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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung komplexer integrierter Schaltungen mit Transistorelementen, die Gatestrukturen auf der Grundlage eines Gatedielektrikumsmaterials mit großem ε in Verbindung mit einem Metallelektrodenmaterial aufweisen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Die Herstellung moderner integrierter Schaltungen, etwa von CPU's, Speicherbauelementen, ASIC's (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen) und dergleichen macht es notwendig, 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. Im Allgemeinen wird eine Vielzahl an Prozesstechnologien aktuell eingesetzt, wobei für viele Arten an komplexer Schaltungen mit Feldeffekttransistoren die CMOS-Technologie eine der vielversprechendsten Vorgehensweisen auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz ist. Während der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung beispielsweise der CMOS-Technologie werden Millionen Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und 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 gebildet sind, die durch stark dotierte Gebiete, die als Drain- und Sourcegebiete bezeichnet werden, und einem leicht dotierten oder nicht dotierten Gebiet, etwa einem Kanalgebiet, erzeugt ist, das zwischen 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, 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 Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine gegebene Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Somit beeinflusst die Leitfähigkeit des Kanalgebiets das Leistungsverhalten von MOS-Transistoren ganz wesentlich.
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Gegenwärtig wird der Hauptteil an integrierten Schaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt auf Grund 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 künftige Schaltungsgenerationen, die für Massenprodukte vorgesehen sind. Ein Grund für die große Bedeutung des Siliziums bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind die guten Eigenschaften einer Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche, die eine zuverlässige elektrische Isolierung unterschiedlicher Gebiete voneinander ermöglicht. Die Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche ist bei höheren Temperaturen stabil und ermöglicht damit das Ausführen nachfolgender Hochtemperaturprozesse, wie sie etwa für Ausheizprozesse erforderlich sind, um Dotierstoffe zu aktivieren und um Kristallschäden auszuheilen, ohne die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche zu beeinträchtigen.
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Aus den zuvor dargelegten Gründen wird Siliziumdioxid vorzugsweise als ein Basismaterial einer Gateisolationsschicht in Feldeffekttransistoren verwendet, die die Gateelektrode, die häufig aus Polysilizium oder metallenthaltenden Materialien aufgebaut ist, von dem Siliziumkanalgebiet trennt. Beim stetigen Verbessern des Bauteilleistungsverhaltens von Feldeffekttransistoren wurde die Länge des Kanalgebiets stetig verringert, um die Schaltgeschwindigkeit und den Durchlassstrom zu verbessern. Da das Transistorverhalten durch die Spannung gesteuert ist, die der Gateelektrode zugeführt wird, um die Oberfläche des Kanalgebiets in eine ausreichend hohe Ladungsdichte zu invertieren, um damit den gewünschten Durchlassstrom bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung bereitzustellen, ist ein gewisser Grad an kapazitiver Kopplung erforderlich, die durch den Kondensator geschaffen wird, der durch die Gateelektrode, das Kanalgebiet und das dazwischen angeordnete Siliziumdioxid gebildet ist. Es zeigt sich, dass eine Verringerung der Kanallänge eine höhere kapazitive Kopplung erfordert, um das sogenannte Kurzkanalverhalten und 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 Transistorbauelemente mit einer relativ geringen Versorgungsspannung und damit mit einer reduzierten Schwellwertspannung und damit mit einer reduzierten Schwellwertspannung weisen eine exponentielle Zunahme der Leckströme auf, während auch eine erhöhte kapazitive Kopplung der Gateelektrode an das Kanalgebiet erforderlich ist. Daher muss die Dicke der Siliziumdioxidschicht entsprechend verringert werden, um die erforderliche Kapazität zwischen dem Gate und dem Kanalkgebiet zu erreichen. Beispielsweise erfordert eine Kanallänge von ungefähr 0,08 μm ein Gatedielektrikum aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von ungefähr 1,2 nm. Obwohl allgemein die Verwendung von Hochgeschwindigkeitstransistorelementen mit einem extrem kurzen Kanal im Wesentlichen auf Hochgeschwindigkeitssignalwege beschränkt ist, wohingegen Transistorelemente mit einem längeren Kanal für weniger kritische Signalwege eingesetzt werden, etwa in Form von Speichertransistorelementen, erreicht der relativ hohe Leckstrom, der durch das direkte Tunneln von Ladungsträgern durch ein sehr dünnes Siliziumdioxidgateisolationsmaterial hervorgerufen wird, Werte bei einer Oxiddicke in einem Bereich von 1 bis 2 nm, die nicht mehr mit den thermischen Entwurfsleistungserfordernissen für gewisse Schaltungen verträglich sind.
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Daher wurde das Ersetzen von siliziumdioxidbasierten Dielektrika als Material für Gateisolationsschichten in Erwägung gezogen, insbesondere für extrem siliziumdioxidbasierte Gateschichten. Mögliche alternative Materialien sind solche, die eine deutlich höhere Permittivität besitzen, so dass eine physikalisch größere Dicke einer entsprechend ausgebildeten Gateisolationsschicht für eine kapazitive Kopplung sorgt, die ansonsten nur durch eine extrem dünne Siliziumdioxidsicht erreicht wird.
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Es wurde vorgeschlagen, Siliziumdioxid durch Materialien mit hoher Permittivität, etwa Tantaloxid (Ta2O5) mit einem ε von ungefähr 25, durch Strontiumtitanoxid (SrTiO3) mit einem ε von ungefähr 150, Hafniumoxid (HfO2), HfSiO, Zirkonoxid (ZTO2) und dergleichen zu ersetzen.
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Des weiteren kann das Transistorleistungsverhalten gesteigert werden, indem ein geeignetes leitendes Material für die Gateelektrode vorgesehen wird, um damit das für gewöhnlich verwendete Polysiliziummaterial zu ersetzen, da Polysilizium eine Ladungsträgerverarmung in der Nähe der Grenzfläche zum Gatedielektrikum aufweist, wodurch die wirksame Kapazität zwischen dem Kanalgebiet und der Gateelektrode verringert wird. Es wurde daher ein Gatestapel vorgeschlagen, in welchem ein dielektrisches Material mit großem ε für eine höhere Kapazität auf der Grundlage der gleichen Dicke, die bei einer siliziumdioxidbasierten Schicht sorgt, wobei zusätzlich Leckströme auf einem akzeptablen Niveau bleiben. Andererseits kann das nicht-Polysiliziummaterial, etwa Titannitrid und dergleichen in Verbindung mit anderen Metallen so hergestellt werden, dass es direkt mit dem dielektrischen Material mit großem ε in Kontakt ist, wodurch die Anwesenheit einer Verarmungszone im Wesentlichen vermieden wird. Da die Schwellwertspannung der Transistoren, die die Spannung repräsentieren, bei der sich ein leitender Kanal im Kanalgebiet ausbildet, wesentlich von der Austrittsarbeit des metallenthaltenden Gatematerials abhängt, muss eine geeignete Einstellung der wirksamen Austrittsarbeit in Bezug auf die Leitfähigkeitsart des betrachteten Transistors sichergestellt sein. Das Bereitstellen unterschiedlicher Metallsorten zum Einstellen der Austrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen für p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren in einer frühen Fertigungsphase ist jedoch mit einer Reihe von Schwierigkeiten verknüpft, die sich aus der Tatsache ergeben, dass eine komplexe Strukturierungssequenz während der Herstellung des komplexen Metallgatestapels mit großem ε erforderlich ist, was zu einer ausgeprägten Variabilität der resultierenden Austrittsarbeit und damit der Schwellwertspannung der Transistorstrukturen führen kann. Beispielsweise wird während einer entsprechenden Fertigungssequenz das Material mit großem ε der Einwirkung von Sauerstoff ausgesetzt, was zu einer Zunahme der Schichtdicke und damit zu einer Verringerung der kapazitiven Kopplung führen kann. Ferner kann auch eine Verschiebung der Austrittsarbeit beobachtet werden, wenn geeignete Austrittsarbeitsmetalle in einer frühen Fertigungsphase hergestellt werden, wobei angenommen wird, dass dies durch eine moderat Sauerstoffaffinität der Metallsorten insbesondere während der Hochtemperaturprozesse hervorgerufen wird, die typischerweise zum Fertigstellen der Transistorstrukturen, etwa zum Herstellen von Drain- und Sourcegebieten und dergleichen erforderlich sind.
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Aus diesem Grunde wird in einigen Vorgehensweisen der anfängliche Gateelektrodenstapel mit einem hohen Maße an Kompatibilität zu konventionellen polysiliziumbasierten Prozessstrategien bereitgestellt und das eigentliche Elektrodenmetall und die endgültige Einstellung der Austrittsarbeit der Transistoren wird in einer sehr fortgeschrittenen Vorgehensweise, d. h. nach dem Fertigstellen der grundlegenden Transistorstruktur, bewerkstelligt.
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Gemäß dieser Vorgehensweise kann insbesondere eine Schwellwertschwankung, die durch Hochtemperaturprozesse und dergleichen hervorgerufen wird, effizient vermieden werden, wodurch zur besseren Gleichmäßigkeit komplexen Transistorelementen beitragen wird. In dem Austauschgateverfahren wird das Polysiliziummaterial auf der Grundlage geeigneter Ätzrezepte, etwa nasschemischer Ätzprozesse, entfernt, die einen hohen Grad an Selektivität in Bezug auf das isolierende Material besitzen, das das Polysiliziummaterial einschließt. Nach dem Entfernen des Polysiliziummaterials wird ein geeignetes metallenthaltendes Material aufgebracht, um die austrittsarbeitseinstellende Sorte über dem Gatedielektrikumsmaterial auszubilden, wie dies zuvor erläutert ist. Typischerweise erfordern p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren unterschiedliche Arten an austrittsarbeitseinstellenden Sorten, wodurch ein entsprechendes Maskierungs- und Strukturierungsschema erforderlich ist, um in geeigneter Weise das gewünschte austrittsarbeitseinstellende Material in den Gateelektrodenstrukturen von p-Kanaltransistoren bzw. n-Kanaltransistoren vorzusehen. Unabhängig von der angewendeten Prozessstrategie muss nach dem Abscheiden der austrittsarbeitseinstellenden Materialschicht zumindest das eigentliche Elektrodenmetall, etwa Aluminium in die Öffnung eingefüllt werden, deren Breite jedoch weiter durch die vorhergehende Abscheidung des austrittsarbeitseinstellenden Materials verringert ist, wodurch deutliche Unregelmäßigkeiten hervorgerufen werden können, wie dies mit Bezug zu den 1a bis 1c erläutert ist.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100, das ein Substrat 101, etwa ein Siliziumsubstrat und dergleichen, aufweist, in oder über welchem eine siliziumbasierte Halbleiterschicht 102 vorgesehen ist. Das Bauelement 100 umfasst einen Transistor 150, etwa einem p-Kanaltransistor oder einen n-Kanaltransistor, der auf der Grundlage kritischer Abmessungen von ungefähr 40 nm und weniger hergestellt sein kann. Ferner ist ein weiteres Schaltungselement 106, etwa ein Feldeffekttransistor, ein Kondensator und dergleichen, in dem Halbleiterbauelement 100 vorgesehen und ist auf der Grundlage einer größeren kritischen Abmessung hergestellt. Der Transistor 150 umfasst Drain- und Sourcegebiete 151, möglicherweise in Verbindung mit Metallsilizidgebieten 152. In ähnlicher Weise enthält das Schaltungselement 160 „Drain- und Sourcegebiete” 161 in Verbindung mit Metallsilizidgebieten 162. Der Transistor 150 umfasst ferner eine Gateelektrodenstruktur 155, die in der gezeigten Fertigungsphase ein Gatedielektrikumsmaterial 155a aufweist, das auf der Grundlage eines dielektrischen Materials mit großem ε hergestellt ist, wie dies auch zuvor erläutert ist. Ferner ist eine Seitenwandabstandshalterstruktur 155c vorgesehen und bildet eine Öffnung 155o mit einer Breite, die im Wesentlichen einer gewünschten Länge der Gateelektrodenstruktur 155 entspricht. Beispielsweise beträgt die Breite der Öffnung 155o 40 nm und weniger in komplexen Anwendungen. In ähnlicher Weise enthält das Schaltungselement 160 eine „Gateelektrodenstruktur” 165 mit einem Gatedielektrikumsmaterial 165a, einer Abstandshalterstruktur 165c, die eine Öffnung 165o bildet. Im Prinzip besitzen die Gateelektrodenstrukturen 155, 165 die gleiche Struktur mit Ausnahme einer unterschiedlichen Breite der Öffnung 165o im Vergleich zu der Öffnung 155o. Ferner ist ein dielektrisches Material 103, etwa in Form von Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen so vorgesehen, dass die Gateeletrodenstrukuturen 155, 165 lateral eingeschlossen sind.
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Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesstechniken hergestellt werden. Nach der Ausbildung geeigneter Halbleitergebiete in der Schicht 102, beispielsweise durch Vorsehen von Isolationsstrukturen (nicht gezeigt), um die Schaltungselemente 150, 160 aufzunehmen, werden die Gatedielektrikumsmaterialien 155a, 165a auf der Grundlage von Oxidation und/oder aufwendigen Abscheidetechniken hergestellt, wobei typischerweise ein dielektrisches Material mit großem ε in die dielektrischen Materialen 155a, 165a eingebaut wird. Z. B. wird eine siliziumoxidbasierte Materialschicht häufig als eine Basisschicht verwendet, die möglicherweise in Verbindung mit anderen Sorten, etwa Stickstoff, auf der dann ein geeignetes dielektrisches Material mit großem ε, etwa Hafniumoxid und dergleichen, abgeschieden wird. Daraufhin wird ein leitendes Deckmaterial hergestellt, um die Integrität der Gatedielektrikumsmaterialien 155a, 165a während der weiteren Bearbeitung zu bewahren. Danach wird Polysiliziummaterial auf der Grundlage gut etablierter Abscheiderezepte hergestellt, möglicherweise in Verbindung mit weiteren Deckmaterialien, Hartmaskenmaterialien und dergleichen, wie dies zum Strukturieren des resultierenden Materialschichtstapels entsprechend den Entwurfsregeln erforderlich ist, um in zuverlässiger Weise die kritischen Abmessungen für die Gateelektrodenstruktur 155 zu erreichen. Daraufhin werden aufwendige Strukturierungsprozesse angewendet, um die Gateelektrodenstrukturen 155, 165 zu schaffen, die das Polysiliziummaterial als Platzhaltermaterial enthalten. Als nächstes werden die Drain- und Sourcegebiete 151 in Verbindung mit den Seitenwandabstandshalterstrukturen 155c, 165c hergestellt, das gewünschte Dotierstoffprofil zu erreichen. Des weiteren werden die Abstandshalterstrukturen 155c, 165c auch verwendet, um die Metalisilizidgebiete 152, 162 zu bilden, wodurch die grundlegende Struktur der Schaltungselemente 150, 160 fertiggestellt ist. Als nächstes wird das dielektrische Material 103, das auch als ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial bezeichnet wird, hergestellt, indem beispielsweise Siliziumnitrid gefolgt von Siliziumdioxid kund dergleichen abgeschieden wird. Daraufhin wird überschüssiges Material entfernt und eine obere Oberfläche entfernt und eine obere Oberfläche der Gateelektrodenstrukturen 155, 165 wird beispielsweise mittels eines Polierprozesses freigelegt, etwa durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren). Als nächstes wird ein Ätzprozess, etwa ein sehr selektiver nasschemischer Ätzprozess ausgeführt, um das freigelegte Polysiliziummaterial selektiv zu dem dielektrischen Material 103 und den Seitenwandabstandshalterstrukturen 155c, 165c abzutragen, wodurch die Öffnungen 155o, 165o erzeugt werden.
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1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer metallenthaltenden Materialschicht 155d, die auf dem dielektrischen Material 103 und in der Öffnung 155o gebildet ist. Die Materialschicht 155d enthält eine oder mehrere Schichten aus unterschiedlichen Materialien, etwa Titannitrid, Tantalnitrid und dergleichen, wobei auch eine geeignete Metallsorte, etwa Lanthanum, Aluminium und dergleichen, eingebaut ist, um damit die resultierende Austrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen 155, 165 einzustellen. Wie zuvor erläutert ist, werden abhängig von der gesamten Prozessstrategie unterschiedliche Materialschichten lokal in Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart vorgesehen, wodurch das Abscheiden zumindest einer oder mehrerer Materialschichten möglicherweise in Verbindung mit zusätzlichen Ätzprozessen erforderlich ist, um eine oder mehrere dieser Schichten von den Gateelektrodenstrukturen der Transistoren zu entfernen, die eine andere Art an Austrittsarbeitsmetallsorte erfordert. Unabhängig von der angewendeten Prozessstrategie wird das Material 155b auf der Grundlage komplexer Abscheidtechniken aufgebracht, etwa durch chemische Dampfabscheidung, physikalische Dampfabscheidung und dergleichen, um die Materialschicht 155d zuverlässig zumindest über den Gatedielektrikumsmaterialien 155a, 165a mit einer Dicke zu bilden, wie sie für das geeignete Anordnen der Austrittsarbeitsmetallsorte an und in den dielektrisches Materialien 155a, 165a erforderlich ist. Während des Abscheidens des Materials 155d wird eine deutliche Schwankung in der Schichtdicke hervorgerufen, die insbesondere in einem oberen Bereich der Öffnung 155o mit den geringeren kritischen Abmessungen ausgeprägt ist. Obwohl somit eine Breite 155w der Öffnung 155o an deren Unterseite durch die lokale Schichtdicke festgelegt ist, die so gewählt ist, dass die gewünschte Abdeckung des Gatedielektrikumsmaterials 155a erreicht wird, ist eine Breite 155r an der Oberseite der Öffnung 155 deutlich geringer auf Grund entsprechender Überhänge der Schicht 155d. Andererseits beeinflusst die geringere Breite 165r am oberen Bereich der Öffung 165 die weitere Bearbeitung des Bauelements 160 nicht wesentlich. Auf der anderen Seite wird die reduzierte Breite 155r, die 20 nm oder sogar weniger sein kann bei einer anfänglichen Breite der Öffnung 155o von ungefähr 40 nm zu signifikanten Unregelmäßigkeiten während der weiteren Bearbeitung, wenn das eigentliche Elektrodenmaterial in die Öffnungen 155o, 165o eingefüllt wird.
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1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Abscheiden eines Elektrodenmetalls 155e, etwa in Form von Aluminium und dergleichen, um die Gateelektrodenstrukturen 155, 165 fertigzustellen. Auf Grund der reduzierten Breite 155r wird die Öffnung 155o unter Umständen nicht vollständig gefüllt oder die Öffnung 155o bleibt sogar im Wesentlichen ungefüllt, wodurch eine nicht funktionierende Gateelektrodenstruktur für den Transistor 150 erzeugt wird. Andererseits kann die Öffnung 165o zuverlässig auf Grund der weniger kritischen Breite der Öffnung 165o gefüllt werden. Folglich und nach dem Entfernen von überschüssigem Material die Gateelektrodenstrukturen 155, 165 fertigstellt, wobei sich jedoch eine ausgeprägte Wahrscheinlichkeit für das Erzeugen nicht funktionsfähiger Gateelektrodenstrukturen für kritische Transistorelemente, etwa dem Transistor 150, ergibt. Obwohl somit im Prinzip die Einstellung der Austrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen 150 in einer sehr fortgeschrittenen Vorgehensweise vorteilhaft im Hinblick auf Reduzieren der Transistorvariabilität hinsichtlich der Schwellwertspannung ist, ergeben sich insbesondere in skalierten Transistorelementen höhere Ausbeuteverluste auf Grund nicht vollständig gefüllter Gateelektrodenstrukturen oder nicht funktionsfähiger Gateelektrodenstrukturen.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken, in denen eine Austrittsarbeitssorte in einer sehr fortgeschrittenen Fertigungsphase bereitgestellt wird, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in deren Auswirkung reduziert werden.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Fertigungstechniken und Halbleiterbauelemente bereit, in denen ein leitendes Gateelektrodenmaterial in einer Öffnung einer Gateelektrodenstruktur auf der Grundlage einer verbesserten Querschnittsform der Öffnung nach dem Entfernen des Platzhaltermaterials eingefüllt wird.
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Zu diesem Zweck wird eine weniger kritische Breite in einem oberen Bereich der Öffnung durch eine geeignete Behandlung, etwa durch einen plasmaunterstützten Ätzprozess, einen Teilchenbeschuss und dergleichen, bereitgestellt, wobei gleichzeitig die Unterseite der Öffnung durch ein Opfermaterial, etwa ein organisches Material, geschützt wird, das dann effizient entfernt werden kann, ohne dass empfindliche Materialien, etwa ein dielektrisches Material mit großem ε und dergleichen wesentlich beeinflusst werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die verbesserte Querschnittsform der Öffnung nach dem Abscheiden einer oder mehrerer Materialschichten einschließlich der austrittsarbeitseinstellenden Sorte erzeugt.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Öffnung in einer Gateelektrodenstruktur eines Transistors durch Entfernen eines Platzhalterelektrodenmaterials der Gateelektrodenstruktur. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer metallenthaltenden Materialschicht an Seitenwänden und über einer Unterseite der Öffnung, wobei die metallenthaltende Materialschicht eine anfängliche Breite der Öffnung verringert. Ferner umfasst das Verfahren das Füllen eines Opfermaterials in die Öffnung, um die metallenthaltende Materialschicht zumindest an der Unterseite abzudecken. Ferner wird eine reduzierte Breite an deren Oberseite in Anwesenheit zumindest eines Teils des Opfermaterials vergrößert. Das Opfermaterial wird ferner von Öffnung entfernt und es wird ein leitendes Elektrodenmaterial in die Öffnung eingefüllt.
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Ein weiteres anschauliches Verfahren umfasst das Bilden einer Öffnung in einer Gateelektrodenstruktur eines Transistors durch Entfernen eines Platzhalterelektrodenmaterials der Gateelektrodenstruktur. Ferner wird ein Opfermaterial in die Öffnung eingefüllt, um zuminderst die Unterseite der Öffnung zu decken. Das Verfahren umfasst ferner das Vergrößern einer Breite der Öffnung an einem oberen Bereich in Anwesenheit zumindest eines Teils des Opfermaterials. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen des Opfermaterials und das Einfüllen eines leitenden Elektrodenmaterials in die Öffnung nach dem Entfernen des Opfermaterials.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst eine Gateelektrodenstruktur eines Transistors, die über einem Halbleitergebiet gebildet ist. Die Gateelektrodenstruktur enthält eine Gateisolationsschicht mit einem dielektrischen Material mit großem ε und umfasst ein Elektrodenmaterial, das auf der Gateisolationsschicht gebildet ist und eine nach oben breiter werdende Querschnittsform aufweist. Die Gateelektrodenstruktur umfasst ferner eine austrittsarbeitseinstellende Materialschicht, die zumindest auf einem Teil von Seitenwänden des Elektrodenmaterials gebildet ist, wobei eine Dicke der austrittsarbeitseinstellenden Materialschicht am oberen Bereich der Gateelektrodenstruktur am kleinsten ist.
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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 auch 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 1c schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn ein Polysiliziummaterial durch ein Elektrodenmetall in Verbindung mit einer austrittsarbeitseinstellenden Sorte auf der Grundlage konventioneller Lösungen ersetzt wird;
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2a bis 2g schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen, in denen ein leitendes Elektrodenmaterial in einer Öffnung eingefüllt wird, die darin eine austrittsarbeitseinstellende Materialschicht mit einer besseren Querschnittsform aufweist, die auf der Grundlage eines Opfermaterials gemäß anschaulicher Ausführungsformen erreich wird;
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2h schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements zeigt, in welchem eine Einebnung des Opfermaterials angewendet wird, um durch Abscheidung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten in Breitenöffnungen und Öffnungen mit kritischen Abmessungen gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu kompensieren oder zu verringern;
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2i bis 2k schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen eine bessere Querschnittsform der Gateöffnung auf der Grundlage eines Opfermaterials erreicht wird, das vor dem Abscheiden einer austrittsarbeitseinstellenden Sorte gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen aufgebracht wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen beschrieben ist, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die hierin offenbarte 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.
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Die vorliegende Erfindung stellt allgemein Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen ein Opfermaterial, etwa ein organisches Material, effizient verwendet wird, um den unteren Bereich einer Gateöffnung beim Vergrößern der oberen Breite nach dem Entfernen eines Platzhalterelektrodenmaterials zu schützen. Folglich können weitere Materialien, etwa eine austrittsarbeitseinstellende Sorte und insbesondere das eigentliche Elektrodenmaterial in die Gateöffnung auf der Grundlage einer besseren Querschnittsform eingefüllt werden, wodurch das Auftreten von durch Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten, etwa nicht gefüllte Gateelektroden oder unvollständig gefüllte Gateelektroden vermieden oder zumindest reduziert wird. In einigen hierin offenbarten anschaulichen Aspekten werden Materialien, etwa leitende Barrierenschichten, Ätzstoppschichten und dergleichen, in Verbindung mit der austrittsarbeitseinstellenden Sorte in der Gateöffnung abgeschieden, nachdem das Platzhaltereleketrodenmaterial entfernt ist, wobei eine nachteilige Verringerung der Breite der Gateöffnung an der Oberseite auf der Grundlage einer nachfolgenden Behandlung, etwa in Form eines plasmaunterstütztes Ätzprozesses, eines Teilchenbeschusses, etwa in Form von Ionensputterung, und dergleichen, „korrigiert” wird, während gleichzeitig das Opfermaterial zumindest den unteren Bereich der Gateöffnung schützt und damit in effizienter Weise die zuvor abgeschiedenen Materialien schützt. Daraufhin wird das Entfernen des Opfermaterials auf der Grundlage gut etablierter Ätztechniken bewerkstelligt, die typischerweise ein hohes Maß an Selektivität in Bezug auf die empfindlichen Materialien besitzen, die zuvor abgeschieden wurden, so dass das Opfermaterial wirksam entfernt werden kann, ohne die darunter liegenden Materialien unerwünscht zu beeinflussen. Beispielsweise ist eine Vielzahl von Polymermaterialien, die in einem Zustand geringer Viskosität aufgebracht werden, verfügbar, wobei derartige Materialien beispielsweise häufig als „optische Einebnungsschichten” in kritischen Lithographieprozessen und dergleichen verwendet werden. Folglich können derartige Materialien mit einem hohen Grad an Spaltfüllvermögen aufgebracht werden, während gleichzeitig für einen im Wesentlichen gleichmäßigen Höhenpegel über weitere Bereiche des Halbleitersubstrats gesorgt wird. Andererseits können derartige Materialien, etwa durch Plasmaablöseprozesse, nasschemische Ätzrezepte und dergleichen effizient entfernt werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden diese Materialien mittels einer Strahlungsbehandlung, beispielsweise auf der Grundlage von Laserstrahlung, Blitzlichtstrahlung und dergleichen, abgetragen, um das Opfermaterial zu „verdampfen”, wodurch sich eine minimale Auswirkung auf darunter liegenden Materialien, etwa austrittsarbeitseinstellende Sorten und dergleichen ergibt.
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In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das Vergrößern der Breite an der Oberseite der Gateöffnung, was auch als Eckenverrundung und Verjüngen der Gateöffnung bezeichnet wird, vor dem Abscheiden kritischer Materialsysteme in die Gateöffnung angewendet, wobei auch das Opfermaterial effizient das darunter liegende Gatedielektrikumsmaterial oder andere leitende Deckmaterialien, die darauf gebildet sind, schützt, wenn ein gewisser Grad an Materialerosion, beispielsweise durch plasmaunterstützte Ätzprozesse und dergleichen, Ionensputterung und dergleichen, in Gang gesetzt wird.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2k werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch auf die 1a bis 1c verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit einem Substrat 201, über welchem eine Halbleiteschicht 202 gebildet ist. Das Substrat 201 in Verbindung mit der Halbleiterschicht 202 repräsentiert ein geeignetes Materialsystem, um darin und darüber Schaltungselemente, etwa einen Transistor 250 und andere Schaltungselemente 260, die Transistoren, Kondensatoren und dergleichen repräsentieren können, zu bilden. In der gezeigten Ausführungsform ist der Transistor 250 auf der Grundlage kritischer Abmessungen hergestellt, die kleiner sind als kritische Abmessungen des Schaltungselements 260, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. Des weiteren repräsentieren das Substrat 201 und die Schicht 202 eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration, wenn eine vergrabene isolierende Schicht (nicht gezeigt) unter der Halbleiterschicht 202 vorgesehen ist. Wie zuvor erläutert ist, ist das Halbleitermaterial 202 typischerweise aus Silizium oder Slizium/Germanium aufgebaut, da die meisten sehr komplexen Halbleiterbauelemente auf der Grundlage von Silizium hergestellt werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass andere Materialzusammensetzungen verwendet werden können, wenn dies zum Erreichen der gewünschten Schaltungseigenschaften geeignet ist.
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Wie auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist, umfasst der Transistor 250 Drain- und Sourcegebiete 251, möglicherweise in Verbindung mit Metallsilizidgebieten 252, und in ähnlicher Weise enthält das Schaltungselement 260 „Drain- und Sourcegebiete” 261 in Verbindung mit Metallsilizidgebieten 262. Des weiteren umfasst der Transistor 250 eine Gateelektrodenstruktur 255, die in der gezeigten Fertigungsphase ein Gatedielektrikumsmaterial 255a, möglicherweise in Verbindung mit einem leitenden Deckmaterial, eine Abstandshalterstruktur 255c und ein oder mehrere Materialschichten 255d mit einer Metallsorte aufweist, um die Austrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen 255 einzustellen. In ähnlicher Weise umfasst das Schaltungselement 260 eine „Gateelektrodenstruktur” 265 mit den Komponenten 265a. 265c und 255d. Ferner sind entsprechende Öffnungen 255o, 265o in den Strukturen 255, 265 vorgesehen und sind mit einem Opfermaterial 206 gefüllt. Das Opfermaterial ist in einer späteren Fertigungsphase zu entfernen kann in Form eines Materials mit gewünschten Abscheideeigenschaften vorgesehen werden und ist auf der Grundlage sehr selektiver Ätzrezepte wieder zu entfernen, ohne dass das Materialsystem 255c unnötig beeinflusst wird. Beispielsweise ist eine Vielzahl von „optischen Einebnungsmaterialien” verfügbar und kann als Opfermaterials 206 verwendet werden. Ein geeignetes Materialsystem kann effizient ermittelt werden, indem Experimente mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen durchgeführt werden, um das Abscheideverhalten und das Ätzverhalten bei Einwirkung von Plasmaätzrezepten, Ioensputter-Techniken und dergleichen zu bestimmen. Ferner können die Abtragungseigenschaften auf der Grundlage von Experimenten bestimmt werden, um damit eine geeignete Materialzusammensetzung und Ätzrezept zum Entfernen verbleibender Bereiche des Opfermaterials 206 zu bestimmen, ohne dass die darunter liegenden Materialien unerwünscht beeinflusst werden.
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Das Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Die Schaltungselemente 250, 260 werden auf der Grundlage einer beliebigen Prozessstrategie aufgebaut, wie dies auch beispielsweise zuvor beschrieben ist, wenn auf das Halbleiterbauelement 100 verwiesen ist. D. h., nach der Herstellung eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials 203 zum Einschließen der Elektrodenstrukturen 255 und 265 wird eine Oberfläche dieser Komponenten mittels einer geeigneten Prozesstechnik freigelegt und danach wird ein Platzhalterelektrodenmaterial, das schematisch als 250b, 265b gezeigt ist, etwa in Form von Polysilizium, Silizium/Germanium und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit weiteren Deckmaterialien und dergleichen, auf der Grundlage gut etablierter Ätztechniken entfernt. Als nächstes werden die Materialschicht oder Materialschichen 255d etwa in Form von Titannitrid, Tantalnitrid und dergleichen, aufgebracht, wodurch eine anfängliche Breite der Öffnungen 255o, 265o verringert wird, da eine entsprechende Schichtdicke so erforderlich ist, dass zumindest das Material 255a in der kritischen Öffnung 255o bedeckt wird. Es sollte beachtet werden, dass das Material 255d eine geeignete Metallsorte zum Einstellen der Austrittsarbeit des Transistors 250 aufweisen kann, was von der Leitfähigkeitsart des Transistors 255 abhängt. Zu diesem Zweck kann eine geeignete dünne Schicht in der Schicht 255d vorgesehen werden, um eine Diffusion der entsprechenden Metallsorte in einer späteren Fertigungsphase hervorzurufen. Unabhängig von der eigentlichen Struktur der Schicht 255d wird eine deutliche Verringerung der anfänglichen Breite der Öffnung 255o, wie dies durch 255r angedeutet ist, hervorgerufen auf Grund von Überhängen an dem oberen Bereich 255t der Gateelektrodenstruktur 255, wie dies auch zuvor mit dem Bauelement 100 erläutert ist. Nach dem Abscheiden der Materialschicht oder Schichten 255d wird das Opfermaterial 206 vorgesehen, etwa durch Abscheiden eines Polymermaterials in einem Zustand geringer Viskosität auf der Grundlage von Aufschleuderverfahren, wobei die geeignet ausgewählten Spaltfülleigenschaften zu einem effizienten Füllen der Öffnung 255o führen. Beispielsweise kann ein gewisser Grad an Überfüllung der Öffnungen 255o, 265o erreicht werden, wobei sich auch eine im Wesentlichen ebene Oberflächentopographie einstellt. Nach einer möglichen weiteren Behandlung der Schicht 206, beispielsweise durch Ausführen einer Wärmebehandlung und/oder einer Behandlung auf der Grundlage von Strahlung und dergleichen, werden die gewünschten Materialeigenschaften etwa im Hinblick auf die chemische Widerstandsfähigkeit während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 200 eingestellt, wenn die reduzierte Breite 255r vergrößert wird, um damit bessere Bedingungen zu erhalten, wenn ein Elektrodenmaterial in die Öffnung 255o einzufüllen ist. Als nächstes wird eine Ätzumgebung oder ein an derer Abtragungsprozesss, etwa ein Polierprozess, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist, ausgeführt, um den oberen Bereich 255t freizulegen. Wie gezeigt, kann ein Ätzprozess 207, etwa in Form eines nasschemischen Ätzprozesses, eines plasmaunterstützten Ätzprozesses und dergleichen, ausgeführt werden, um einen überschüssigen Bereich der Schicht 206 abzutragen.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer fortgeschrittenen Phase des Ätzprozesses 207 (siehe 2a) oder während eines separaten Ätzprozesses 207b, in welchem der obere Bereich 255t der Gateelektrodenstruktur 255 freigelegt wird. Während des Ätzprozesses 207b wird auch die Materialschicht 255d geätzt, während das darunter liegende dielektrische Material 203 als ein Ätzstoppmaterial dient. In anderen Fällen ist abhängig von der Zusammensetzung der Schicht oder Schichten 255d der Materialabtrag im Material 255d weniger ausgeprägt während des Ätzprozesses 207b, so dass ein gewünschter Teil des oberen Bereichs 255t und der Schicht 255d freigelegt wird.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es der Einwirkung einer Prozessatmosphäre 208 unterworfen wird, die geeignet gestaltet ist, um einen Materialabtrag vorzugsweise an den oberen Bereich 255t in Gang zu setzen, wodurch die Breite der Öffnung 255o an dem oberen Bereich 255t vergrößert wird, wie dies durch eine Breite 255x angezeigt ist. Zu diesem Zweck wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Materialabtragungsprozess 208 auf der Grundlage eines plasmaunterstützten Ätzrezepts ausgeführt, in welchem geeignete Reaktanden auf der Grundlage von Fluor, Chlor und dergleichen verwendet werden, um vorzugsweise Material der Schicht 255d abzutragen, während das Abtragen des Materials 203 weniger ausgeprägt ist. Während des Prozesses 208 kann auch ein Teil des Opfermaterials 206 aufgebracht werden, wodurch zunehmend ein oberer Bereich von Seitenwänden der Öffnung 255a freigelegt wird.
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In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird der Materialabtragungsprozess 208 auf der Grundlage eines effizienten Teilchenbeschusses, etwa als ein Ionensputterbeschuss ausgeführt, der als ein Prozess zu verstehen ist, in welchem Gasmoleküle oder Atome ionisiert und die ionisierten Teilchen auf der Grundlage des geeigneten Beschleunigungssystems beschleunigt werden, wodurch in Teilchen ausreichend genetische Energie verliehen wird, um Atome aus einer Oberflächenschicht freilegende Bereiche herauszulösen. In den oberen Bereich 255t, d. h. an Ecken der Öffnung 255o, ist der gesamte Materialabtrag ausgeprägter im Vergleich zu horizontalen Bereichen auf Grund der größeren Oberfläche, für die eintreffenden energetischen Ionen oder neutralen Teilchen verfügbar ist. Folglich wird die Breite 255x erhöht, ohne dass in ausgeprägter Weise Material des dielektrischen Materials 203 entfernt wird, während der verbleibende Teils des Opfermaterials 206 weiterhin zuverlässig das Material 255d zumindest an der Unterseite der Öffnung 255o schützt. Es sollte beachtet werden, dass ein gewünschter Grad an „Eckenverrundung” effizient erreicht werden kann, indem geeignete Prozessparameter des Prozesses 208 eingestellt werden, was auf der Grundlage von Experimenten unter Anwendung unterschiedlicher Schusssorten und Energien für einen Ionensputterprozess in Verbindung mit Materialien 203 und 255d und der speziellen durch die Öffnung 255o gegebenen Geometrie bewerkstelligt werden kann.
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2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende des Materialabtragungsprozesses 208 aus 2c. Wie gezeigt, wird ein gewünschter Grad an Eckenverrundung an den oberen Bereich 255t erreicht, so dass eine größere Breite 255x zu einer verbesserten Querschnittsform der Öffnung 255o im Hinblick auf die weitere Bearbeitung des Bauelements 200 erreicht wird. In der gezeigten Fertigungsphase ist weiterhin ein Teil des Opfermaterials 206 in der Öffnung 255o und auch in der Öffnung 265o enthalten. In der gezeigten Ausführungsform besitzt eine Dicke 255y der Materialschicht 255d ein Minimum an den oberen Bereich 255t auf Grund des vorhergehenden Materialabtragungsprozesses 208 aus 2c, wobei die Schicht 255d in dem obersten Teil des Bereichs 255t im Wesentlichen vollständig entfernt ist, wobei dies von den Prozessparametern des Prozesses 208 (siehe 2c) abhängt.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es der Einwirkung einer weiteren Prozessumgebung 209 ausgesetzt ist, in der der verbleibende Bereich des Materials 206 (siehe 2d) aus den Öffnungen 255o, 265o entfernt wird. Wie zuvor erläutert ist, ist eine Vielzahl organischer Materialien verfügbar, die hohe Abtragungsraten aufweisen, wenn sie der Einwirkung bekannter nasschemischer oder plasmaunterstützter Ätzprozesse ausgesetzt werden, wobei eine Abtragsrate für andere Materialien, etwa die Schicht 255d und das dielektrische Material 203 deutlich geringer ist. Während des Abtragungsprozesses 209 können beispielsweise nasschemische Rezepte, etwa in Form von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) und dergleichen abhängig von dem Ätzwiderstandsverhalten der Schicht 255d angewendet werden, um in effizienter Weise Kupfermaterial abzutragen. In anderen Fällen werden sauerstoffbasierte Plasmaprozesse angewendet, um den verbleibenden Teil des Opfermaterials zu entfernen. Zu diesem Zweck können geeignete Rezepte auf der Grundlage von Experimenten ermittelt werden. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird der Abtragungsprozess 209 auf der Grundlage von Strahlung ausgeführt, etwa mittels Ultraviolettstrahlung oder dergleichen, oder auf der Grundlage anderer Prozesse, in denen ausreichend Energie in den verbleibenden Teil des Opfermaterials 206 (siehe 2d) eingebracht werden kann, um das Verdampfen dieses Materials in Gang zu setzen, ohne dass andere Materialsysteme, etwa die Schicht 255d unnötig beeinflusst werden. Auch in diesem Falle sind geeignete Strahlungsquellen, etwa Laserquellen, blitzlichtbasierte Quellen und dergleichen typischerweise in Halbleiterfertigungsstätten verfügbar.
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2f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein Elektrodenmaterial 255e, etwa in Form von Aluminium oder einem anderen geeigneten leitenden Material, in den Öffnungen 255o, 265o auf der Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik 210 abgeschieden wird. Beispielsweise können Sputter-Abscheidetechniken, beispielsweise für das Bereitstellen einer Saatschicht, falls erforderlich, und dergleichen, CVD-(chemische Dampfabscheide-)Prozesse, elektrochemische Abscheideprozesse, etwa Elektroplattieren und/oder stromloses Plattieren und dergleichen, angewendet werden, möglicherweise auch in Kombination, um die Öffnungen 255o, 265o zu füllen. Wie zuvor erläutert ist, wird auf Grund der verbesserten Querschnittsform des oberen Bereichs 255t, der die größere Bereich 255x aufweist, ein zuverlässiges Füllen der kritischen Öffnung 255o erreicht, wodurch die gesamte Produktgleichmäßigkeit deutlich verbessert wird, wodurch auch zu einer hohen Produktionsausbeute beigetragen wird.
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2g zeigt schematisch das Bauelement 200 während eines Abtragungsprozesses 211, etwa einem Polierprozess in Form eines CMP-Prozesses, in welchem überschüssiges Material entfernt wird, um die Gateelektrodenstrukturen 255, 265 zu erhalten, die ein Gateelektrodenmaterial 255e in Verbindung mit der austrittsarbeitseinstellenden Schicht oder Schichten 255d und dem Gatedielektrikumsmaterial 255a mit einem dielektrischen Material mit großem ε enthalten, wie dies auch zuvor erläutert ist. Während des Abtragungsprozesses 211 dient das dielektrische Material 203 in Verbindung mit der Abstandshalterstruktur 255b und 265c als ein Stoppmaterial, falls erforderlich, wodurch die zuvor eingestellte Größe 255x am oberen Bereich 255t für die kritische Gateeletrodenstruktur 255 erhalten wird. In anderen Fällen umfasst der Abtragungsprozess 211 eine zusätzliche Prozessphase, in der ein gewisser Grad an Materialabtrag, wie dies durch 211d angegeben ist, in Gang gesetzt wird, um die anfängliche Breite 255x zu verringern, wodurch die „Länge” der Gateelektrodenstruktur 255 am oberen Bereich 255t eingestellt wird. Eine entsprechende Verringerung der lateralen Abmessung 255x, wie dies durch 211d angegeben ist, kann in dicht gepackten Bauteilgebieten vorteilhaft sein, um die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Leckstromwegen oder Kurzschlüssen bei der Herstellung von Kontaktelementen in einer späteren Fertigungsphase zu verringern.
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Folglich umfasst der Transistor 250 die Gateelektrodenstruktur 255 mit dem besseren elektrischen Verhalten auf Grund des Vorsehens eines dielektrischen Materials mit großem ε in der Schicht 255a in Verbindung mit dem gut leitenden Materials 255e, während das metallenthaltende Material 255d zu der gewünschten Austrittsarbeit führt. Ähnliche Kriterien gelten auch für die Gateelektrodenstruktur 265.
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2h zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer Fertigungsphase, in der das Opfermaterial 206 über dem Transistor 250 und über dem Schaltungselement 260 vorgesehen ist. Auf Grund der unterschiedlichen lateralen Abmessungen der Öffnungen 255o, 265o kann die Oberflächenebenheit des Materials 206 sowie dessen Füllstatus unterschiedlich sein, beispielsweise kann das Spaltfüllverhalten für die Öffnung 255o deutlich geringer ausgeprägt sein im Vergleich zu der Breitenöffnung 265o. In diesem Falle wird ein Einebnungsprozess 211 ausgeführt, etwa in Form eines CMP-Prozesses, wodurch die Oberflächenungleichmäßigkeit des Materials 206 verringert wird, ohne dass im Wesentlichen zu einem weiteren Materialabtrag in der Öffnung 255o beigetragen wird. Während des Prozesses 212 kann folglich die Materialschicht 255d freigelegt werden, wodurch auch der Bereich 255t freigelegt wird. Daraufhin wird ein Materialabtragungsprozess ausgeführt, wie dies zuvor beschrieben ist, um die Breite des oberen Bereichs 255t zu vergrößern, wie zuvor erläutert ist. Während dieses Prozesses schützt das Material 206 in der Öffnung 255o weiterhin das Material 255d an der Unterseite der Öffnung 255o. In anderen Fällen wird nach dem Einebnen der Schicht 206 eine weitere Abscheidung des Opfermaterials ausgeführt, möglicherweise in Verbindung mit einem weiteren Einebnungsprozess, wodurch die Öffnung 255o zunehmend gefüllt wird, wenn dies als geeignet erachtet wird.
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Auf der Grundlage des Einebnungsprozesses 212 können somit durch Abscheidung hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten kompensiert oder zumindest deutlich verringert werden, wenn das Opfermaterial 206 aufgebracht wird, wodurch ein höherer Grad an Flexibilität bei der Auswahl geeigneter Materialien möglich ist, da die Spaltfülleigenschaften weniger kritisch sind.
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2i bis 2k zeigen schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen das Opfermaterial vor dem Abscheiden des Materials 255d aufgebracht wird.
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2i zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer Phase, in der das Opfermaterial 206 in der Öffnung 255o gebildet ist, die seine anfängliche Breite, wie sie durch die Abstandshalterstruktur 255c festgelegt ist, besitzt. D. h., die Breite der Öffnung 255o entspricht im Wesentlichen einer Entwurfsgatelänge der Gateelektrodenstruktur 255. In diesem Falle kann das Opfermaterial 206 zuverlässig in der Öffnung 2550 eingefüllt werden, wodurch ebenfalls der Bereich 255a zuverlässig bedeckt wird.
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2j zeigt schematisch das Bauelement 200 während eines Materialabtragungsprozesses, der auf einem Ätzprozess 213a oder einem Polierprozess 213b oder einer Kombination dieser beiden Prozesstechniken basiert. Während des Abtragungsprozesses und der Prozesse 213a, 213b wird somit der obere Bereich 255t freigelegt, wie dies auch zuvor erläutert ist, wodurch ein effizienter Kantenverrundungsprozess oder Materialerosionsprozess möglich wird.
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2k zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der der obere Bereich 255t die größere Breite 255x besitzt, die auf der Grundlage eines geeigneten Materialabtragungsprozesses erreicht wird, wie dies zuvor erläutert ist. Ferner schützt ein verbleibender Teil des Opfermaterials 206 weiterhin zuverlässig das Material 255a. Während der weiteren Bearbeitung kann somit der verbleibende Bereich 206 entfernt werden, wie dies zuvor erläutert ist, und die weitere Bearbeitung wird fortgesetzt, indem ein oder mehrere Materialien zum Einstellen der Eigenschaften der Gateelektrodenstruktur 255 abgeschieden werden, beispielsweise indem eine oder mehrere metallenthaltende Schichten mit einer austrittsarbeitseinstellenden Sorte hergestellt werden. Auf Grund der besseren Querschnittsform ist eine Verringerung der Breite des oberen Bereichs 255t weniger kritisch und somit führt das nachfolgende Abscheiden des eigentlichen Elektrodenmaterials zu einem vollständigen Füllen der Öffnung 255o.
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Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen ein Opfermaterial effizient zum Schützen empfindlicher Materialien, etwa von dielektrischen Materialien mit großem ε mit einer Dielektrizitätskonstante von größer als 10,0, etwa von austrittsarbeitseinstellenden Materialien und dergleichen, während eines Prozesses geschützt werden können, um die Länge einer Gateelektrodenstruktur an deren Oberseite zu vergrößern. Auf der Grundlage der besseren Querschnittsform der Gateöffnung kann folglich zumindest das eigentliche Elektrodenmaterial mit einer besseren Prozessgleichmäßigkeit und Zuverlässigkeit eingefüllt werden. Es sollte beachtet werden, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sich auf ein Gatedielektrikumsmaterial, etwa das Material 255a, 265a beziehen, in welchem ein dielektrisches Material mit großem ε eingebaut ist, dessen Eigenschaften nachfolgend durch Vorsehen eines austrittsarbeitseinstellenden Materials in einer sehr späten Fertigungsphase eingestellt werden. In anderen Fällen kann auch das Gatedielektrikumsmaterial zuminderst teilweise entfernt oder ein dielektrisches Material mit großem ε ersetzt werden, wobei auch hier die bessere Querschnittsform der jeweiligen Öffnung zu besseren Abscheidebedingungen führt.
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Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher dient diese Beschreibung lediglich anschaulichen Zwecken und soll dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Lehre vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der vorliegenden Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
