicht 268 zwischen dem Material 263 und der dielektrischen Deckschicht 264 vorgesehen sein, falls dies erforderlich ist. Andererseits umfasst die Gateelektrodenstruktur 260b ein Gatedielektrikumsmaterial 261 mit einer leitenden Deckschicht 262b, die geeignet gestaltet ist, um die gewünschte Austrittsarbeit für die Gateelektrodenstruktur 260b zu erzeugen. Andererseits sind die Materialien 263, 268 und 264 in der Gateelektrodenstruktur 260b ebenfalls vorgesehen. Des weiteren enthalten die Gateelektrodenstrukturen 260a, ..., 260c eine Seitenwandabstandshalterstruktur 265, um die empfindlichen Materialien und insbesondere die Materialien 261 und 262a, 262b einzuschließen, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. Wie gezeigt, enthält die Abstandshalterstruktur 265 ein Beschichtungsmaterial 265a in Verbindung mit einem Abstandshalter 265b, während in anderen Fällen ein Seitenwandabstandshalterelement vorgesehen ist. Zu beachten ist, dass in Bezug auf die bislang beschriebenen Komponenten auch die gleichen Kriterien gelten, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 angegeben sind, wenn auf diese Komponenten Bezug genommen wird.
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In der gezeigten Fertigungsphase umfasst der Transistor 250a eine verformungsinduzierende Halbleiterlegierung 251, etwa eine Silizium/Germanium-Legierung und dergleichen, um eine gewünschte Verformungskomponente in einem Kanalgebiet 252 hervorzurufen. Das Kanalgebiet 252 enthält eine schwellwerteinstellende Halbleiterlegierung 252a, falls diese erforderlich ist, etwa in Form eines Silizium/Germanium-Materials. In einigen anschaulichen Ausführungsformen sind Drain- und Source-Erweiterungsgebiete 253e in den aktiven Gebieten 202a, 202b vorgesehen, während in anderen anschaulichen Ausführungsformen die Gebiete 253e in einer späteren Fertigungsphase hergestellt werden. Zu beachten ist, dass zusätzlich gegendotierte Gebiete (nicht gezeigt), die typischerweise als „Halo-Gebiete” bezeichnet werden, zusammen mit den Erweiterungsgebieten 253e vorgesehen sind, um das gewünschte komplexe Dotierstoffprofil einzurichten, so dass eine Schwellwertspannung der Transistoren 250a, 250b in Verbindung mit den Eigenschaften der Gateelektrodenstrukturen 250a, 260b eingestellt wird.
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In der gezeigten Fertigungsphase ist ferner eine Opferabstandshalterstruktur 266s auf den Abstandshalterstrukturen 265 ausgebildet und umfasst in einer anschaulichen Ausführungsform ein kohlenstoffbasiertes Abstandshalterelement. In der gezeigten Ausführungsform ist die Abstandshalterstruktur 266s im Wesentlichen in Form eines einzelnen Kohlenstoffabstandshalterelements vorgesehen, während in anderen Fällen bei Bedarf zusätzliche Materialschichten (nicht gezeigt), etwa eine dünne Oxidschicht, Nitridschicht und dergleichen zusätzlich zu dem kohlenstoffbasierten Abstandshalterelement vorgesehen ist.
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Das Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Die aktiven Gebiete 202a, 202b und die Isolationsstruktur 202c, werden auf der Grundlage einer geeigneten Fertigungstechnik hergestellt, wie dies auch beispielsweise zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. In ähnlicher Weise wird während einer geeigneten Fertigungsphase das schwellwerteinstellende Material 252a selektiv in dem aktiven Gebiet 202a hergestellt, was durch epitaktische Aufwachstechniken und dergleichen gelingt. Daraufhin werden die Gateelektrodenstrukturen 260a, ..., 260c mit der dielektrischen Deckschicht 264 und der Abstandshalterstruktur 265 gemäß einer geeigneten Fertigungstechnik hergestellt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. Somit werden die austrittsarbeitseinstellenden Sorten in den Schichten 262a, 262b auf der Grundlage geeigneter Abscheide- und Strukturierungsschemata in Verbindung mit geeigneten Prozesstechniken zum Bereitstellen des dielektrischen Materials 261 vorgesehen, das ein dielektrischen Material mit großem ε enthalten kann. Nach dem Strukturieren der Materialien 263 und 264 werden die Abstandshalterstruktur 265 hergestellt, in dem eine Abstandshalterschicht aufgebracht wird, wie zuvor beschrieben ist, und indem die Abstandshalterschicht selektiv strukturiert wird, um die Abstandshalterstruktur 265 zu erhalten, etwa selektiv an den Seitenwänden der Gateelektrodenstruktur 260a, 260c, während ein verbleibender Teil der entsprechenden Abstandshalterschicht weiterhin den Transistor 250b und das aktive Gebiet 202b abdeckt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben ist.
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Daraufhin wir das verformungsinduzierende Halbleitermaterial 251 hergestellt, wie dies auch zuvor beschrieben ist, woran sich das Strukturieren der Abstandshalterschicht anschließt, die das aktive Gebiet 202b und die Gateelektrodenstruktur 260 abdeckt, um damit die Seitenwandabstandshalterstruktur 265 für die Gateelektrodenstruktur 260b zu erhalten, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 1b beschrieben ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 253e auf der Grundlage einer geeigneten Implantationssequenz hergestellt, die ein geeignetes Maskierungsschema enthält, um abwechselnd die Transistoren 250a, 250b abzudecken und um die Dotierstoffsorte in den abgedeckten Transistor einzuführen. Ferner werden entsprechende gegendotierte Gebiete hergestellt, beispielsweise auf der Grundlage eines geneigten Implantationsschrittes, um damit das gewünschte Dotierstoffprofil in den aktiven Gebieten 202a, 202b in der Nähe des Kanalgebiets 252 zu erhalten. Zu beachten ist, dass auf Grund der Anwesenheit der Deckschicht 264 eine erhöhte Implantationsenergie zur Herstellung der Halo-Gebiete oder gegendotierter Gebiete angewendet werden kann, wodurch eine verbesserte Verteilung der gegendotierenden Sorte erreicht wird, während die Deckschicht 264 ein unerwünschtes Eindringen in untere Bereiche des Elektrodenmaterials 263 unterdrückt.
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In anderen anschaulichen Ausführungsformen werden die Erweiterungsgebiete 253e und die Halo-Gebiete in einer späteren Fertigungsphase hergestellt. Anschließend wird die Abstandshalterschicht 266 gebildet, so dass sie eine Kohlenstoffschicht aufweist, möglicherweise in Verbindung mit weiteren Beschichtungsmaterialien, falls dies erforderlich ist. Wie zuvor erläutert ist, kann Kohlenstoffmaterial effizient auf der Grundlage plasmaunterstützter CVD-Techniken unter Anwendung eines Kohlenwasserstoffgases als Vorstufenmaterial aufgebracht werden. Auf der Grundlage zusätzlicher Gase, etwa Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Argon und dergleichen werden spezielle Eigenschaften, etwa die Dichte und dergleichen des Kohlenstoffmaterials eingestellt. Beispielsweise wird die Abstandshalterschicht 266 mit einer Dicke von ungefähr 10 bis 40 nm vorgesehen, wobei auch andere Dickenwerte angewendet werden können, wenn dies als geeignet erachtet wird. Daraufhin wird ein Ätzprozess 211 ausgeführt, um die Opferabstandshalterstruktur 266s aus der Abstandshalterschicht 266 herzustellen, was auf der Grundlage plasmaunterstützter Ätzrezepte unter Anwendung von Sauerstoffplasma bewerkstelligt werden kann, wobei eine gewisse laterale Ätzrate durch geeignetes Auswählen der anfänglichen Dicke der Abstandshalterschicht 266 berücksichtigt werden kann. Wie zuvor erläutert ist, kann insbesondere durch Anwenden eines Sauerstoffplasmas ein Materialabtrag in den aktiven Gebieten 202a, 202b und insbesondere dem Isolationsgebiet 202c im Wesentlichen vermieden werden. Somit wird die Opferabstandshalterstruktur 266s bereitgestellt, ohne dass die Oberflächentopographie in dem Isolationsgebiet 202c beeinträchtigt wird.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der das Bauelement 200 der Einwirkung eines Ätzprozesses 206 unterliegt, um die dielektrischen Deckschichten 264 von den Gateelektrodenstrukturen 260a, ..., 260c zu entfernen. in einer anschaulichen Ausführungsform wird der Ätzprozess 206 als ein plasmaunterstützter Ätzprozess ausgeführt, wobei gut etablierte Ätzchemien angewendet werden, in denen Siliziumnitridmaterial selektiv in Bezug auf Oxid und selektiv in Bezug auf Siliziummaterial abgetragen wird. Typischerweise besitzt ein plasmaunterstützter Siliziumnitridätzprozess eine gewisse laterale Ätzrate, die jedoch die Seitenwandabstandshalterstruktur 265 auf Grund der Anwesenheit der Opferabstandshalterstruktur 266s mit einem Kohlenstoffmaterial im Wesentlichen nicht beeinflusst, die eine deutlich geringere Ätzrate bei Einwirkung der Ätzumgebung 206 aufweist. Während des Prozesses 206 wird somit eine unerwünschte Materialabtragung in der Isolationsstruktur 202c im Wesentlichen vermieden. Andererseits besitzen die aktiven Gebiete 202a, 202b ein im Wesentlichen selbstbegrenzendes Ätzverhalten, wobei die Ätzchemie 206 zu der Ausbildung einer dünnen Siliziumoxidmaterialschicht (nicht gezeigt) führen kann, die somit einen weiteren Materialabtrag während des Prozesses 206 vermeidet.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der die Opferabstandshalterstruktur 266s oder zumindest ein Kohlenstoffabstandshalterelement davon während eines Prozesses 212 entfernt wird, der auf der Grundlage eines Sauerstoffplasmas ausgeführt wird. Während des Prozesses 212 wird somit zumindest das Kohlenstoffmaterial der Abstandshalterstruktur 266s effizient abgetragen, ohne dass im Wesentlichen andere Bauteilbereiche, etwa die Isolationsstruktur 202c und die aktiven Gebiete 202a, 202b und die entsprechende Gateelektrodenstrukturen 260a, ..., 260c beeinflusst werden. Ähnlich zum Vorgang des Herstellens der Abstandshalterstruktur 266s beeinflusst auch der Prozess 212 zum Entfernen des Kohlenstoffmaterials die Isolationsstruktur 202c nicht wesentlich, wodurch eine gewünschte im Wesentlichen ebene Oberflächentopagraphie beibehalten wird. Nach dem Entfernen der Opferabstandshalterstruktur 266s wird die Bearbeitung in einigen anschaulichen Ausführungsformen fortgesetzt, indem die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete (in 2c nicht gezeigt) hergestellt werden, wobei die entsprechende Implantationsenergie die Energie für den Implantationsschritt zum Einbau der gegendotierenden Sorte an die resultierende geringere Höhe der Gateelektrodenstruktur 260a, ..., 260c nach dem Entfernen der dielektrischen Deckschicht 264 (siehe 2b) angepasst wird.
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2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, weisen die Transistoren 250a, 250b Drain- und Sourcegebiete 253, die die Erweiterungsgebiete 253e einschließen, auf, wobei auch Metallsilizidgebiete 254 vorgesehen sind. Des weiteren sind auch in den Gateelektrodenstrukturen 260a, ..., 260c Metallsilizidgebiete 267, etwa aus Nickelsilizid, Platinsilizid, einer Kombination davon und dergleichen, hergestellt. Eine weitere Seitenwandabstandshalterstruktur 255 ist benachbart zu der Abstandshalterstruktur 265 ausgebildet und weist ein oder mehrere Abstandshalterelemente, etwa Siliziumnitridabstandshalter, Siliziumoxidabstandshalter und dergleichen in Verbindung mit einer oder mehreren Ätzstoppbeschichtungen (nicht gezeigt) auf, wobei dies von den gesamten Bauteil- und Prozesserfordernissen abhängt. Ferner ist ein dielektrisches Material 220 über den aktiven Gebieten 202a, 202b und über der Isolationsstruktur 202c gebildet, wodurch die Gateelektrodenstrukturen 260a, ..., 260c eingeschlossen werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen umfasst die dielektrische Schicht 220 ein stark verspanntes dielektrisches Material, um das Verhalten von einem oder beiden Transistoren 250a, 250b zu verbessern. Beispielsweise Ist ein Schichtbereich 220a über der Struktur 202c und dem aktiven Gebiet 202a mit einem hohen inneren Verspannungspegel, etwa einer kompressiven Verspannung, hergestellt, um das Verhalten des Transistors 250a zusammen mit dem verformungsinduzierenden Material 251 zu verbessern. Andererseits kann ein Schichtbereich 220b über der Gateelektrodenstruktur 260b und dem aktiven Gebiet 202b mit einem inneren Verspannungspegel hergestellt sein, um das Leistungsverhalten des Transistors 250b zu verbessern, indem beispielsweise eine Zugverformungskomponente in dem Kanalgebiet des Transistors 250b hervorgerufen wird. Ferner kann auch ein gewisser Grad an Materialerosion, der durch 205r angegeben ist, aufgetreten sein, wodurch zu einer gewissen Vertiefung in der Isolationsstruktur 202c beigetragen wird, jedoch mit einem deutlich geringer ausgeprägten Grade im Vergleich zu einer entsprechenden Vertiefung, die gemäß konventioneller Strategien erhalten wird, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 1f erläutert ist.
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Das Halbleiterbauelement 200 wie es in 2d gezeigt ist, kann gemäß einer geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden, beispielsweise wie dies auch mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. Während der Prozesssequenz wird somit die Vertiefung 205r in der Isolationsstruktur 202c im Wesentlichen durch Reinigungsprozesse und einen Vorreinigungsprozess vor dem Bilden der Metallsilizidgebiete 254 und 267 auf der Grundlage einer Prozesstechnik hervorgerufen, wie sie auch mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. Nach dem Silizidierungsprozess wird somit das dielektrische Material 220 auf der Grundlage einer weniger ausgeprägten Oberflächentopographie im Vergleich zu konventionellen Bauelementen bereitgestellt, wodurch wird ein höherer Grad an Flexibilität bei der Herstellung des dielektrischen Materials 220 und weiterer dielektrischer Materialien, die auf dem Material 220 zu bilden sind, erreicht. Beispielsweise verringert die weniger ausgeprägte Oberflächentopographie die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von durch Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten, etwa von Hohlräumen, insbesondere in Isolationsgebieten, die eine Vielzahl dicht liegender Gateelektrodenstrukturen aufweisen, etwa die Struktur 260c. Während der weiteren Bearbeitung, beispielsweise zur Herstellung von Kontaktöffnungen in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial, das über dem dielektrischen Material 220 zu bilden ist, kann somit die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Leckstromwegen beim Füllen der Kontaktlochöffnungen mit einem leitenden Material verringert werden. Die weniger ausgeprägte Oberflächentopographie bietet ferner die Möglichkeit des Abscheidens einer größeren Schichtdicke eines stark verspannten dielektrischen Materials über den Transistoren 250a, 250b, wodurch zu besseren Leistungseigenschaften dieser Transistoren beigetragen wird.
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Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt Fertigungstechniken bereit, in denen komplexe Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage einer dielektrischen Materialschicht mit großem ε und austrittsarbeitseinstellender Substanzen in einer frühen Fertigungsphase gebildet werden, indem die empfindlichen Materialien mittels einer geeigneten Abstandshalterstruktur eingeschlossen werden. Andererseits wird die Integrität der Abstandshalterstruktur während des Entfernens eines dielektrischen Deckmaterials bewahrt, indem eine Opferabstandshalterstruktur bereitgestellt wird, die mindestens ein kohlenstoffbasiertes Abstandshaltermaterial aufweist. Da Kohlenstoff effizient strukturiert und entfernt werden kann, ohne dass im Wesentlichen andere Materialien, etwa Siliziumdioxid, beeinflusst werden, kann ein entsprechender Materialabtrag, wie er typischerweise in konventionellen Vorgehensweisen entsteht, verringert werden, wodurch bessere Prozessbedingungen während der weiteren Bearbeitung des Halbleiterbauelements geschaffen werden. Somit werden geringere Ausbeuteverluste, beispielsweise durch Kontaktfehler hervorgerufene Ausbeuteverluste, in Verbindung mit einem besseren Bauteilverhalten erreicht, indem ein kohlenstoffbasiertes Opferabstandshalterelement verwendet wird.
