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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondre die Kontaktebene eines Halbleiterbauelements, in welcher Kontaktbereiche von Drain- und Sourcegebieten mit dem Metallisierungssystem des Halbleiterbauelements verbunden sind.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In modernen integrierten Schaltungen, etwa in Mikroprozessoren, Speicherbauelementen, und dergleichen, wird eine sehr große Anzahl an Schaltungselementen, insbesondere Transistoren, auf einer beschränkten Chipfläche vorgesehen und betrieben. Obwohl große Fortschritte über die vergangenen Jahrzehnte im Hinblick auf eine höhere Leistungsfähigkeit und geringeren Strukturgrößen der Schaltungselemente gemacht wurden, zwingt die ständige Nachfrage nach einer höheren Funktionsvielfalt elektronischer Bauelemente die Halbleiterhersteller dazu, die Abmessungen der Schaltungselemente zu verringern und deren Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die kontinuierliche Verringerung der Strukturgrößen erfordert jedoch große Anstrengungen im Hinblick auf das Neugestalten von Prozesstechniken und im Hinblick auf die Entwicklung neuer Prozessstrategien und Anlagen, um mit neuen Entwurfsregeln verträglich zu sein. Im Allgemeinen ist in komplexen Schaltungen, die komplexe Logikbereiche enthalten, die MOS-Technologie aktuell eine bevorzugte Fertigungstechnik im Hinblick auf das Bauteilleistungsverhalten und/oder die Leistungsaufnahme und/oder die Kosteneffizienz. In integrierten Schaltungen mit Logikbereichen, die durch MOS-Technologie hergestellt sind, werden Feldeffekttransistoren (FET) vorgesehen, die typischerweise in einem geschalteten Modus betrieben werden, d. h. diese Bauelemente weisen einen gut leitenden Zustand (Ein-Zustand) und einen hochohmigen Zustand (Aus-Zustand) auf. Der Zustand des Feldeffekttransistors wird durch eine Gatelelektrode gesteuert, die beim Anlegen einer geeigneten Steuerspannung die Leitfähigkeit eines Kanalgebiets steuert, das zwischen einem Draingebiet und einem Sourcegebiet ausgebildet ist.
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Auf der Grundlage der Feldeffekttransistoren werden komplexere Schaltungskomponenten aufgebaut, etwa Inverter und dergleichen, wodurch komplexe Logikschaltungen, Speicherbauelemente und dergleichen hergestellt werden. Auf Grund der geringeren Abmessungen erhöhte sich die Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltungskomponenten mit jeder neuen Schaltungsgeneration, wobei jedoch der begrenzende Faktor der schließlich erreichten Arbeitsgeschwindigkeit komplexer integrierter Schaltungen nicht mehr die einzelnen Transistorelemente sind, sondern das elektrische Leistungsverhalten des komplexen Verdrahtungsnetzwerkes, das über der Bauteilebene, die die eigentlichen halbleiterbasierten Schaltungselemente, etwa die Transistoren und dergleichen enthält, ausgebildet ist. Auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen und des erforderlichen komplexen Aufbaus moderner integrierter Schaltungen können typischerweise die elektrischen Verbindungen der einzelnen Schaltungselemente nicht in der gleichen Bauteilebene hergestellt werden, in der die Schaltungselemente aufgebaut sind, sondern es sind eine oder mehrere zusätzliche Metallisierungsschichten erforderlich, die allgemein metallenthaltende Leitungen aufweisen, die die elektrische Verbindung innerhalb der Ebene herstellen, und die auch eine Vielzahl an Zwischenebenenverbindungen enthalten, die auch als Kontaktdurchführungen bezeichnet werden. Diese Verbindungsstrukturen weisen ein geeignetes Metall auf und stellen die elektrische Verbindung der einzelnen Schaltungselemente und der diversen gestapelten Metallisierungsschichten bereit.
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Um eine Verbindung der Schaltungselemente mit den Metallisierungsschichten zu ermöglichen, wird eine geeignete vertikale Kontaktstruktur vorgesehen, die ein entsprechendes Kontaktgebiet eines Schaltungselements, etwa eine Gateelektrode und/oder die Drain- und Sourcegebiete von Transistoren mit einer entsprechenden Metallleitung in der Metallisierungsschicht verbindet. Die Kontaktstruktur umfasst Kontaktelemente oder Kontaktpfropfen mit einer allgemein quadratischen oder runden Form, die in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial gebildet sind, das wiederum die Schaltungselemente umschließt und passiviert. Bei einer weiteren Verringerung der kritischen Abmessungen der Schaltungselemente in der Bauteilebene müssen auch die Abmessungen von Metallleitungen, Kontaktdurchführungen und Kontaktelementen an die geringeren Abmessungen angepasst werden, wodurch aufwendige metallenthaltende Materialien und dielektrische Materialien erforderlich werden, um die parasitäre Kapazität in den Metallisierungsschichten zu verringern und um eine ausreichend hohe Leitfähigkeit in den einzelnen Metallleitungen und Kontaktdurchführungen sicherzustellen. Beispielsweise werden in Metallisierungssystemen in Verbindung mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε, die als dielektrischen Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 3,0 oder weniger zu verstehen sind, typischerweise eingesetzt, um das elektrische Leistungsvermögen und das Elektromigrationsverhalten zu erreichen, wie dies im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der integrierten Schaltungen erforderlich ist. Folglich müssen in tieferliegenden Metallisierungsebenen Metallleitungen und Kontaktdurchführungen mit kritischen Abmessungen von ungefähr 100 nm und deutlich kleiner bereitgestellt werden, um damit die erforderliche „Packungsdichte” entsprechend der Dichte an Schaltungselementen in der Bauteilebene zu erreichen.
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Bei einer weiteren Verringerung der Abmessungen der Schaltungselemente, beispielsweise unter Anwendung kritischer Abmessungen von 50 nm und weniger, müssen die Kontaktelemente in der Kontaktebene mit geeigneten kritischen Abmessungen in der gleichen Größenordnung vorgesehen werden. Die Kontaktelemente repräsentieren typischerweise Pfropfen, die aus einem geeigneten Metall oder einer Metallzusammensetzung aufgebaut sind, wobei in komplexen Halbleiterbauelementen Wolfram in Verbindung mit geeigneten Barrierenmaterialien sich als ein geeignetes Kontaktmetall erwiesen hat. Bei der Herstellung von Kontaktelementen auf der Basis von Wolfram wird typischerweise das dielektrische Zwischenschichtmaterial zuerst hergestellt und wird anschließend so strukturiert, dass es Kontaktöffnungen erhält, die sich durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial zu den jeweiligen Kontaktbereichen der Schaltungselemente erstrecken. Zu diesem Zweck müssen Öffnungen mit sehr unterschiedlicher Tiefe in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial hergestellt werden, um eine Verbindung zu Gateelektrodenstrukturen oder anderen Leitungen herzustellen, die über der Halbleiterschicht ausgebildet sind, während andere Kontaktöffnungen sich bis hinab zu einer Halbleiterschicht erstrecken müssen, d. h. bis zu darin ausgebildeten Kontaktbereichen. Insbesondere in dicht gepackten Bauteilgebieten beträgt die laterale Größe der Drain- und Sourcebereiche und somit die verfügbare Fläche für die Kontaktgebiete 100 nm und weniger, wodurch extrem komplexe Lithographie- und Ätztechniken erforderlich sind, um die Kontaktöffnungen mit gut definierten lateralen Abmessungen und mit einem hohen Grad an Justiergenauigkeit vorzusehen, wobei der Unterschied in der Ätztiefe zusätzlich zur gesamten Komplexität des Strukturierungsprozesses beiträgt.
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Nach dem Freilegen der Kontaktbereiche, die häufig in Form von Metallsilizidgebieten vorgesehen sind, wird das Kontaktmetall, etwa Wolfram, und dergleichen, in die Kontaktöffnungen mit unterschiedlicher Tiefe abgeschieden, was ebenfalls zu einem sehr komplexen Fertigungsprozess beiträgt. Beispielsweise wird eine Vielzahl an Kontaktöffnungen typischerweise in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial so vorgesehen, dass diese zu den Drain- und Sourcegebieten von Transistoren einen Kontakt herstellen, wobei diese Kontaktöffnungen typischerweise eine im Wesentlichen runde oder quadratartige Form besitzen. Nach dem Vorsehen der Kontaktelemente hängt somit der Widerstand von dem Transistor, d. h. der Widerstand des leitenden Pfades von einem Kontaktelement durch das Sourcegebiet, das Kanalgebiet, das Draingebiet in das andere Kontaktelement wesentlich von dem Widerstand zur Verbindung mit den Kontaktbereichen, etwa den Metallisilizidgebieten ab, die in den Drain- und Sourcebereichen vorgesehen sind. Bei einer weiteren Verringerung der Bauteilabmessungen stellt der Kontaktwiderstand zum Anschluss an die Drain- und Sourcebereiche komplexe Transistoren einem begrenzenden Faktor des gesamten Transistorverhaltens dar, wodurch einige der Vorteile, die durch das allgemeine Verringern der gesamten Transistorabmessungen erreicht werden, aufgehoben oder zumindest verringert werden. Beispielsweise werden in komplexen Fertigungsstrategien extrem komplexe Mechanismen eingebaut, etwa verformungsinduzierende Halbeitermaterialien zum Vergrößern der Ladungsträgerbeweglichkeit in dem Kanalgebiet der Transistoren, das Vorsehen komplexer Gateelektrodenstrukturen mit dielektrischen Materialien mit großem ε in Verbindung mit Elektrodenmetallen, und dergleichen, die an sich zu einem besseren Transistorverhalten führen. Zu diesem Zweck sind ebenfalls verbesserte Kontaktschemata erforderlich, um in effizienter Weise einen Anschluss an die Drain- und Sourcebereiche herzustellen. In diesem Zusammenhang wurde vorgeschlagen die Kontaktelemente mit größeren lateralen Abmessungen entlang der Transistorbreitenrichtung vorzusehen, um damit den Kontaktwiderstand zwischen den eigentlichen Kontaktelementen und den Kontaktbereichen der Drain- und Sourcegebiete, etwa der Metallsilizidgebiete, zu verringern. Dazu werden geeignete Kontaktgräben in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial hergestellt, die nachfolgend mit einem geeigneten Kontaktmetall gefüllt werden, wodurch der gesamte Kontaktwiderstand verringert wird. Andererseits kann das Vorsehen von Kontaktgräben in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial zum Anschluss an die Drain- und Sourcebereiche deutlich die Randzonenkapazität erhöhen, die als die parasitäre Kapazität verstanden wird zwischen den Gateelektrodenstrukturen und den Kontaktelementen, wodurch das gesamte Wechselstromverhalten des Transistors negativ beeinflusst wird.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken, in denen komplexe Transistoren mittels Kontaktelementen mit geringerem Widerstand angeschlossen werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert werden.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen der Kontaktwiderstand von Kontaktelementen, die eine Verbindung zu Drain- und/oder Sourcebereichen von Transistoren herstellen, verringert wird, indem eine größere laterale Erstreckung dieser Kontaktelemente entlang einer Transistorbreitenrichtung vorgesehen wird, ohne dass in unerwünschter Weise die parasitäre Randzonenkapazität erhöht wird. Dazu werden Kontaktbalken in einem ersten Bereich eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials hergestellt und diese stellen eine Verbindung zu den Drain- und Sourcekontaktbereichen her, während andererseits eine Höhe der Kontaktbalken beschränkt wird, um nicht unerwünschter Weise die Gesamtabschirmkapazität zu erhöhen. Die Kontaktbalken werden wiederum mit „konventionellen” Kontaktelementen angeschlossen, die in einem weiteren Bereich des dielektrischen Zwischenschichtbereichs hergestellt werden, so dass auf der Grundlage der konventionellen Konfiguration der Kontaktelemente die parasitäre Kapazität zwischen der Gatelelektrode und den Kontaktelementen nicht unnötig ansteigt. Somit kann durch Vorsehen einer Kontaktstruktur zum Anschluss an die Drain- und Sourcegebiete von Halbleiterbauelementen auf der Grundlage eines doppelten Kontaktschemas, das die Kontaktbalken mit geringem Widerstand und die Kontaktelemente mit der besseren Konfiguration im Hinblick auf die parasitäre Kapazität enthält, nicht nur das Gesamtverhalten der Transistoren verbessert werden, sondern es kann auch die Komplexität des Strukturierens des dielektrischen Zwischenschichtmaterials deutlich verringert werden. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird das Bereitstellen der Kontaktbalken im Zusammenhang eines sogenannten Austauschgateverfahrens ausgeführt, in welchem das dielektrische Zwischenschichtmaterial auf der Grundlage zweier Abscheideprozesse mit einer dazwischen liegenden Ersetzung zumindest eines Teils einer Gateelektrodenstruktur bereitgestellt wird. Folglich kann eine unerwünschte zusätzliche Prozesskomplexität im Hinblick auf die Herstellung der Kontaktbalken mit geringerer Höhe vermieden werden.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung einer Kontaktstruktur in einem Halbleiterbauelement. Das Verfahren umfasst das Bilden eines Kontaktbalkens in einem ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterial, wobei der Kontaktbalken eine Verbindung zu einem Draingebiet und/oder einem Sourcegebiet eines Transistors herstellt und eine erste laterale Erstreckung einer Transistorbreitenrichtung besitzt. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines zweiten dielektrischen Zwischenschichtmaterials über dem Transistor und dem Kontaktbalken. Des weiteren umfasst das Verfahren das Bilden eines Kontaktelements in dem zweiten dielektrischen Zwischenschichtmaterial derart, dass eine Verbindung zu dem Kontaktbalken entsteht, wobei das Kontaktelement eine zweite laterale Erstreckung entlang der Transistorbreitenrichtung besitzt, die kleiner ist als die erste laterale Erstreckung.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfast das Freilegen eines Kontaktbereichs eines Draingebiets und/oder eines Sourcegebiets eines Transistors eines Halbleiterbauelements durch Entfernen eines Teils eines ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterials. Das Verfahren umfasst ferner das Abscheiden eines leitenden Materials auf dem freigelegten Kontaktbereich. Ferner umfasst das Verfahren das Entfernen eines überschüssigen Bereichs des leitenden Materials, so dass mindestens ein Kontaktbalken hergestellt wird. Ferner umfasst das Verfahren das Bilden eines zweiten dielektrischen Zwischenschichtmaterials über dem ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterial und dem Kontaktbalken.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst einen Transistor mit einem Draingebiet und einem Sourcegebiet und einer Gateelektrodenstruktur. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner einen Kontaktbalken, der in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial hergestellt ist und eine Verbindung zu dem Draingebiet oder dem Sourcegebiet herstellt, wobei der Kontaktbalken eine erste laterale Abmessung entlang einer Breitenrichtung des Transistors besitzt. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner ein Kontaktelement, das in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial so gebildet ist, dass es eine Verbindung zu dem Kontaktbalken herstellt, wobei das Kontaktelement eine zweite laterale Abmessung entlang der Breitenrichtung besitzt, die kleiner ist als die erste laterale Abmessung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a bis 1e schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements zeigen, in welchem ein Kontaktbalken in Verbindung mit einem Kontaktelement so hergestellt wird, dass eine Verbindung zu einem Draingebiet oder einem Sourcegebiet zwischen zwei dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage eines kleineren Gesamtkontaktwiderstands gemäß anschaulicher Ausführungsformen hergestellt wird;
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1f schematisch eine Draufsicht des Halbleiterbauelements zeigt, wobei die laterale Erstreckung des Kontaktbalkens entlang der Transistorbreitenrichtung deutlich größer ist als die laterale Erstreckung eines Kontaktelements, das mit dem Kontaktbalken gemäß anschaulicher Ausführungsformen verbunden ist;
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2a bis 2f schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn ein Kontaktbalken auf der Grundlage eines leitenden Materials hergestellt wird, das auch für das Vorsehen eines Elektrodenmaterials in einer Gateelektrodenstruktur gemäß anschaulicher Ausführungsformen verwendet wird;
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2g schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigt, wobei eine Kontaktätzstoppschicht in einem ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterial vorgesehen wird, das selektiv geöffnet wird, um Kontaktbereiche zur Herstellung von Kontaktbalken gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen freizulegen.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen 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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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine Kontaktstruktur für komplexe Halbleiterbauelemente bereit, in der die Vorteile eines geringen Widerstands von Kontaktelementen, die sich entlang eines großen Teils der Breite des aktiven Gebiets oder über die gesamte Breite erstrecken, und die gewünschte geringe parasitäre Kapazität konventioneller Kontaktelemente kombiniert werden. Dazu werden die Kontaktbalken mit einem geringeren Kontaktwiderstand in einem ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterial so vorgesehen, dass ein Höhenniveau erreicht wird, dass nicht in unerwünschter Weise das gesamte Wechselstromverhalten des Transistorelements beeinflusst. In einigen anschaulichen offenbarten Aspekten werden die Kontaktbereiche des betrachteten Schaltungselements, etwa eines Transistors freigelegt mittels einer geeigneten Ätzmaske, die nur eine Definition entlang der Breitenrichtung erfordert, während eine im Wesentlichen „selbstjustierendes” Verhalten entlang der Längsrichtung unter Anwendung der Selektivität einer Gateelektrodenstruktur und einer entsprechenden Seitenwandabstandshalterstruktur erhalten wird. Folglich kann die Position und die Lage des Kontaktbalkens auf der Grundlage eines nicht kritischen Lithographieprozesses erhalten werden, wodurch eine unerwünschte Komplexität des gesamten Fertigungsprozesses vermieden wird.
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Bei der Herstellung des Kontaktbalkens mit dem geringeren Höhenniveau, das beispielsweise ungefähr dem Höhenniveau der Gateelektrodenstruktur entsprechen kann, wird daraufhin ein weiteres dielektrisches Zwischenschichtmaterial abgeschieden und so strukturiert, dass Kontaktelemente erhalten werden, die eine geeignete Form besitzen, um somit den Bauteilerfordernissen im Hinblick auf die Verringerung der gesamten parasitären Kapazität zwischen den Gateelektrodenstruktur und der resultierenden Kontaktstruktur zu entsprechen. Während der Abscheidung und der Strukturierung des zusätzlichen dielektrischen Zwischenschichtmaterials sorgen die weniger anspruchsvollen Prozessbedingungen auch für eine bessere Gleichmäßigkeit der resultierenden Kontaktelemente. D. h., das weitere dielektrische Zwischenschichtmaterial kann auf der Grundlage gleichmäßigerer Prozessbedingungen strukturiert werden, da der Ätzprozess das Ätzen zu im Wesentlichen dem gleichen Höhenniveau für jedes Kontaktelement erfordert, wodurch Unregelmäßigkeiten, die durch Ätzung hervorgerufen werden, reduziert werden. In ähnlicher Weise wird die nachfolgende Abscheidung eines geeigneten Kontaktmetalls mit besseren Prozessergebnissen erreicht auf Grund der weniger anspruchsvollen Spaltfülleigenschaften des entsprechenden Abscheideprozesses.
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In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird die Fertigungssequenz zum Bereitstellen der Kontaktbalken effizient mit komplexen Austauschgateverfahren kombiniert, wodurch zusätzliche Prozesskomplexität im Hinblick auf das Abscheiden und Strukturieren der dielektrischen Zwischenschichtmaterialien vermieden wird. Es ist gut bekannt, dass das Transistorleistungsverhalten wesentlich von den Eigenschaften der Gateelektrodenstrukturen in modernen Feldeffekttransistoren abhängt, wobei insbesondere Schwellwertspannungen, Leckströme und dergleichen wesentlich von der gesamten Konfiguration der Gateelektrodenstrukturen abhängen. Beispielsweise werden in komplexen Halbleiterbauelementen die gut etablierten Gatedielektrikumsmaterialien Siliziumdioxid oder Siliziumoxinitrid zunehmend zumindest teilweise durch sogenannte dielektrische Materialien mit großem ε ersetzt, die als dielektrische Materialien betrachtet werden, die eine Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder größer besitzen. Beispielsweise sind Hafniumoxid, Zirkonoxid und dergleichen gut etablierte dielektrische Materialien mit großem ε, die für Gateisolationsschichten verwendet werden können. Ferner werden zusätzlich zum Bereitstellen eines dielektrischen Materials mit großem ε auch metallenthaltende Elektrodenmaterialien in der Gateelektrodenstruktur vorgesehen, was gemäß gut etablierter Vorgehensweisen bewerkstelligt werden kann in einer sehr späten Fertigungsphase, d. h. nach dem Fertigstellen der grundlegenden Transistorstruktur und nach dem Vorsehen eines ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterials, das als ein Maskenmaterial zum Entfernen eines Platzhaltermaterials, etwa von Silizium dient. Daraufhin wird ein geeignetes Metallmaterial oder mehrere Materialien in die Gateelektrodenstruktur eingefüllt, möglicherweise in Verbindung mit einem dielektrischen Material mit großem ε, und anschließend wird überschüssiges Material entfernt, indem beispielsweise ein Polierprozess ausgeführt wird, wodurch die Metallgateelektrodenstrukturen geschaffen werden. Als nächstes wird ein weiteres dielektrisches Zwischenschichtmaterial hergestellt, wobei konventioneller Weise das zuvor bereitgestellte dielektrische Zwischenschichtmaterial und das weitere dielektrische Zwischenschichtmaterial gemeinsam so strukturiert werden, um Kontaktelemente zu erzeugen, die eine Verbindung zu den Drain- und Sourcebereichen der modernen Transistoren herstellen. Durch zusätzliches Vorsehen der Kontaktbalken vor dem Bilden des weiteren dielektrischen Zwischenschichtmaterials in dem Austauschgateverfahren sind somit keine weiteren Prozesse zum Abscheiden des dieelektrischen Zwischenschichtmaterials erforderlich. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Prozesskomplexität weiter verringert werden, indem zunächst ein Teil des Elektrodenmaterials der Gateelektrodenstruktur und der Kontaktbalken in einem gemeinsamen Abscheideprozess vorgesehen wird, was bewerkstelligt werden kann, indem das dielektrische Zwischenschichtmaterial vor dem eigentlichen Abscheiden- des gewünschten Elektrodenmetalls, etwa dem Aluminium und dergleichen, strukturiert wird.
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Beim Vorsehen der Kontaktbalken, die sich beispielsweise entlang der gesamten Breitenrichtung von Transistoren oder aktiven Gebieten erstrecken, mit einem geringeren Höhenniveau, die mittels Kontaktelementen kontaktiert werden, die für ein besseres Wechselstromverhalten sorgen, kann somit ein insgesamt geringerer Kontaktwiderstand erreicht werden, ohne dass in unerwünschter Weise das Wechselstromverhalten beeinträchtigt wird, wie dies in konventionellen Strategien unter Anwendung von Kontaktgräben der Fall ist, die sich durch das gesamte dielektrische Zwischenschichtmaterial erstrecken. Somit kann das Leistungsverhalten komplexer Halbleiterbauelemente, die an sich schon komplexe Transistoren enthalten, die etwa Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε aufweisen und dergleichen, auf Grund der vorteilhaften Kontaktstruktur verbessert werden, wodurch ebenfalls die Möglichkeit geschaffen wird, die Bauteilabmessungen weiter zu verringern, ohne dass das gesamte Bauteilleistungsverhalten beeinträchtigt wird.
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Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit einem Substrat 101 mit einer Halbleiterschicht 102, die über dem Substrat 101 ausgebildet ist. Das Substrat 101 und die Halbleiterschicht 102 repräsentieren eine beliebige geeignete Bauteilarchitektur, etwa eine Vollsubstratkonfiguration, eine SOI-(Halbleiter- oder Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration, und dergleichen. D. h., in einer Vollsubstratkonfiguration ist die Halbleiterschicht 102 ein Teils eines kristallinen Materials des Substrats 101, während in einer SOI-Konfiguration ein vergrabenes isolierendes Material (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 101 und der Halbleiterschicht 102 vorgesehen ist, wodurch eine vertikale Abtrennung der Halbleiterschicht 102 erreicht wird. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „Halbleiterschicht” so zu verstehen ist, dass dieser die Schicht 102 in einer Anfangsphase beschreibt, während in nachfolgenden Prozessphasen, beispielsweise wie dies in 1a gezeigt ist, die „Halbleiterschicht” 102 auch nicht-Halbleiterbereiche aufweist, etwa Isolationsstrukturen 102c, beispielsweise in Form von flachen Grabenisolationen und dergleichen. Die Isolationsstruktur 102c ist beispielsweise aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen aufgebaut, und begrenzt lateral Halbleitergebiete in der Schicht 102, etwa ein aktives Gebiet 102a, und dergleichen, das als ein Halbleitergebiet zu verstehen ist, das mindestens einen pn-Übergang zur Herstellung eines oder mehrerer Transistoren in und über dem Gebiet 102a enthält. In der gezeigten Ausführungsform sind Transistoren 150a, 150b in und über dem aktiven Gebiet 102a zumindest teilweise hergestellt und besitzen einen geeigneten Aufbau im Hinblick auf die Bauteilerfordernisse. Beispielsweise sind die Transistoren 150a, 150b Transistoren der gleichen Leitfähigkeitsart oder inverser Leitfähigkeitsart, die einen Teil des aktiven Gebiets 102a gemeinsam verwenden, während in anderen Fallen eine andere geeignete Konfiguration angewendet wird, wie dies auch nachfolgend detaillierter beschrieben ist. In der gezeigten Fertigungsphase enthalten die Transistoren 150a, 150 entsprechend eine Gatelektrodenstruktur 160a bzw. 160b, die einen ähnlichen Aufbau besitzen, beispielsweise im Hinblick auf die kritischen Abmessungen, die Materialzusammensetzung und dergleichen. Beispielsweise umfassen die Gatelektrodenstrukturen 160a, 160b eine Gateisolationsschicht 161 und ein Elektrodenmaterial 162, wie dies zum Erreichen des gewünschten Leistungsverhaltens des Bauelements 100 erforderlich ist. Beispielsweise besitzen die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b eine Gatelänge 160l von 40 nm und weniger in komplexen Anwendungen. Folglich repräsentieren die Transistoren 150a, 150b und somit die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b dicht liegende Schaltungselemente, wobei ein lateraler Abstand in der Größenordnung von 150 nm und weniger liegen kann, beispielsweise wie dies in dicht gepackten Bauteilgebieten der Fall ist. In ähnlicher Weise ist eine Längenabmessung des aktiven Gebiets 102a von ähnlicher Größe, während eine Breite, d. h. in 1a eine Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 1a, mehrere 100 nm oder mehr betragen kann, wobei dies von dem Durchlassstrom der Transistoren 150a, 150b abhängt.
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In einigen anschaulichen Ausführungsformen sind die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b komplexe Transistorkomponenten, wobei die Gateisolationsschicht 161 ein dielektrisches Material mit großem ε aufweist, wodurch die kapazitive Kopplung des Elektrodenmaterials 161 an das aktive Gebiet 102a erhöht wird, während gleichzeitig ein moderat geringer Leckstrom beim Betrieb der Transistoren 150a, 150b erreicht wird. In ähnlicher Weise umfasst ggf. das Elektrodenmaterial 162 eine Metallsorte, etwa Aluminium und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einer geeigneten austrittsarbeitseinstellenden Metallsorte, etwa Lanthanum, Aluminium, Tantal, Titan, und dergleichen. Ferner sind Abstandshalterelemente 163, 164 gemäß den gesamten Bauteil und Prozesserfordernissen bereitgestellt und können aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen oder einer Kombination geeigneter Materialien aufgebaut sein. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Drain/Source-Gebiet 151 in dem aktiven 102a vorgesehen und besitzt ein geeignetesDotierstoffprofil, wie dies erforderlich ist. Ferner ist in den Drain/Source-Gebieten 151 ein Kontaktgebiet oder Bereich 152 vorgesehen, der in Form eines Metallsilizids, etwa eines Nickelsilizids, und dergleichen bereitgestellt sein kann.
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Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein erstes dielektrisches Zwischenschichtmaterial 110, etwa ein Siliziumdioxidmaterial und dergleichen, während in anderen Fällen, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist, das Material 110 zwei oder mehr unterschiedliche Materialschichten aufweisen kann, wobei dies von den gesamten Prozess- und Bauteilerfordernissen abhängt. In dieser Hinsicht ist ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial als ein dielektrisches Material zu verstehen, das zum Einschließen und Passivieren von Schaltungselementen, etwa der Transistoren 150a, 150b vorgesehen ist und das die Transistorelemente von einem Metallisierungssystem (nicht gezeigt) abtrennt, das in einer späteren Fertigungsphase vorgesehen wird und das mit den halbleiterbasierten Schaltungselementen über eine Kontaktstruktur verbunden wird, die in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial herzustellen ist, d. h. in dem Material 110 und einem weiteren dielektrischen Material, das in einer späten Fertigungsphase vorgesehen wird, wobei dies auf der Grundlage geeigneter Kontaktelemente erfolgt, wie dies auch zuvor erläutert ist.
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Das in 1a gezeigte Halbeiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem Bereitstellen der Isolationsstrukturen 102c in der Halbleiterschicht 102, wodurch die laterale Position und Größe von aktiven Gebieten, etwa dem Gebiet 102a festgelegt wird, wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem eine geeignete Dotierstoffsorte in das aktive Gebiete 102a nach Bedarf eingebaut wird, woran sich das Abscheiden oder die Herstellung von Materialien anschließt, die zum Strukturieren einer Gateelektrodenstruktur erforderlich sind. Dazu wird eine beliebige geeignete Prozessstrategie angewendet, beispielsweise werden geeignete Gatedielektrikumsmaterialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, vorgesehen, möglicherweise in Verbindung mit einem dielektrischen Material mit großem ε, und daraufhin werden weitere Elektrodenmaterialien, etwa metallenthaltende Materialien in Form von Titannitrid und dergleichen in Verbindung mit anderen Materialien, etwa Silizium, abgeschieden. In anderen Fallen wird ein dielektrisches Material mit großem ε, falls dies erforderlich ist, in einer späteren Fertigungsphase vorgesehen. Auf der Grundlage möglicher weiterer Materialien, etwa Hartmaskenmaterialien und dergleichen, wird der resultierende Schichtstapel entsprechend den Bauteilerfordernissen unter Anwendung komplexer Lithographie- und Ätztechniken strukturiert, wodurch die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b mit einer Gatelänge 160l geschaffen werden, wobei jedoch, wie zuvor erläutert ist, ein oder mehrere der zuvor bereitgestellten Materialien in einer späteren Fertigungsphase ersetzt werden können. Die Seitenwandabstandshalter 163 und 164 werden gemäß einer beliebigen geeigneten Prozesstechnik hergestellt und das Dotierstoffprofil in dem Gebiet 151 wird gemäß gut etablierter Implantationstechniken und dergleichen erzeugt. Es sollte beachtet werden, dass bei Bedarf weitere leistungssteigernde Mechanismen in dem Bauelement 100 eingerichtet werden können, beispielsweise durch Vorsehen eines verformungsinduzierenden Halbeitermaterials in einigen der aktiven Gebiete und dergleichen. Der Einfachheit halber sind derartige Mechanismen in 1a nicht gezeigt. Nach jeglichen Ausheizprozessen wird das Metallsilizidgebiet 152, falls erforderlich, hergestellt, beispielsweise durch gut etablierte Silizidierungstechniken und darauf wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial 110 abgeschieden, etwa in Form von Siliziumdioxid und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit weiteren Ätzstoppmaterialien (nicht gezeigt), etwa Siliziumnitrid, dielektrische Materialien mit großem ε, und dergleichen. Zu diesem Zweck können jegliche gut etablierte Abscheidetechniken angewendet werden. Als nächstes wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial 110 eingeebnet, beispielsweise durch Ausführen eines Ätzprozesses, eines Polierprozesses, etwa in Form von CMP (chemisch-mechanisches Polieren), und dergleichen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird während des Entfernens von überschüssigen Material des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 110 auch ein Platzhaltermaterial (nicht gezeigt) etwa in Form von Polysilizium und dergleichen, freigelegt und nachfolgend auf der Grundlage sehr selektiver Ätzchemien entfernt, etwa mittels nasschemischer Ätzchemien, plasmabasierter Ätzchemien und dergleichen, wozu eine Vielzahl an Prozessrezepten verfügbar ist. Abhängig von der gesamten Prozessstrategie können geeignete leitende Materialien abgeschieden werden, um das Elektrodenmaterial 162 entsprechend einem geeigneten Austauschgateverfahren herzustellen, wobei bei Bedarf vor dem Abscheiden der leitenden Materialien auch ein dielektrisches Material abgeschieden oder in einer anderen Weise hergestellt werden kann, um damit die Gateisolationsschicht 161 zu bilden, die dann auch auf Seitenwänden des Elektrodenmaterials 162 ausgebildet ist. Nach dem Abscheiden einer oder mehrerer leitender Materialien, die auch eine austrittsarbeitseinstellende Metallsorte, etwa Aluminium, Lanthanum, Titan, Tantal, und dergleichen, aufweisen können, wird überschüssiges Material entfernt, beispielsweise durch CMP, wodurch die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b, wie sie in 1a gezeigt sind, bereitgestellt werden.
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1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist eine Ätzmaske 104, etwa eine Lackmaske, so vorgesehen, dass zumindest der Kontaktbereich 152, der in dem aktiven Gebiet 102a zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b angeordnet ist, freigelegt wird. Somit besitzt eine entsprechende Öffnung 104a der Ätzmaske 104 eine laterale Abmessung in der Längsrichtung, d. h. in 1b der horizontalen Richtung, die mindestens einen lateralen Abstand zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b entspricht. In dem gezeigten Beispiel legt die Öffnung 104a auch einen Bereich der Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b frei, wodurch die Komplexität eines entsprechenden Lithographieprozesses verringert wird, solange die Öffnung 104a global zu dem Kontaktbereich 152 ausgerichtet ist und eine laterale Abmessung besitzt, um in zuverlässiger Weise den Bereich 152 freizulegen. Folglich kann in diesem Sinne das Freilegen des Kontaktbereichs 152 als selbstjustiert bezeichnet werden, da beim Ausführen eines Ätzprozesses 105 zum Entfernen von Material des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 110 die Ätzstoppeigenschaften der Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b zum Freilegen des Kontaktbereichs 152 führen, ohne dass eine präzise laterale Definition durch die Ätzmaske 104 erforderlich ist. Beispielsweise können während des Ätzprozesses 105 nasschemische Ätzchemien, etwa Flusssäure (HF) oder plasmaunterstützte Ätzrezepte angewendet werden, wobei derartige Ätzrezepte eine ausgeprägte Ätzselektivität in Bezug auf die Materialien der Abstandshalter 163, 164 und dem Elektrodenmaterial 162 besitzen.
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1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer Schicht aus leitendem Material 111, die über dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 110, den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b und auf dem Kontaktbereich 152 ausgebildet ist, wodurch der Raumbereich zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b im Wesentlichen vollständig gefüllt wird. Das leitende Material 111 ist ein geeignetes Material oder repräsentiert mehrere Materialien, etwa typische Kontaktmetalle in Form von Wolfram, möglicherweise in Verbindung mit zusätzlichen Barrierenmaterialien, etwa Titannitrid, Titan und dergleichen, während in anderen Fällen Aluminium und dergleichen vorgesehen wird. Das Halbleiterbauelement 100, wie es in 1c gezeigt ist, kann gemäß einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik hergestellt werden, nachdem die Ätzmaske 104 (siehe 1b) entfernt wurde. Beispielsweise können viele geeignete Metallmaterialien auf der Grundlage physikalischer Dampfabscheidetechniken aufgebracht werden, während in anderen Fällen elektrochemische Abscheideprozesse angewendet werden. Zu beachten ist, dass zusätzlich Saatschichten, falls diese erforderlich sind, hergestellt werden können, beispielsweise durch CVD, Sputter-Abscheidung und dergleichen. Auf Grund der Tatsache, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen der gesamte Raumbereich zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b durch das Material 111 gefüllt wird, können deutlich weniger kritische Abscheidebedingungen während des Abscheideprozesses im Vergleich zum Abscheiden eines Kontaktmetalls in konventionelle Kontaktstrukturen erreicht werden. Beispielsweise besitzt eine entsprechende Öffnung, die durch den lateralen Abstand zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b definiert ist, ein deutlich kleineres Aspektverhältnis im Vergleich zu konventionellen Kontaktelementen, die sich durch das gesamte dielektrische Zwischenschichtmaterial erstrecken.
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1d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 während eines Materialabtragungsprozesses 106, in welchem ein überschüssiger Bereich des leitenden Materials 111 (siehe 1c) entfernt wird. Dazu wird ein beliebiger geeigneter Prozess oder mehrere Prozesse angewendet, etwa CMP, Ätzen, eine Kombination, und dergleichen. Während des Abtragungsprozesses 106 wird auch eine endgültige Höhe der Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b eingestellt, indem beispielsweise ein Teil des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 110 und der Gateelektrodenstrukturen entfernt wird, um damit zuverlässig einen Kontaktbalken 112, der in dem Raumbereich zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b ausgebildet ist, von dem Elektrodenmaterial 162 dieser Gateelektrodenstrukturen elektrisch zu isolieren. Folglich stellt der Kontaktbalken 112 eine Verbindung zu dem Kontaktbereich 152 her und ist lateral durch die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b begrenzt, d. h. durch die Abstandshalterelement 164, wodurch ein deutlich geringerer Kontaktwiderstand im Vergleich zu konventionellen quadratförmigen oder im Wesentlichen runden Kontaktelementen geschaffen wird. Andererseits besitzt der Balken 112 eine geringere Höhe im Vergleich zu konventionellen Kontaktelementen und erstreckt sich zu einem Höhenniveau, das im Wesentlichen dem Höhenniveau der Gateelektrodenstruktur 160a, 160b entspricht. Folglich wird die parasitäre Kapazität des Kontaktbalkens 112 nicht unerwünscht erhöht, während gleichzeitig für einen besseren Kontaktwiderstand gesorgt wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen (nicht gezeigt) wird die Höhe des Kontaktbalkens 112 selektiv verringert, beispielsweise durch Anwenden eines Ätzprozesses, der eine ausgeprägte Ätzselektivität in Bezug auf das Elektrodenmaterial 162 besitzt, was erreicht werden kann, indem das Material 112 geeignet in Bezug auf Dielektrodenmaterialien 162 ausgesucht wird. Folglich kann in diesem Falle die parasitäre Kapazität zwischen dem Kontaktbalken 112 und den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b weiter verringert werden, wobei dennoch ein geringerer Kontaktwiderstand erreicht wird. d
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1e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein zweites dielektrisches Zwischenschichtmaterial 115 über dem ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterial 110 und somit auch über den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b und über dem Kontaktbalken 112 gebildet. Zu beachten ist, dass in der gezeigten Ausführungsform die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b und der Kontaktbalken 112 im Wesentlichen die gleiche Höhe besitzen, während in anderen Fällen der Kontaktbalken 112 sich zu einer kleineren Höhe im Vergleich zu den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b erstreckt, so dass in diesem Falle das zweite dielektrische Zwischenschichtmaterial 115 als ein geeignetes Füllmaterial dienen kann, um den Raumbereich zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b (nicht gezeigt) aufzufüllen. Das dielektrische Zwischenschichtmaterial 115 besitzt eine beliebige geeignete Zusammensetzung und kann beispielsweise mit der gleichen Materialzusammensetzung wie das Material 110 oder zumindest ein Teil davon vorgesehen werden. Beispielsweise wird das Material 115 in Form von Siliziumdioxidmaterial und dergleichen bereitgestellt. Folglich repräsentieren das erste und das zweite dielektrische Zwischenschichtmaterial 110, 115 ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial oder eine Ebene des Bauelements 100, die somit eine Schnittstelle darstellt, die die Schaltungselemente, etwa die Transistoren 150a, 150b von einem Metallisierungssystem (nicht gezeigt) trennt, das noch über dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 115 zu bilden ist. Des weiteren ist ein Kontaktelement 113 in dem Material 115 so vorgesehen, dass es mit dem Kontaktbalken 112 verbunden ist, wobei eine laterale Längsabmessung 113l des Kontaktelements 113 gemäß den Bauteilerfordernissen so gewählt ist, dass ein moderat geringer Gesamtwiderstand erreicht wird, ohne in unerwünschter Weise die gesamte parasitäre Kapazität in Bezug auf die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b zu erhöhen. Somit wird, wie dies durch die gestrichelten Linien angegeben ist, eine geeignete Länge 113l eingestellt. Andererseits ist die laterale Abmessung des Kontaktelements 113 in der Breitenrichtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der 1e, deutlich geringer im Vergleich zur Erstreckung des Kontaktbalkens 112, wie dies auch nachfolgend detaillierter mit Bezug zu 1f erläutert ist. Das Kontaktelement 113 enthält ein beliebiges geeignetes leitendes Material, etwa Wolfram, Aluminium, Kupfer, und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit geeigneten Barrierenmaterialien und dergleichen. Das dielektrische Zwischenschichtmaterial oder die Materialien 116 in Verbindung mit dem Kontaktelement 113 und dem Kontaktbalken 112 stellen somit eine Kontaktstruktur dar, die als Schnittstelle zwischen einem Metallisierungssystem (nicht gezeigt) und den Transistoren 150a, 150b fungiert. Zu beachten ist, dass auch Kontaktelemente in dem Material 115 vorgesehen sein können, um zu einer oder zu beiden Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b eine Verbindung herzustellen. Der Einfachheit halber sind derartige Kontaktelemente nicht gezeigt.
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Das Material 115 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik hergestellt werden, wobei abhängig von der Höhe des Kontaktbalkens 112 eine mehr oder minder ausgeprägte Oberflächentopographie erzeugt wird, die bei Bedarf auf der Grundlage von CMP und dergleichen eingeebnet werden kann. Daraufhin werden Prozesse angewendet, um eine Ätzmaske zu bilden und um das Material 115 zu strukturieren, wobei die Prozessbedingungen weniger kritisch sind im Vergleich zu konventionellen Strategien, da jegliche Öffnungen in dem Material 115 sich zu einer weniger kritischen Höhe im Vergleich zu konventionellen Techniken erstrecken müssen, selbst wenn der Kontaktbalken 112 so vorgesehen wird, dass er sich zu einer geringeren Höhe im Vergleich zu den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b erstreckt. Daraufhin wird die resultierende Kontaktöffnung mit einem geeigneten Material gefüllt, wobei auch in diesem Falle weniger kritische Abscheidebedingungen angetroffen werden auf Grund des weniger kritischen Aspektverhältnisses der entsprechenden Kontaktöffnungen. Danach wird ein beliebiger geeigneter Materialabtragungsprozess angewendet, um überschüssiges Material abzutragen, wodurch das Kontaktelement 113 erzeugt wird.
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1f zeigt schematisch eine Draufsicht des Halbleiterbauelements 100, wobei der Einfachheit halber angenommen wird, dass das zweite dielektrische Zwischenschichtmaterial 115 (siehe 1e) durchsichtig ist. Wie gezeigt, erstreck sich somit der Kontaktbalken 112 entlang einer Längsrichtung, die als L angegeben ist, zwischen den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b, d. h. zwischen den entsprechenden Abstandshalterelementen 164. In einer Breitenrichtung, die als W angezeigt ist, besitzt der Kontaktbalken 112 eine laterale Abmessung 112w, die in der gezeigten Ausführungsform der gesamten Länge des aktiven Gebiets (siehe 1a) bei Bedarf entspricht. Somit wird ein deutlich geringerer Kontaktwiderstand durch den Kontaktbalken 112 erreicht. Andererseits besitzt das Kontaktelement 113 eine Struktur, wenn diese von oben betrachtet wird, die im Wesentlichen einer konventionellen Gestaltung entspricht, d. h., einer Gestaltung, die eine geringere parasitäre Kapazität erzeugt, wobei zumindest eine laterale Abmessung 113w entlang der Breitenrichtung W deutlich kleiner ist im Vergleich zu der Abmessung 112w. Beispielsweise ist die Abmessung 113w kleiner als die Hälfte der lateralen Abmessung 112w.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2f werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei eine geringere Prozesskomplexität erreicht wird, indem zumindest ein Teil eines Elektrodenmaterials und ein Teil des leitenden Materials des Kontaktbalkens in einem gemeinsamen Abscheideprozess bereitgestellt werden.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit einem Substrat 201 und einer Halbleiterschicht 202. In der Halbleiterschicht 202 ist ein aktives Gebiet 202a lateral durch eine Isolationsstruktur 202c begrenzt. Des weiteren ist ein Transistor 250 in und über dem aktiven Gebiet 202a ausgebildet und umfasst ein Gateelektrodenstruktur 260. Beispielsweise sind ein Abstandshalter 263 und ein weiteres Abstandshalterelement 264 in der Gateelektrodenstruktur 260 vorgesehen, um etwa das laterale Profil von Drain und Sourcegebieten 251 und einen Kontaktbereich 252 festzulegen, der beispielsweise in Form eines Metallsilizidgebiets, etwa Nickelsilizid, und dergleichen vorgesehen sein kann. Es sollte beachtet werden, dass im Hinblick auf jegliche Eigenschaften der bislang beschriebenen Komponenten die gleichen Kriterien gelten können, wie sie auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert sind.
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In der gezeigten Fertigungsphase umfasst die Gateelektrodenstruktur 260 eine Gateöffnung 265 und, in einigen anschaulichen Ausführungsformen, eine Gateisolationsschicht 261, die an der Unterseite der Gateöffnung 265 ausgebildet ist. Des weiteren ist die Gateelektrodenstruktur 260 lateral durch ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 210 eingebettet, was eine beliebige geeignete Struktur aufweist, wie dies auch zuvor erläutert ist.
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Das Halbleiterbauelement 200, wie es in 2a gezeigt ist, kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozesstechnik hergestellt werden, etwa mittels einer Prozessstrategie, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist, um den grundlegenden Aufbau des Transistors 250 herzustellen und um das erste dielektrische Zwischenschichtmaterial 210 vorzusehen. Daraufhin wird beim Freilegen eines Platzhaltermaterials, etwa eines Polysiliziummaterials, der Gateelektrodenstruktur 260 dieses Material sodann entfernt, wie dies auch zuvor beschrieben ist, und es wird ein geeignetes Material oder Materialschichten 266 in der Gateöffnung 265 hergestellt. Beispielsweise enthält das Materialsystem 266 ein dielektrisches Material mit großem ε, falls dies in der Gateisolationsschicht 261 nicht vorgesehen ist, während in anderen Fällen die Gateisolationsschicht 261 in ihrer gewünschten endgültigen Konfiguration bereitgestellt wurde, und wobei das Materialsystem 266 darin eingebaut eine geeignete Metallsorte aufweist, um eine Austrittsarbeit der Gateelektrodenstruktur 260 einzustellen. Es sollte beachtet werden, dass das Materialsystem 266 für Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart unterschiedliche Konfigurationen besitzen kann.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein Opferfüllmaterial 207, etwa ein organisches Einebnungsmaterial und dergleichen, in der Öffnung 265 vorgesehen, und eine Ätzmaske 204, etwa eine Lackmaske, ist über der Schicht 266 ausgebildet und besitzt eine Öffnung 204a, um damit die laterale Größe und die Lage von Kontaktbalken zu definieren, die in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 210 so herzustellen sind, dass sie mit den Kontaktbereichen 252, die in den Drain- und Sourcegebieten 251 vorgesehen sind, verbunden sind.
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Das Opferfüllmaterial 207 kann auf der Grundlage gut etablierter Aufschleudertechniken unter Anwendung geeigneter organischer Materialien bereitgestellt werden, die Form optischer Einebnungsmaterialien verfügbar sind. Daraufhin wird die Maske 204 auf der Grundlage gut etablierter Lithographietechniken hergestellt, wobei auch überschüssiges Material des Opfermaterials 207 strukturiert werden kann, wobei jedoch zumindest ein Teil innerhalb der Gateöffnung 265 bleibt. Als nächstes wird eine geeignete Ätzchemie angewendet, um freiliegende Bereiche des Materialsystems 266 zu entfernen, wobei das Opfermaterial 207 als ein Ätzstoppmaterial verwendet wird, um zumindest einen ausgeprägten Anteil des Materialsystems 266 innerhalb der Gateöffnung 265 zu bewahren. Daraufhin wird ein freiliegender Bereich des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 210 entfernt, etwa durch nasschemische Ätzprozesse, plasmaunterstützte Ätzprozesse und dergleichen. Somit werden die Kontaktbereiche 252 freigelegt. Daraufhin werden die Ätzmaske 204 und das Opferfüllmaterial 207 entfernt, beispielsweise unter Anwendung von Sauerstoffplasmarezepten, nasschemischen Ätzrezepten, und dergleichen.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit der Gateelektrodenstruktur 260, wobei die Materialschicht 266 weiterhin zumindest an der Unterseite der Gateöffnung 265 vorgesehen ist, wodurch in zuverlässiger Weise die gewünschten elektronischen Eigenschaften der Gateelektrodenstruktur 260 eingestellt werden. Des weiteren sind die Kontaktbereiche 252 freigelegt, um ein Kontaktmaterial zum Anschluss an die Drain- und Sourcegebiete mit geringerem Kontaktwiderstand aufzunehmen.
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2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines Abscheideprozesses 208, um eine Schicht aus leitenden Material 211 auf dem Kontaktbereich 252 und in der Gateöffnung 265 herzustellen. Das leitende Material 211 ist ein beliebiges geeignetes Material, etwa Aluminium, Wolfram, Kupfer und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einem zusätzlichen Barrierenmaterial, falls dies erforderlich ist, um damit eine höhere Leitfähigkeit der Gateelektrodenstruktur 260 und der Kontaktbalken, die mit den Drain- und Sourcegebieten 251 verbunden sind, zu erreichen. Das Material 211 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik aufgebracht werden, etwa durch PVD, CVD, elektrochemische Abscheidung oder eine Kombination davon.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines Materialabtragungsprozesses 206, etwa eines CMP-Prozesses und dergleichen, in welchem ein überschüssiger Bereich des Materials 211 (siehe 2d) entfernt wird, wodurch elektrisch isolierte Kontaktbalken 212a, 212b erzeugt werden, die eine Verbindung zu den Drain- und Sourcegebieten 251 herstellen. Gleichzeitig wird ein Elektrodenmaterial 262 in der Gateelektrodenstruktur 260 hergestellt und dieses elektrisch von den Kontaktbalken 212a, 212b getrennt. Zu diesem Zweck wird der Abtragungsprozess 206 auf der Grundlage einer geeigneten Nachpolierzeit ausgeführt, so dass in zuverlässiger Weise Metallreste entfernt werden, wobei auch eine endgültige Höhe der Gateelektrodenstruktur 260 eingestellt wird, wie dies durch 206r angegeben ist. Während des Abtragungsprozess 206 können somit das dielektrische Zwischenschichtmaterial 210 und die Abstandshalterelement 264 und 263 als effiziente Ätzstoppmaterialien dienen.
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2f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein zweites dielektrisches Zwischenschichtmaterial 215 über dem Material 210 und über den Kontaktbalken 212a, 212b und der Gateelektrodenstruktur 260 gebildet. Ein erstes Kontaktelement 213a ist in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 215 so ausgebildet, dass es mit dem Kontaktbalken 212a verbunden ist, wohingegen ein zweites Kontaktelement 213b mit dem Kontaktbalken 212b verbunden ist. Im Hinblick auf die lateralen Abmessungen der Kontaktelemente 213a, 213b sollte beachtet werden, dass diese Kontaktelemente geeignete laterale Abmessungen so besitzen, dass die gesamte parasitäre Kapazität in Bezug auf die Gateelektrodenstruktur 260 nicht unnötig erhöht wird. Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, besitzen die Kontaktelemente 213a, 213b eine laterale Abmessung entlang einer Breitenrichtung, d. h. entlang einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 2f, die kleiner ist im Vergleich zur lateralen Abmessung der Kontaktbalken 212a, 212b entlang der Breitenrichtung. Das dielektrische Material 215 und die Kontaktelement 213a, 213b können gemäß einer beliebigen geeigneten Prozesstechnik hergestellt werden, wie dies auch beispielsweise zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist.
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2g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen. Wie gezeigt, ist die Ätzmaske 204 mit der Maskenöffnung 204a zum Definieren der lateralen Größe entsprechender Kontaktbalken auf dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 210 ausgebildet, das ein Ätzstoppmaterial 210b, etwa ein Siliziumnitridmaterial, und eine zweite Materialschicht 210a aufweisen kann, beispielsweise in Form eines Siliziumdioxidmaterials. Ferner wurde ein freiliegender Bereich der Schicht 210a in der Öffnung 204a entfernt, beispielsweise durch ein selektives plasmaunterstütztes Ätzrezept, durch nasschemische Ätzprozesse und dergleichen, wie dies zuvor beschrieben ist. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Gateelektrodenstruktur 260 noch ein Platzhaltermaterial 267, etwa ein Polysiliziummaterial, und dergleichen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem die Materialschicht 210b zumindest über einem Teil der Kontaktbereiche 252 innerhalb der Öffnung 204a entfernt wird, beispielsweise vor dem Entfernen des Platzhaltermaterials 267, was bewerkstelligt werden kann durch Anwenden plasmaunterstützter Ätzrezepte, wobei das Material 252 als ein effizientes Ätzstoppmaterial verwendet wird. In diesem Falle ist eine Materialerosion in den Gebieten 252 weniger kritisch, da ein gut leitendes Material in einer späteren Fertigungsphase abgeschieden wird, wodurch ein gewünschter geringer Kontaktwiderstand beibehalten wird. Unter Verwendung eines plasmaunterstützten Ätzprozesses kann auch ein Teil der Abstandshalterelemente 264 und 263 entfernt werden, wodurch ein Höhenniveau erreicht wird, das durch 264r angegeben ist. Daraufhin wird das Platzhaltermaterial 267 beispielsweise durch ein nasschemisches Ätzrezept entfernt, wobei die freiliegenden Kontaktbereiche 252 und die verbleibenden Abstandshalterelemente 264 und 263 als Ätzstoppmaterialien verwendet werden. Danach wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem die Maske 204 entfernt wird und indem ein geeignetes Material abgeschieden wird, um damit die resultierende Gateöffnung zu füllen und um das Kontaktmetall für Kontaktbalken bereitzustellen, die eine Verbindung zu den Kontaktbereichen 252 herstellen, wie dies auch zuvor erläutert ist. Es sollte beachtet werden, dass das Abscheiden des leitenden Materials auch das Abscheiden einer austrittsarbeitseinstellenden Metallsorte bei Bedarf mit einschließen kann. In anderen anschaulichen Ausführungsformen werden die Kontaktbereiche 252 als hochdotierte Halbleitermaterialien bereitgestellt, ohne dass weitere Metallsilizidprozesse erforderlich sind, wobei ein geeigneter Kontaktwiderstand auf der Grundlage eines leitenden Materials erreicht wird, der in der Gateelektrodenstruktur 260 vorgesehen wird. In diesem Falle können beim Entfernen eines Teils des Materials 210b in der Öffnung 204a plasmaunterstützte Ätzrezepte zum Ätzen von Siliziumnitridmaterial angewendet werden, dass ein selbstbegrenzendes Ätzverhalten zeigt, wobei Siliziumoxidmaterial in den Drain- und Sourcegebieten 251 gebildet wird, das dann effizient als ein Ätzstoppmaterial beim Entfernen des Platzhaltermaterials 267 dienen kann, beispielsweise auf Grundlage von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid), und dergleichen.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Fertigungstechniken und Halbleiterbauelemente bereit, in denen eine Kontaktstruktur auf der Grundlage von Kontaktbalken mit geringerer Höhe in Verbindung mit „konventionellen” Kontaktelementen hergestellt wird, wodurch ein geringerer Kontaktwiderstand geschaffen wird, während gleichzeitig eine unerwünschte Vergrößerung der Abschirmkapazität der Kontaktstruktur vermieden wird.
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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 Prinzipien vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
