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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 frühen Fertigungsphase hergestellt ist.
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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 macht es erforderlich, dass eine große Anzahl an Schaltungselementen auf einer gegebenen Chipfläche gemäß einem spezifizierten Schaltungsaufbau hergestellt wird, wobei Feldeffekttransistoren eine wichtige Art an Schaltungselementen repräsentieren, die das Leistungsverhalten der integrierten Schaltungen wesentlich bestimmen. Gegenwärtig wird eine Vielzahl an Prozesstechnologien eingesetzt, wobei für viele Arten 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 von beispielsweise der CMOS-Technologie werden Millionen Transistoren, beispielsweise 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, typischerweise sogenannte pn-Übergänge, die durch eine Grenzfläche gebildet sind, die zwischen stark dotierten Gebieten, die als Drain- und Sourcegebiete bezeichnet werden, und einem leicht dotierten oder nicht dotierten Gebiet, etwa einem Kanalgebiet, angeordnet ist, das benachbart zu den stark dotierten Gebieten positioniert 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 in den Drain- und Sourcegebieten, 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 werden die meisten integrierten Schaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt, auf Grund dessen nahezu unbeschränkter Verfügbarkeit, auf Grund der gut verstandenen Eigenschaften des Siliziums und zugehöriger Materialien und Prozesse und auf Grund der Erfahrung, die über letzten 50 Jahre gewonnenen wurde. Daher bleibt Silizium mit hoher Wahrscheinlichkeit das Material der Wahl für künftige Schaltungsgenerationen, die für Massenprodukte hergestellt sind. Ein Grund für die Wichtigkeit des Siliziums bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind die guten Eigenschaften einer Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche, die ein zuverlässiges elektrisches Isolieren unterschiedlicher Siliziumgebiete voneinander ermöglicht. Die Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche ist bei hohen Temperaturen stabil und ermöglicht das nachfolgende Ausführen von Hochtemperaturprozessen, wie sie beispielsweise in Ausheizprozessen zum Aktivieren von Dotierstoffen und zum Ausheilen von Kristallschäden erforderlich sind, ohne dass dabei die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche beeinträchtigt werden. Aus den zuvor dargelegten Gründen wird Siliziumdioxid vorzugsweise als ein Basismaterial für eine Gateisolationsschicht in Feldeffekttransistoren eingesetzt, die die Gateelektrode, die häufig aus Polysilizium aufgebaut ist, von dem Siliziumkanalgebiet trennt. Beim stetigen Verbessern des Verhaltens von Feldeffekttransistoren wurde die Länge des Kanalgebiets stetig verringert, um die Schaltgeschwindigkeit und den Durchlassstrom zu erhöhen. 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 vorgegebenen Versorgungsspannung bereitzustellen, ist eine gewisse kapazitive Kopplung erforderlich, die von dem Kondensator hervorgerufen wird, der durch die Gateelektrode, das Kanalgebiet und das dazwischen angeordnete Siliziumdioxid gebildet ist. Es zeigt sich, dass eine Verringerung der Kanallänge bei einer planaren Transistorkonfiguration eine größere kapazitive Kopplung in Verbindung mit komplexen lateralen und vertikalen Dotierstoffprofilen in den Drain- und Sourcegebieten erfordert, 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 Transistoren mit einer relativ geringen Versorgungsspannung und damit mit einer geringen Schwellwertspannung weisen einen exponentiellen Anstieg des Leckstromes auf Grund der erforderlichen größeren kapazitiven Kopplung der Gateelektrode an das Kanalgebiet auf. D. h., konventioneller Weise wird die Dicke der Siliziumdioxidschicht entsprechend verringert, um die erforderliche Kapazität zwischen dem Gate und dem Kanalgebiet zu schaffen. 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 äußerst kurzen Kanal typischerweise auf Hochgeschwindigkeitsanwendungen beschränkt wird, 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 nicht mehr mit den Erfordernissen für viele Arten an Schaltungen verträglich sind.
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Aus diesem Grunde wurden neue Strategien entwickelt, um die Beschränkungen zu überwinden, die durch die hohen Leckströme äußerst dünner Siliziumdioxid-basierter Gateisolationsschichten hervorgerufen werden. Ein vielversprechender Ansatz ist das Ersetzen der konventionellen dielektrischen Materialien zumindest teilweise durch dielektrische Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante, die deutlich größer ist als die Dielektrizitätskonstante von siliziumdioxidbasierten 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, etwa in Form von Hafniumoxid, Zirkonoxid und dergleichen. Zusätzlich zu dem Vorsehen eines dielektrischen Materials mit großem ε in den Gateisolationsschichten werden auch geeignete metallenthaltende Materialien eingebaut, da die erforderlichen Austrittsarbeitswerte für p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren nicht mehr auf der Grundlage standardmäßiger Polysiliziumgatematerialien in Verbindung mit dem dielektrischen Material mit großem ε erreicht werden können. Die konventionelle Vorgehensweise mit dem Einbauen von p-Dotiermitteln in die Gateelektrode von p-Kanaltransistoren und n-Dotiermitteln in die Gateelektrode von n-Kanaltransistoren ist weniger attraktiv, da eine Verarmungszone sich in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Gatedielektrikum und dem Polysilizium ausbildet, die wiederum die effektive Dicke des Gatedielektrikums erhöht, wodurch die kapazitive Kopplung verringert wird.
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Zum Ersetzen des dotierten Siliziums zumindest an dieser Grenzfläche werden geeignete metallenthaltende Materialien vorgesehen, so dass sie die empfindlichen dielektrischen Materialien mit großem ε abdecken und als eine Quelle zum Einbau einer geeigneten Metallsorte, etwa Lanthan, Aluminium und dergleichen dienen, um damit in geeigneter Weise die Austrittsarbeit für n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren einzustellen. Auf Grund der Anwesenheit eines metallenthaltenden leitenden Materials wird die Erzeugung der Verarmungszone, wie sie typischerweise in polysiliziumbasierten Elektrodenmaterialien auftritt, im Wesentlichen vermieden.
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Der Vorgang des Herstellens einer komplexen Gateelektrodenstruktur auf der Grundlage eines dielektrischen Materials mit großem ε erfordert eine moderat komplexe Prozesssequenz, um eine geeignete Austrittsarbeit für die Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart einzustellen und auf Grund der Tatsache, dass dielektrische Materialien mit großem ε und die leitenden Deckmaterialien typischerweise sehr empfindlich sind, wenn sie gewissen Prozessbedingungen unterliegen, etwa hohen Temperaturen in Anwesenheit von Sauerstoff und dergleichen. Daher wurden geeignete Vorgehensweisen 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 Bereitstellen eines gut leitenden Elektrodenmetalls ersetzt 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 bewerkstelligt wird, ist dennoch eine komplexe Prozesssequenz zum Bereitstellen der unterschiedlichen Austrittsarbeitsmetalle in kritischen Gateöffnungen erforderlich.
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In anderen sehr vielversprechenden Vorgehensweisen werden die komplexen Gateelektrodenstrukturen mit der gewünschten Austrittsarbeit in einer sehr frühen Fertigungsphase hergestellt, während die weitere Bearbeitung auf vielen gut etablierten Prozessstrategien beruht. In diesem Falle werden das dielektrische Material mit großem ε und jegliche Metallsorten für das 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 ermöglicht wird.
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Auf Grund der weiter anhaltenden Forderung nach der Verringerung der Gatelänge von Transistoren müssen typischerweise sehr komplexe Strukturierungsschemata auf der Grundlage von Hartmaskenmaterialien angewendet werden. Da eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien in dem komplexen Gateschichtstapel vorhanden sind, d. h. die Gateisolationsschicht mit dem dielektrischen Material mit großem ε, eine metallenthaltende Deckschicht, die abhängig von der ausgewählten Prozessstrategie zwei oder mehr individuelle Materialschichten aufweisen kann, gefolgt von dem Siliziummaterial und einem dielektrischen Deckmaterial, das zusätzlich zu einem Hartmaskenmaterial zum geeigneten Strukturieren des Gateschichtstapels gemäß den Entwurfsregeln erforderlich sein kann, hängt die schließlich erreichte Form und die Gatelänge von jeglichen Unterschieden zwischen den Gateschichtstapeln von p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren ab. Zusätzlich zu jeglichen strukturierungsabhängigen Ungleichmäßigkeiten von Gateelektrodenstrukturen, die auf der Grundlage eines dielektrischen Materials mit großem ε in Verbindung mit einem Elektrodenmaterial mit einem metallenthaltenden Material und einem Siliziummaterial hergestellt sind, wurde auch ein gewisser Grad an Leistungseinbuße im Hinblick auf das Wechselstromverhalten komplexer Transistoren beobachtet, wobei angenommen wird, dass dies durch die Grenzfläche zwischen dem Siliziummaterial und dem metallenthaltenden Deckschichtmaterial hervorgerufen wird, wie dies nachfolgend detaillierter mit Bezug zu den 1a und 1d beschrieben ist.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100, das komplementäre Transistoren 150a, 150b aufweist, d. h. einen p-Kanaltransistor und einen n-Kanaltransistor, die in einer frühen Fertigungsphase vorliegen. Wie gezeigt, ist eine Gateelektrodenstruktur 160a auf einem Halbleitergebiet oder aktiven Gebiet 102a ausgebildet, während eine Gateelektrodenstruktur 160b auf einem aktiven Gebiet 102b gebildet ist. In diesem Zusammenhang sind aktive Gebiete als Halbleitergebiete zu verstehen, in denen geeignete pn-Übergänge ausgebildet sind und herzustellen sind, so dass diese als Drain- und Sourcegebiete der Transistoren 150a bzw. 150b dienen. Die aktiven Gebiete 102a, 102b sind in einer siliziumbasierten Halbleiterschicht 102 hergestellt, die wiederum über einem Substrat 101 ausgebildet ist, das ein geeignetes Trägermaterial, etwa ein Halbleitermaterial, und dergleichen repräsentiert. Die Halbleiterschicht 102 umfasst typischerweise Isolationsstrukturen (nicht gezeigt), die die aktiven Gebiete 102a, 102b gemäß den Bauteilerfordernissen lateral begrenzen. Bei Bedarf ist ein vergrabenes isolierendes Material (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 101 und der Halbleiterschicht 102 vorgesehen, wodurch eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration gebildet wird. Die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b besitzen typischerweise einen ähnlichen Aufbau und umfassen eine Gateisolationsschicht 163, die ein erstes dielektrisches Material 161, etwa in Form eines siliziumdioxidbasierten Materials, etwa ein Siliziumoxinitridmaterial, mit einer Dicke von 1 nm oder weniger aufweist, um damit in nicht unerwünschter Weise zu einer geringeren kapazitiven Kopplung beizutragen, wie dies zuvor erläutert ist. Des weiteren umfasst die Gateisolationsschicht 163 typischerweise ein dielektrisches Material 162 mit großem ε, etwa Hafniumoxid, Zirkonoxid und dergleichen, dass eine deutlich größere Dielektrizitätskonstante im Vergleich zu dem Material 161 besitzt, so dass insgesamt eine physikalisch größere Dicke des Gateisolationsmaterials 163 erreicht wird, wobei dennoch die gewünschte hohe kapazitive Kopplung beibehalten wird. Ferner ist ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial oder Deckmaterial 164 auf der Gateisolationsschicht 163 ausgebildet und weist ein beliebiges geeignetes Material auf, etwa Titannitrid und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit weiteren Metallsorten, sobald dies erforderlich ist. Ferner ist ein Siliziummaterial 165 auf der metallenthaltenden Deckschicht 164 ausgebildet und erzeugt somit eine Grenzfläche 164i mit dem metallenthaltenden Material 164. Des weiteren umfasst die Gateelektrodenstruktur 160a eine dielektrische Deckschicht 166, beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen. Ferner ist ein Seitenwandabstandshalter 167, etwa ein Siliziumnitridmaterial, an den Seitenwänden der Materialien 165, 164 und 163 ausgebildet. Im Prinzip besitzt die Gateelektrodenstruktur 160b im Wesentlichen den gleichen Aufbau mit Ausnahme von Modifizierungen in der Gateisolationsschicht 163 und/oder dem metallenthaltenden Deckmaterial 164, um eine geeignete effektive Austrittsarbeit des Materials 164 zu erhalten, wodurch die Schwellwertspannungen der Transistoren 150a, 150b eingestellt sind. D. h., wie zuvor erläutert ist, wird in komplexen Transistorelementen die Dotierstoffkonzentration in Kanalgebieten 151 der Transistoren reduziert, um damit eine unerwünschte Ladungsträgerstreuung zu vermeiden, so dass die endgültigen Schwellwertspannungen im Wesentlichen durch die Austrittsarbeit der Gateelektrodenmaterialien bestimmt ist. Dazu besitzen die metallenthaltenden Deckschichten 164 ggf. darin eingebaut geeignete Metallsorten, etwa Aluminium und dergleichen für p-Kanaltransistoren und Lanthan und dergleichen für n-Kanaltransistoren, was zu der gewünschten Austrittsarbeit und somit Schwellwertspannung führt. In anderen Vorgehensweisen wird eine geeignete Metallsorte in die Gateisolationsschicht 163 eingebaut, wodurch festliegende Dipolladungen erzeugt werden, die in Verbindung mit dem darüber liegenden metallenthaltenden Material 164 zu den gewünschten elektronischen Eigenschaften führen. In diesem Falle kann das Material 164 für die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160 identisch ausgewählt werden, solange die unterschiedlichen Eigenschaften in den Gateisolationsschichten 163 für die gewünschten Schwellwertspannungen sorgen.
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Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden. D. h., nach dem Vorsehen der aktiven Gebiete 102a, 102b auf der Grundlage von Prozesstechniken zur Herstellung von Isolationsstrukturen und zum Bereitstellen einer grundlegenden Dotierstoffkonzentration in den Gebieten 102a, 102b, wird das Gateisolationsmaterial 163 durch Abscheiden, Oxidation und dergleichen hergestellt, wie dies zum Bereitstellen der Materialien 161 und 162 erforderlich ist. Als nächstes werden geeignete Metallsorten über den aktiven Gebieten 102a, 102b hergestellt, um in geeigneter Weise die resultierende Austrittsarbeit einzustellen, wozu das Initiieren von Diffusionsprozessen gehören kann, um spezielle Metallsorten in die darunter liegende Gateisolationsschicht 163 zu diffundieren, während in anderen Fällen geeignete Materialien über der Gateisolationsschicht 163 angeordnet werden. Schließlich wird das leitende Deckmaterial 164 über den aktiven Gebieten 102a, 102b hergestellt und kann abhängig von der Prozessstrategie die gleiche Zusammensetzung oder eine unterschiedliche Zusammensetzung für die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b aufweisen. Daraufhin wird das Siliziummaterial 165 abgeschieden, woran sich das Abscheiden eines Deckmaterials 166 anschließt, beispielsweise in Form von Siliziumnitrid und dergleichen. Als nächstes werden weitere Materialien, etwa Hartmaskenmaterialien, etwa in Form von amorphem Kohlenstoff und dergleichen, in Verbindung mit dem Lackmaterial über dem resultierenden Schichtstapel angeordnet und werden verwendet, um den Schichtstapel zu strukturieren. Zu diesem Zweck wird das Lackmaterial verwendet, um das Hartmaskenmaterial und das dielektrische Deckmaterial 166 zu strukturieren, das dann effizient als eine Maske zum Ätzen durch das Siliziummaterial 165 und schließlich durch die Materialien 164 und 163 verwendet wird. Daraufhin wird der Abstandshalter 167 hergestellt, beispielsweise durch Abscheiden eines Siliziumnitridmaterials und durch Ätzen dieses Materials, um die Materialien 163 und 164 zuverlässig einzuschließen, die sehr empfindlich auf gewisse Prozessbedingungen und insbesondere auf die Einwirkung von Sauerstoff reagieren können.
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Die weitere Bearbeitung wird dann fortgesetzt, indem etwa die Deckschicht 166 entfernt wird, indem Drain- und Sourceerweiterungsgebiete möglicherweise in Verbindung mit zusätzlichen Versatzabstandshalterelementen hergestellt werden und schließlich eine weitere Seitenwandabstandshalterstruktur vorgesehen wird, um Drain- und Sourcegebiete herzustellen.
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1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfassen die Transistoren 150a, 150b Drain- und Sourcegebiete 152, in denen Metallsilizidgebiete 153 so vorgesehen sind, dass der gesamte Widerstand der Transistoren 150a, 150b reduziert wird. Zu beachten ist, dass die Drain- und Sourcegebiete 152 des Transistors 150a die inverse Leitfähigkeitsart im Vergleich zu den Drain- und Sourcegebieten 152 des Transistors 150b besitzen. Des weiteren ist ein Metallsilizid 168 auch in dem Siliziummaterial 165 ausgebildet, wodurch die gesamte Leitfähigkeit der Gateelektrodenstrukturen 160a und 160b weiter verbessert wird. Wie zuvor erläutert ist, können die Drain- und Sourcegebiete 152 auf der Grundlage einer Seitenwandabstandshalterstruktur 154 erzeugt werden, die zusammen mit den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b als eine Implantationsmaske dienen. Bekanntlich kann ein beliebiges geeignetes Maskierungsschema eingesetzt werden, eine geeignete Dotierstoffsorte für die Transistoren 150a, 150b zu implantieren, was bewerkstelligt werden kann, indem Lackmasken gemäß gut etablierter Prozesstechniken vorgesehen werden. Daraufhin werden Hochtemperaturprozesse angewendet, um die Dotiermittel zu aktivieren und um durch Implantation hervorgerufene Schäden zu rekristallisieren, wodurch das endgültige Dotierstoffprofil der Drain- und Sourcegebiete 152 erreicht wird. Als nächstes werden Metallsilizidgebiete 168 und 153 auf der Grundlage einer geeigneten Silizidierungssequenz hergestellt, wobei ein geeignetes Material, etwa Nickelsilizid, Kobaltsilizid, Platinsilizid und dergleichen erzeugt wird.
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Beim Betreiben der Transistoren 150a, 150b wurde beobachtet, dass insbesondere der Wechselstrom-Widerstand der Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b höher als erwartet ist, wobei man annimmt, dass dies durch die Grenzfläche 164i zwischen dem Material 164 und dem Polysiliziummaterial 165 hervorgerufen wird. Die Grenzfläche 164i repräsentiert eine Schottky-Barriere, die somit das Hochfrequenzverhalten der Gateelektrodenstrukturen 150a, 150b beeinflusst. Ferner können die Eigenschaften der Grenzfläche 164i weiter beeinträchtigt werden bei Kontakt mit Sauerstoff während der gesamten Prozesssequenz zur Herstellung der Transistoren 150a, 150b, da auf Grund der Sauerstoffaffinität des Materials 164 ein gewisser Grad an Sauerstoffansammlung auftreten kann. Da im Allgemeinen die Schottky-Barriere abgesenkt wird, indem eine moderat hohe Dotierstoffkonzentration in dem Halbleitermaterial vorgesehen wird, wurde vorgeschlagen, zusätzlich zu Dotierstoffsorten, die während der Implantationssequenzen zur Herstellung der Drain- und Sourcegebiete 152 eingeführt werden, einen gewissen Grad an Vordotierung des Materials 165 vorzusehen.
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Es sei erneut auf 1a verwiesen. Wie gezeigt, umfassen die Gateelektrodenstrukturen einen vordatierten Bereich 165a bzw. 165b, der auf der Grundlage eines Implantationsprozesses geschaffen wird, wodurch ebenfalls eine höhere Dotierstoffkonzentration in der Nähe der Grenzfläche 164i erzeugt wird. Wie zuvor erläutert ist, kann jedoch auf Grund der dotierten Bereiche 165a, 165b, die Dotiermittel unterschiedlicher Leitfähigkeitsart enthalten, der resultierende Strukturierungsprozess auf Grund des unterschiedlichen Ätzverhaltens des dotierten Siliziummaterials im Vergleich zu undatiertem Siliziummaterial deutlich beeinflusst werden, insbesondere wenn unterschiedliche Arten an Dotiermitteln verwendet werden. Wenn beispielsweise die Ätzchemie so eingestellt wird, dass eine wesentliche laterale Ätzrate für nicht-dotiertes oder leicht dotiertes Siliziummaterial vermieden wird, kann eine ausgeprägte laterale Ätzrate in dem dotierten Bereich 165a auftreten, woraus sich „unterätzte” Bereiche ergeben können, wie dies durch 165c angegeben ist. In ähnlicher Weise kann ein anderes Ätzverhalten auch in dem dotierten Gebiet 165b hervorgerufen werden, was somit zu einer ungleichmäßigen Querschnittsform in den Gateelektrodenstrukturen 164a, 160b führt, wobei ein Unterschied in der Form zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b auftreten kann.
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Obwohl das Vordatieren des Siliziummaterials zu einer erhöhten Dotierstoffkonzentration an der Grenzfläche 164i führt, wodurch die Schottky-Barriere abgesenkt wird, kann folglich der konventionelle Ansatz zu zusätzlichen Ungleichmäßigkeiten der Gateelektrodenstrukturen insbesondere für komplementäre Transistoren beitragen.
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Die
US 6 319 804 B1 offenbart Verfahren zum separaten Dotieren von Gate- und Source/Drainbereichen von Feldeffekttransistoren.
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Die
US 6 432 763 B1 offenbart eine Gateisolationsschicht aus Material mit hoher Dielektrizitätskonstante.
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Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereitzustellen, in denen Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen werden, während ein 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 Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen komplexe Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen werden, wobei eine Grenzfläche zwischen einem metallenthaltenden Deckmaterial und einem halbleiterbasierten Bereich des Elektrodenmaterials eine höhere Dotierstoffkonzentration besitzt, um damit eine entsprechende Schottky-Barriere deutlich zu verringern. Dazu wird das Halbleitermaterial auf einem metallenthaltenden Deckmaterial mit einer gewünschten hohen Dotierstoffkonzentration hergestellt, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Dotierstoffverteilung in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise vorliegt, so dass im Wesentlichen gleichmäßige Materialeigenschaften beim Ätzen des halbleiterbasierten Elektrodenmaterials der Gateelektrodenstruktur angetroffen werden. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird das dotierte Halbleitermaterial, etwa Silizium, Silizium/Germanium, und dergleichen, für die Gateelektrodenstrukturen komplementärer Transistoren so vorgesehen, dass auch gleichmäßige Prozessbedingungen für die Gateelektrodenstrukturen von Transistoren mit unterschiedlicher Leitfähigkeitsart erreicht werden. Durch geeignetes Vordotieren des Halbleitermaterials der Gateelektrodenstrukturen kann somit eine ausreichend hohe Dotierstoffkonzentration an der Grenzfläche bewahrt werden, selbst nach dem Ausführen nachfolgender Implantationsprozesse zur Herstellung von Drain- und Sourceerweiterungsgebieten und von tiefen Drain- und Sourcebereichen, wobei die Gateelektrodenstrukturen als eine effiziente Implantationsmaske dienen. Daher sind gleichmäßige Prozessbedingungen während der Strukturierung der komplexen Gateelektrodenstrukturen sichergestellt, während die erhöhte Dotierstoffkonzentration an der Grenzfläche, die durch den metallenthaltenden Elektrodenmaterialbereich und den halbleiterbasierten Elektrodenmaterialbereich gebildet ist, zu einem besseren elektrischen Verhalten der Gateelektrodenstrukturen führt.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Gateisolationsschicht auf einem Halbleitergebiet eines Halbleiterbauelements, wobei die Gateisolationsschicht ein dielektrisches Material mit großem ε aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Elektrodenmaterials auf der Gateisolationsschicht durch Bilden einer metallenthaltenden Deckschicht auf der Gateisolationsschicht und durch Abscheiden eines dotierten Halbleitermaterials über der metallenthaltenden Deckschicht.
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Des weiteren umfasst das Verfahren das Bilden einer dielektrischen Deckschicht über dem Elektrodenmaterial und das Bilden einer Gateelektrodenstruktur aus der Gateisolationsschicht und dem Gateelektrodenmaterial.
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Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung komplementärer Transistoren eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden eines dotierten Halbleitermaterials über einem ersten Halbleitergebiet und einem zweiten Halbleitergebiet, wobei das dotierte Halbleitermaterial die gleiche Leitfähigkeitsart über dem ersten und zweiten Halbleitergebiet besitzt. Das erste und das zweite Halbleitergebiet weisen darauf ausgebildet eine Gateisolationsschicht mit einem dielektrischen Material mit großem ε und eine metallenthaltende Deckschicht auf. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer ersten Gateelektrodenstruktur auf dem ersten Halbleitergebiet und einer zweiten Gateelektrodenstruktur auf dem zweiten Halbleitergebiet zumindest aus dem dotierten Halbleitermaterial, der Gateisolationsschicht und der metallenthaltenden Deckschicht. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden von Drain- und Sourcegebieten in dem ersten und dem zweiten Halbleitergebiet und das Bilden eines Metallsilizids in den Drain- und Sourcegebieten und in dem dotierten Hableitermaterial der ersten und der zweiten Gateelektrodenstruktur.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst eine erste Gateelektrodenstruktur, die auf einem ersten Halbleitergebiet eines ersten von zwei komplementären Transistoren gebildet wird. Die erste Gateelektrodenstruktur umfasst eine erste Gateisolationsschicht mit einem dielektrischen Material mit großem ε, ein erstes metallenthaltendes Elektrodenmaterial, das auf der ersten Gateisolationsschicht gebildet ist, und ein erstes dotiertes Halbleitermaterial, das eine erste Grenzfläche mit dem ersten metallenthaltenden Elektrodenmaterial bildet. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner eine zweite Gateelektrodenstruktur, die auf einem zweiten Halbleitergebiet eines zweiten der beiden komplementären Transistoren gebildet ist. Die zweite Gateelektrodenstruktur umfasst eine zweite Gateisolationsschicht mit einem dielektrischen Material mit großem ε, ein zweites metallenthaltendes Elektrodenmaterial, das auf der zweiten Gateisolationsschicht gebildet ist, und ein zweites dotiertes Halbleitermaterial, das eine zweite Grenzfläche mit dem zweiten metallenthaltenden Elektrodenmaterial bildet, wobei das erste und das zweite dotierte Halbleitermaterial die gleiche Leitfähigkeitsart an der ersten und der zweiten Grenzfläche besitzen.
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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 und 1b schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung komplementärer Transistoren auf der Grundlage einer Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε zeigen, deren Austrittsarbeit in einer frühen Fertigungsphase gemäß konventioneller Strategien eingestellt wird;
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2a bis 2e schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn komplementäre Transistoren mit komplexen Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage eines vordotierten Halbleitermaterials hergestellt werden, das elektrische Verhalten der Gateelektrodenstrukturen gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu verbessern; und
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2f bis 2h schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen eine gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration mit besseren Prozesstoleranzbereichen während nachfolgender Implantationsprozesse gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen erreicht wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien werden komplexe Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε auf der Grundlage einer Prozessstrategie hergestellt, in der die Austrittsarbeit und damit die Schwellwertspannung der Transistoren in einer frühen Fertigungsphase eingestellt wird. Dazu wird ein geeignet dotiertes Halbleitermaterial, etwa ein Siliziummaterial, ein Silizium/Germanium-Material, ein Germanium-Material und dergleichen auf dem metallenthaltenden Deckmaterial aufgebracht, wodurch eine gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration an der Grenzfläche erreicht wird, die zwischen dem Halbleitermaterial und dem metallenthaltenden Deckmaterial gebildet ist, das wiederum zu einem besseren elektrischen Verhalten etwa im Hinblick auf ein besseres Hochfrequenzverhalten führt. in einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das dotierte Halbleitermaterial mit der gleichen Materialzusammensetzung in den Gateelektrodenstrukturen komplementärer Transistoren hergestellt, wodurch eine sehr gleichmäßige Prozesssequenz beim Strukturieren des Gateschichtstapels bereitgestellt wird, da im Wesentlichen der gleiche Stapelaufbau für p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren vorliegt. Andererseits kann ein Einfluss des dotierten Halbleitermaterials auf die schließlich erreichte Austrittsarbeit effizient verringert werden, indem eine geeignete Dicke für das metallenthaltende Deckmaterial ausgewählt wird, das somit möglicherweise in Verbindung mit weiteren Metallsorten, die in die Gateisolationsschicht eindiffundiert sind, die resultierende Austrittsarbeit und somit die Schwellwertspannung der Transistoren bestimmt, unabhängig von der Leitfähigkeitsart des darüber liegenden dotierten Halbleitermaterials. Folglich kann in Verbindung mit Metallsilizid, das in dem dotierten Halbleitermaterial gebildet wird, eine höhere Leitfähigkeit der Gateelektrodenstrukturen erreicht werden, während gleichzeitig durch Strukturierung hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten deutlich eingeschränkt werden.
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Des weiteren wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen die zusätzliche Menge an Dotierstoffen, die beim Bilden von Drain- und Sourcegebieten eingebaut wird, reduziert, indem ein dielektrisches Deckmaterial beibehalten wird, wenn zumindest ein Teil der Drain- und Sourcegebiete hergestellt wird. Folglich können geeignete Implantationsenergien zur Herstellung der Drain- und Sourcegebiete angewendet werden, während gleichzeitig die grundlegende Dotierstoffkonzentration in den vordotierten Halbleitermaterial im Wesentlichen durch die zusätzlichen Drain- und Sourceimplantationssorten an der Grenzfläche zu der Metalldeckschicht im Wesentlichen nicht modifiziert wird.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2h werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a und 1b verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch einen Querschnitt eines Halbleiterbauelements 200 mit einem Substrat 201, über welchem eine Halbleiterschicht 202 gebildet ist. Die Halbleiterschicht 202, die ein beliebiges geeignetes Halbleitermaterial, etwa ein Siliziummaterial, ein Silizium/Germanium-Material, ein Germanium-Material und dergleichen, ist, besitzt darin ausgebildet Halbleitergebiete oder aktive Gebiete 202a, 202b, die durch geeignete Isolationsstrukturen (nicht gezeigt) lateral begrenzt sind. Die aktiven Gebiete 202a, 202b repräsentieren Transistoren der gleichen Leitfähigkeitsart, etwa n-Kanaltransistoren oder p-Kanaltransistoren, die möglicherweise unterschiedliche Schwellwertspannungen und dergleichen erfordern. In einigen anschaulichen Ausführungsformen repräsentieren die aktiven Gebiete 202a, 202b die aktiven Gebiete zweier komplementärer Transistoren, d. h. eines n-Kanaltransistors und eines p-Kanaltransistors. Folglich besitzen in diesem Falle die aktiven Gebiete 202a, 202b darin eingebaut unterschiedliche Arten an Dotiermittel, um damit die grundlegende Leitfähigkeitsart nach Bedarf einzurichten. In der gezeigten Fertigungsphase sind ferner mehrere Materialschichten auf den aktiven Gebieten 202a, 202b ausgebildet, d. h. eine Gateisolationsschicht 263 ist als eine erste Schicht auf den aktiven Gebieten 202a, 202b hergestellt und repräsentiert ein geeignetes dielektrisches Material, das für das gewünschte Leckstromverhalten und kapazitive Kopplung sorgt, wie dies auch zuvor erläutert ist. In diesem Sinne kann die Gateisolationsschicht so betrachtet werden, dass diese ein dielektrisches Material mit großem ε aufweist, das somit der Gateisolationsschicht 263 eine erhöhte Dielektrizitätskonstante verleiht. Beispielsweise umfasst die Schicht 263 ein erstes dielektrisches Material 261, etwa ein siliziumdioxidbasiertes Material, in Verbindung mit einem eigentlichen dielektrischen Material mit großem ε 262, das eine Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder deutlich höher besitzt. Es sollte beachtet werden, dass die Gateisolationsschicht 263, die über dem aktiven Gebiet 202a gebildet ist, einen anderen Aufbau im Vergleich zu einem Schichtbereich besitzen kann, der über dem aktiven Gebiet 202b ausgebildet ist, wobei dies von der gesamten Prozessstrategie abhängt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. Beispielsweise enthält die Gateisolationsschicht 263 eine andere Atomsorte, insbesondere Metallsorte, um geeignete fixierte Ladungen zu erhalten, die dann zu einer unterschiedlichen effektiven Austrittsarbeit für die jeweiligen Gateelektrodenstrukturen führen, die auf der Grundlage der Gateisolationsschicht 263 und jeglicher nachfolgender Schichten führt, wie dies auch zuvor erläutert ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen besitzt die Gateisolationsschicht 263 im Wesentlichen den gleichen Aufbau über den aktiven Gebieten 202a, 202b, selbst wenn diese aktiven Gebiete Transistoren in unterschiedlicher Leitfähigkeitsart repräsentieren. Ferner ist eine metallenthaltende Deckschicht 264 auf der Gateisolationsschicht 263 gebildet und enthält ggf. eine geeignete Metallsorte, um eine Schwellwertspannung für Transistoren einzustellen, die in und über den aktiven Gebieten 202a, 202b zu bilden sind. Beispielsweise umfasst die Schicht 264 eine geeignete Materialschicht oder Metallsorte in Form von Aluminium, Lanthan und dergleichen, um damit eine gewünschte Austrittsarbeit zu erreichen, die zu einer erforderlichen Schwellwertspannung für einen Transistor führt, der auf der Grundlage des aktiven Gebiets 202a herzustellen ist. In ähnlicher Weise kann das Material 264 eine geeignete Metallsorte aufweisen, so dass die gewünschte Austrittsarbeit und somit Schwellwertspannung für einen Transistor, der in und über dem aktiven Gebiet 202b zu bilden ist, erreicht wird. Wie ebenfalls zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist, kann auch ein entsprechender Unterschied in der Austrittsarbeit und somit in der Schwellwertspannung auf der Grundlage eines Metalls erreicht werden, das in die Gateisolationsschicht 263 eingebaut ist, und somit kann die metallenthaltende Schicht 264 über den aktiven Gebieten 202a und 202b den gleichen Aufbau besitzen. Die metallenthaltende Deckschicht 264, die in Form eines Titannitridmaterials oder eines anderen geeigneten metallenthaltenden Materials vorgesehen ist, besitzt eine geeignete Dicke, um damit ein Einfluss eines Halbleitermaterials 265 auf die schließlich erreichte Austrittsarbeit und somit Schwellwertspannung deutlich zu reduzieren oder zu unterdrücken. Abhängig von der gesamten Bauteilstruktur kann beispielsweise das Materials 264 mit einer Dicke von ungefähr 5 bis 20 nm vorgesehen werden. Das Halbleitermaterial 265, das beispielsweise in Form eines Siliziummaterials, eines Silizium/Germanium-Materials, eines Germanium-Materials und dergleichen vorgesehen werden kann, besitzt darin eingebaut eine Dotierstoffsorte, etwa eine n-Dotierstoffsorte oder eine p-Dotierstoffsorte, die somit für eine gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration zumindest an einer Grenzfläche 264i sorgt, die durch die Schichten 264 und 265 gebildet ist, so dass eine geringe Schottky-Barriere erzeugt wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die Dotierstoffkonzentration in dem Material 265 im Wesentlichen gleichmäßig, d. h. die Dotierstoffkonzentration ist in einem beliebigen Einheitsvolumen über die Schicht 265 hinweg gleich, mit Ausnahme von prozessabhängigen Schwankungen. Beispielsweise wird eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Dotierstoffkonzentration so verstanden, dass ein Unterschied der Dotierstoffkonzentration über ein beliebiges Probevolumen mit einer Größe von mehreren Kubikmikrometer kleiner ist als 5%.
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Ferner beträgt die Dotierstoffkonzentration an der Grenzfläche 264i ungefähr 1019 pro cm3 bis 1021 pro cm3, wobei jedoch beachtet werden sollte, dass andere geeignete Konzentrationswerte eingerichtet werden können, wobei dies von den gesamten Bauteilerfordernissen abhängt.
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Ferner ist ein dielektrisches Deckmaterial 266, etwa ein Siliziumdioxidmaterial, ein Siliziumnitridmaterial und dergleichen auf dem Halbleitermaterial 265 ausgebildet und besitzt eine geeignete Dicke, um als ein effizientes Hartmaskenmaterial während der nachfolgenden Strukturierung zu dienen und um auch als ein effizientes Deckmaterial während der weiteren Bearbeitung zu dienen, beispielsweise wenn ein verformungsinduzierendes Halbleitermaterial in das aktive Gebiet 202a und/oder 202b einzubauen ist. Des weiteren ist ein geeignetes Hartmaskenmaterial 203, etwa ein amorphes Kohlenstoffmaterial, in Verbindung mit einem Lackmaterial 204 vorgesehen.
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Die aktiven Gebiete 202a, 202b, die Gateisolationsschicht 263 und die metallenthaltende Deckschicht 264 können auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden, wie dies beispielsweise auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. Nach dem Hinzufügen der Materialien 263 und 264 und dem Einstellen geeigneter Austrittsarbeitswerte entsprechend den Transistorelementen, die in und über den aktiven Gebieten 202a bzw. 202b herzustellen sind, wird folglich das Halbleitermaterial 265 aufgebracht, etwa auf der Grundlage von CVD-(chemische Dampfabscheide-)Techniken bei geringem Druck, wobei ein geeignetes Vorstufenmaterial mit einer gewünschten Dotierstoffsorte in die Abscheideumgebung eingebracht wird. Daher kann ein gewünschter Grad an Dotierung auf der Grundlage des Steuerns der Abscheideumgebung erreicht werden, was bewerkstelligt werden kann, indem geeignete Abscheiderezepte eingesetzt werden. Auf Grund der Natur des Abscheideprozesses wird ein hoher Grad an Gleichmäßigkeit in der Dotierstoffverteilung innerhalb des Materials der Schicht 265 erreicht, wodurch dem Material 265 gleichmäßige Materialeigenschaften, beispielsweise im Hinblick auf einen nachfolgend ausgeführten Ätzprozess verliehen werden. Als nächstes wird die dielektrische Deckschicht 266 auf der Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik aufgebracht, woran sich das Abscheiden des Materials 203 und des Lackmaterials 204 anschließt.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Strukturieren des Lackmaterials 204 aus 2a, wodurch Maskenstrukturelemente 204a, 204b geschaffen werden, die zum Strukturieren des Hartmaskenmaterials 203 und der dielektrischen Deckschicht 266 unter Anwendung geeigneter anisotroper Ätztechniken verwendet werden. Zu beachten ist, dass die Maskenstrukturelemente 204a, 204b auf der Grundlage komplexer Lithographietechniken möglicherweise in Verbindung mit zusätzlichen Trimmätzprozessen und dergleichen erhalten werden. Beim Strukturieren der Schichten 203, 266 wird somit der weitere Ätzprozess fortgesetzt, indem eine geeignete Ätzchemie angewendet wird, um durch das dotierte Halbleitermaterial 265 zu ätzen, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen der hohe Grad an Gleichmäßigkeit der Materialeigenschaften zu einer im Wesentlichen konstanten „Gatelänge” führt, da eine laterale Ätzrate im Wesentlichen über die gesamte Dicke des Materials 265 hinweg gleich ist, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. Folglich kann das entsprechende Ätzrezept so eingestellt werden, dass die gewünschte Gatelänge erhalten wird, die im Wesentlichen über den aktiven Gebieten 202a, 202b auf Grund der diversen ähnlichen Eigenschaften des entsprechenden Schichtstapels identisch ist.
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2c zeigt schematisch eine erste Gateelektrodenstruktur 260a, die auf dem aktiven Gebiet 202a gebildet ist, und eine zweite Gateelektrodenstruktur 260b, die auf dem aktiven Gebiet 202b gebildet ist. Die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b weisen die Gateisolationsschicht 263 und das leitende Deckmaterial 264 auf, woran sich das dotierte Halbleitermaterial 265 und die dielektrische Deckschicht 266 anschließen. Ferner können Reste des Materials 203 weiterhin vorhanden sein. Wie zuvor erläutert ist, können in einigen anschaulichen Ausführungsformen, wenn die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b die Gateelektrodenstrukturen von Transistoren mit unterschiedlicher Leitfähigkeitsart oder zumindest unterschiedlicher Schwellwertspannung repräsentieren, die Schichten 262 und/oder 264 in der Gateelektrodenstruktur 260a unterschiedlich zur Gateelektrodenstruktur 260b sein. Andererseits besitzen die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b eine im Wesentlichen identische geometrische Struktur, die hauptsächlich durch den gleichen Aufbau des Halbleitermaterials 265 hervorgerufen wird. Ferner kann in der gezeigten Ausführungsform der Strukturierungsprozess auf der Grundlage von Prozessparametern derart ausgeführt sein, dass eine Länge des Halbleitermaterials 265 erhalten wird, die im Wesentlichen durch das Deckmaterial 266 und das Hartmaskenmaterial 203 bestimmt ist, so dass eine ausgeprägte laterale Ätzrate beim Strukturieren des Halbleitermaterials 265 unterdrückt wurde. Auf Grund der gleichmäßigen Eigenschaften des Materials 265 ist eine Gatelänge an der Oberseite des Materials 265, wie dies durch 265t angezeigt ist, im Wesentlichen gleich zu der Länge 265l an der Unterseite des Materials 265. Es sollte beachtet werden, dass eine im Wesentlichen identische Gatelänge an der Oberseite und der Unterseite des Materials 265 so zu verstehen ist, dass die Werte 265t und 265l sich voneinander um 5 nm oder weniger unterscheiden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in anderen anschaulichen Ausführungsformen (nicht gezeigt) eine andere geeignete Querschnittsform erhalten wird, wenn dies als geeignet erachtet wird, wobei auch in diesem Falle die gleichmäßigen Materialeigenschaften des Halbleitermaterials 265 zu sehr ähnlichen Konfigurationen für die Gateelektrodenstrukturen 265a, 265b führen.
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2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, wurde das Hartmaskenmaterial 203 aus 2c entfernt und ein dielektrisches Abstandshalterelement 267 ist an Seitenwänden der Materialien 266, 265, 264 und 263 ausgebildet. Zu diesem Zweck kann ein beliebiges geeignetes dielektrisches Material, etwa Siliziumnitrid und dergleichen, verwendet werden, wobei gut etablierte Abscheide- und Ätztechniken zur Herstellung des Abstandshalters 267 eingesetzt werden. Daraufhin wird die Verarbeitung auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie fortgesetzt, wie dies auch beispielsweise zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. D. h., das dielektrische Deckmaterial 266 wird entfernt und es werden Drain- und Sourcegebiete auf der Grundlage einer geeigneten Seitenwandabstandshalterstruktur hergestellt, wie dies auch zuvor erläutert ist. In anderen Fällen wird die dielektrische Deckschicht zumindest einer der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b als eine Maske in Verbindung mit den Abstandshalterelementen 267 verwendet, um ein verformungsinduzierendes Halbleitermaterial in eines oder beide aktiven Gebiete 202a, 202b einzubauen, um damit eine gewünschte Verformungskomponente darin zu erzeugen, die somit das Leistungsverhalten eines Transistors oder beider Transistoren verbessert, die noch herzustellen sind.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Ein erster Transistor 250a ist in und über dem aktiven Gebiet 202a ausgebildet und weist die Gateelektrodenstruktur 260a auf. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Transistor 250b in und über dem aktiven Gebiet 202b ausgebildet und enthält die Gateelektrodenstruktur 260b. Wie zuvor erläutert ist, repräsentieren in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Transistoren 250a, 250b komplementäre Transistoren, wobei beispielsweise der Transistor 250a einen p-Kanaltransistor darstellt. Die Transistoren 250a, 250b weisen Drain- und Sourcegebiete 252 auf, die von inverser Leitfähigkeitsart sind, wenn die Transistoren 250a, 250b komplementäre Transistoren repräsentieren. Des weiteren können Metallsilizidgebiete 253 in den Drain- und Sourcegebieten 252 vorgesehen sein. In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist in einem oder beiden Transistoren 250a, 250b in dem zugehörigen aktiven Gebiet ein verformungsinduzierendes Halbleitermaterial eingebaut, wie dies durch 255 für den Transistor 250a angegeben ist, um eine gewünschte Verformungskomponente in einem Kanalgebiet 251 zu erzeugen. Beispielsweise wird Silizium/Germanium vorteilhaft beim Erzeugen einer kompressiven Verformung eingesetzt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass auch ein anderes Halbleitermaterial verwendet werden kann, das in der Lage ist, die gewünschte Verformungskomponente zu erzeugen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist in dem Kanalgebiet 251 ein zusätzliches Halbleitermaterial hergestellt, wie dies durch 251a angegeben ist, das erforderlich sein kann, um einen gewünschten Bandlückenabstand im Hinblick auf die Austrittsarbeit der Gateelektrodenstruktur 260a zu erzeugen. Wenn beispielsweise dies erforderlich ist, kann eine Silizium/Germanium-Legierung in dem Kanalgebiet 251 vorgesehen werden, um in geeigneter Weise die Schwellwertspannung des Transistors 250a einzustellen.
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Ferner umfassen die Transistoren 250a, 250b eine Seitenwandabstandshalterstruktur 254, die zur Herstellung der Metallsilizidgebiete 253 und zum geeigneten Festlegen des lateralen und vertikalen Dotierstoffprofils der Drain- und Sourcegebiete 252 verwendet wird. Die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b umfassen ferner ein Metallsilizidmaterial 268, das in einem Teil des dotierten Halbleitermaterials 265 gebildet ist. Wie ferner zuvor erläutert ist, ist an der Grenzfläche 264 der Gateelektrodenstruktur 260a eine gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration vorhanden, um die Schottky-Barriere zwischen dem Halbleitermaterial 265 und dem metallenthaltenden Material 264 zu reduzieren. In ähnlicher Weise ist eine gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration an der Grenzfläche 264i in der Gateelektrodenstruktur 260b vorhanden, wobei das Halbleitermaterial 265 die gleiche Leitfähigkeitsart an diesen Grenzflächen 264i besitzt, da die Konzentration von etwaigen zusätzlichen Dotierstoffsorten, die während der Herstellung der Drain- und Sourcegebiete 252 aufgebaut wurden, geringer ist im Vergleich zu der anfänglichen Vordotierung des Materials 265. Folglich wird ein besseres elektrisches Verhalten der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b erreicht, während gleichzeitig durch die Strukturierung hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten deutlich unterdrückt werden.
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Es sollte beachtet werden, dass die Transistoren 250a, 250b gemäß einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist.
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2f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen der Einbau weiterer Dotiermittel in das dotierte Halbleitermaterial der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b reduziert wird. Wie gezeigt, sind Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 252e und gegendotierte Gebiete oder Halo-Gebiete 252h in den aktiven Gebieten 202a, 202b auf der Grundlage einer geeigneten Prozesssequenz 205 hergestellt, wozu mehrere Implantationsschritte und zugehörige Lithographieprozesse zum Bereitstellen geeigneter Implantationsmasken gehören. Des weiteren können die dielektrischen Deckschichten 266 noch in den Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b vorhanden sein, so dass bei der Herstellung der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 252e die Ionenblockierwirkung der dielektrischen Deckschicht 266 den Einbau einer Dotierstoffsorte im Wesentlichen verhindert. Auch die Halo-Gebiete 252h können auf der Grundlage höherer Implantationsenergien hergestellt werden, wodurch die gewünschte Eindringtiefe erreicht wird, wobei auch die Ionenblockierwirkung der dielektrischen Deckschicht 266 einen unerwünschten Dotierstoffeinbau in das Material 265 verringert, wobei durch im Allgemeinen die Implantationsdosis der Halo-Implantationsschritte deutlich geringer ist im Vergleich zur Implantation zur Erzeugung der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 252e.
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Nach der Prozesssequenz 205 geht die weitere Bearbeitung weiter, indem die dielektrische Deckschicht 266 entfernt wird und indem Drain- und Sourcegebiete hergestellt werden, wie dies auch zuvor erläutert ist.
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2g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen die Seitenwandabstandshalterstruktur 254 in Anwesenheit des dielektrischen Deckmaterials 266 hergestellt ist. Folglich besitzen nach dem Ausführen der Prozesssequenz zum Einbau der Dotierstoffsorte für tiefe Drain- und Sourcebereiche 252d die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b eine erhöhte Ionenblockierwirkung auf Grund der Anwesenheit der dielektrischen Deckschicht 266, das somit die effektive Höhe der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b und der Abstandshalterstruktur 254 vergrößert. Somit wird der Einbau zusätzlicher Dotierstoffsorten in das Material 265 und insbesondere in der Nähe der Grenzflächen 264i verringert, was in einigen Fallen zu einem gewissen Grad an Gegendotierung für eine der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b im Hinblick auf die anfängliche Vordotierung des Materials 265 führen kann. Somit wird eine moderate Anfangsdotierkonzentration an den Grenzflächen 264i beibehalten, unabhängig von der Leitfähigkeitsart der jeweiligen Implantationssorte, die während der Prozesssequenz 206 eingebaut wird.
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2h zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der die dielektrische Deckschicht 266 (siehe 2g) vor dem Herstellen der Metallsilizidmaterialien 268 und 253 entfernt wurde. Zu diesem Zweck kann eine Ätzstrategie angewendet werden, in der das Deckmaterial 266 selektiv in Bezug auf die Abstandshalterstruktur 254 abgetragen wird, was bewerkstelligt werden kann durch Vorsehen dieser Komponenten mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung, etwa in Form von Siliziumnitrid, etwa für das Deckmaterial 266, und in Form von Siliziumdioxid für die Abstandshalterstruktur 254, oder umgekehrt. In anderen anschaulichen Ausführungsformen umfasst die Abstandshalterstruktur 254 ein Beschichtungsmaterial 254l und ein Abstandshalterelement 254s, die aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind, wobei zumindest das Beschichtungsmaterial 254l während jeglicher Vorreinigungsprozesse beibehalten wird, die typischerweise dem Herstellen der Metallsilizidmaterialien 268 und 253 vorausgehen, und die typischerweise Oxidmaterial abtragen. Wenn somit ein Abstandshalterelement 254s auf der Grundlage von Siliziumdioxid hergestellt ist, um damit als ein Ätzstoppmaterial während des Entfernens einer siliziumnitridbasierten Deckschicht 266 zu dienen, kann somit die Beschichtung 254l dennoch einen geeigneten lateralen Abstand der Metallsilizidgebiete 253 sicherstellen. Beispielsweise sind die Beschichtungen 254l aus Siliziumnitrid aufgebaut, das einen hohen Grad an Ätzselektivität im Hinblick auf jegliche Vorreinigungsprozesse aufweist, die vor der Herstellung der Metallsilizidmaterialien 268 und 253 angewendet werden.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen ein geeignet dotiertes Halbleitermaterial auf einem leitenden Deckmaterial einer komplexen Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε hergestellt wird, wodurch die Schottky-Barriere verringert wird, während gleichzeitig eine bessere Gleichmäßigkeit während der Strukturierungssequenz erreicht wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das vordotierte Halbleitermaterial in Gateelektrodenstrukturen komplementärer Transistoren verwendet, wodurch auch ein hohes Maß an Strukturierungsgleichmäßigkeit für die Gateelektrodenstrukturen der komplementären Transistoren erreicht wird.
