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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere elektronische Sicherungen in komplexen integrierten Schaltungen, die Metallgateelektrodenstrukturen aufweisen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In modernen integrierten Schaltungen ist eine sehr große Anzahl an Schaltungselementen, etwa Feldeffekttransistoren in Form von CMOS-, NMOS- und PMOS-Elementen, Widerstände, Kondensatoren und dergleichen auf einer einzelnen Chipfläche ausgebildet. Typischerweise werden die Strukturgröße dieser Schaltungselemente mit der Einfuhr jeder neuen Schaltungsgeneration verringert, so dass aktuelle verfügbare integrierte Schaltungen mit hohem Leistungsvermögen im Hinblick auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verfügbar sind. Eine Verringerung der Größe der Transistoren ist ein wichtiger Aspekt beim stetigen Verbessern des Leistungsvermögens komplexer integrierter Schaltungen, etwa von CPU's, die Verringerung der Größe zieht für gewöhnlich eine erhöhte Schaltgeschwindigkeit nach sich, wodurch das Signalverarbeitungsverhalten verbessert wird.
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Zusätzlich zu der großen Anzahl an Transistorelementen wird typischerweise eine Vielzahl an passiven Schaltungselementen, etwa Kondensatoren und Widerständen, in integrierten Schaltungen hergestellt, wie dies durch den grundlegenden Schaltungsaufbau erforderlich ist. Auf Grund der geringen Abmessungen der Schaltungselemente wird nicht nur das Leistungsvermögen der einzelnen Transistoren verbessert, sondern auch ihre Packungsdichte wird deutlich erhöht, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, immer mehr Funktionen in eine gegebene Chipfläche zu integrieren. Aus diesem Grunde wurden komplexe Schaltungen entwickelt, die unterschiedliche Schaltungen enthalten können, etwa Analogschaltungen, Digitalschaltungen, und dergleichen, wodurch auch vollständige Systeme auf einem einzelnen Chip (SoC) bereitgestellt werden.
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Obwohl Transistorelemente das dominierende Schaltungselement in sehr komplexen integrierten Schaltungen sind und wesentlich das Gesamtverhalten der Bauelemente bestimmen, repräsentieren auch andere Komponenten, etwa Kondensatoren, Widerstände und elektronische Sicherungen wesentliche Komponenten, wobei die Größe der passiven Schaltungselemente im Hinblick auf die Skalierung der Transistoren anzupassen ist, um nicht in unnötiger Weise wertvolle Chipfläche zu verschwenden. Ferner müssen die passiven Schaltungselemente, etwa die Widerstände, mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorgesehen werden, um damit die eng gesetzten Toleranzen gemäß den grundlegenden Schaltungsaufbau zu erfüllen. Beispielsweise müssen sogar in im Wesentlichen digitalen Schaltungsentwürfen entsprechende Widerstandswerte innerhalb sehr eng gesetzter Toleranzbereiche vorgesehen werden, um nicht in unterwünschter Weise zu Funktionsinstabilitäten und/oder zu einer erhöhten Signalausbreitungsverzögerung beizutragen.
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In ähnlicher Weise werden elektronische Sicherungen in komplexen integrierten Schaltungen als wichtige Mechanismen eingesetzt, um das Leistungsverhalten gewisser Schaltungsbereiche anpassen zu können, so dass diese mit dem Leitungsverhalten anderer Schaltungsebereiche im Einklang sind, beispielsweise nach der Beendigung des Fertigungsprozesses und/oder während der Verwendung des Halbleiterauelements, wenn beispielsweise gewisse kritische Schaltungsbereiche nicht mehr mit den entsprechenden Leistungskriterien verträglich sind, wodurch eine Anpassung gewisser Schaltungsbereiche erforderlich sein kann, etwa das Neueinstellen der internen Versorgungsspannung, woraus sich auch eine Neueinstellung der gesamten Schaltungsgeschwindigkeit und dergleichen ergibt.
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Zu diesem Zweck werden die sogenannten elektronischen Sicherungen oder E-Sicherungen in den Halbleiterbauelementen vorgesehen, wie sie aus der
US 2010 0059823 A1 bekannt sind, die elektronische Schalter repräsentieren, die einmal aktiviert werden, um damit eine gewünschte Schaltungsanpassung zu ermöglichen. Somit können die elektronischen Sicherungen so betrachtet werden, dass diese einen hochohmigen Zustand besitzen, der typischerweise einen „programmierten Zustand“ repräsentiert, und so dass diese auch einen niederohmigen Zustand besitzen, der typischerweise einen nicht-programmierten Zustand der elektronischen Sicherung darstellt. Da diese elektronischen Sicherungen einen wesentlichen Einfluss auf das Gesamtverhalten der ganzen integrierten Schaltung ausüben, muss eine zuverlässige Erkennung des nicht-programmierten und des programmierten Zustands sichergestellt werden, was bewerkstelligt wird auf der Grundlage geeignet gestalteter Logikschaltungen. Da typischerweise diese elektronischen Sicherungen lediglich einmal während der Lebensdauer des betrachteten Halbleiterbauelements aktiviert werden, muss eine entsprechende Programmieraktivität sicherstellen, dass ein gewünschter programmierter Zustand der elektronischen Sicherung zuverlässig erzeugt wird, um damit definierte Bedingungen für die weitere Lebensdauer des Bauelements zu schaffen. Das Programmieren einer Sicherung beinhaltet typischerweise das Anlegen eines Spannungspulses, der wiederum einen Strompuls mit ausreichender Stromdichte hervorruft, um damit eine permanente Modifizierung eines speziellen Bereichs der Sicherung hervorzurufen. Somit muss das elektronische Verhalten der Sicherung und der jeweiligen Leiter zum Zuführen der Strom und Spannungen zu der Sicherung genau definiert sein, um damit einen zuverlässig programmierten Zustand der Sicherung zu erhalten. Aus diesem Grunde wird für gewöhnlich Polysilizium für den Sicherungskörper beispielsweise in Verbindung mit einem Metallsilizid verwendet, in welchem Elektromigrationseffekte in Verbindung mit anderen Effekten durch den Strompuls hervorgerufen wird, etwa eine deutliche Wärmeerzeugung, so dass zu einer permanenten „Leitungsdegradation“ führen, wodurch wiederum ein hochohmiger Zustand des Sicherungskörpers hervorgerufen wird.
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Das ständige Bestreben zum Verringern der Strukturgrößen der integrierten Schaltungen hat zu einer Gatelänge von Feldeffekttransistoren von ungefähr 50 nm und weniger geführt. Ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte „pn-Übergänge“, die durch eine Grenzfläche gebildet sind, die zwischen stark dotierten Gebieten, die als „Drain“- und „Source“-Gebiete bezeichnet werden, und einem leicht dotierten oder nicht dotierten Gebiet, das auch als „Kanalgebiet“ bezeichnet wird, angeordnet ist, das wiederum benachbart zu den stark dotierten Gebieten angeordnet ist. In einem Feldeffekttransistor wird die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. der Durchlassstrom des leitenden Kanals, durch eine Gateelektrode gesteuert, die benachbart zu dem Kanalgebiet ausgebildet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten Spannung an die Gateelektrode hängt u. a. von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als „Kanallänge“ bezeichnet wird.
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Gegenwärtig werden die meisten komplexen integrierten Schaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt auf Grund dessen nahezu unbegrenzter Verfügbarkeit, auf Grund der gut verstandenen Eigenschaften des Siliziums und zugehöriger Materialien und Prozesse und auf Grund der Erfahrung, die während der letzten 50 Jahre gewonnen wurde. Daher bleibt Silizium mit hoher Wahrscheinlichkeit das Material der Wahl für künftige Schaltungsgenerationen. Ein Grund für die große Bedeutung des Siliziums für die Herstellung von Halbleiterbauelementen sind die guten Eigenschaften einer Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche, die eine zuverlässige elektrische Isolation unterschiedlicher Gebiete voneinander ermöglichen. Die Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche ist bei hohen Temperaturen stabil und ermöglicht somit das Ausführen von Hochtemperaturprozessen, wie sie typischerweise für Ausheizprozesse erforderlich sind, um Dotiermittel zu aktivieren und um Kristallschäden auszuheilen, ohne die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche zu beeinträchtigen. Folglich wird Siliziumdioxid vorzugsweise als eine Gateisolationsschicht in Feldeffekttransistoren verwendet, die die Gateelektrode, die häufig als Polysilizium aufgebaut ist, von dem Siliziumkanalgebiet getrennt. Bei einer weiteren Größenreduzierung erfordert jedoch die Verringerung der Kanallänge entsprechende Anpassung der Siliziumdioxid-Gatedielektrikumsschicht, um damit das sogenannte „Kurzkanalverhalten“ im Wesentlichen zu vermeiden, auf Grund welchem die Variabilität der Kanallänge einen wesentlichen Einfluss auf die resultierende Schwellwertspannung des Transistors ausübt. Aggressiv skalierte Transistorbauelemente mit einer relativ geringen Versorgungsspannung und damit mit einer reduzierten Schwellwertspannung weisen daher eine deutliche Zunahme des Leckstromes auf, die durch die reduzierte Dicke einer Siliziumdioxidgatedielektrikumsschicht hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde wurde das Ersetzen von Siliziumdioxid als Material der Gateisolationsschichten insbesondere für anspruchsvolle Anwendungen in Betracht gezogen. Mögliche alternative Materialien sind solche, die eine deutlich höhere Permittivität besitzen, so dass eine physikalische größere Dicke in einer entsprechend ausgebildeten Gateisolationsschicht eine kapazitive Kopplung führt, die ansonsten durch extrem Siliziumdioxidschicht erreicht würde. Es wurde vorgeschlagen, Siliziumdioxid durch hoch permittive Materialien, etwa Tantaloxid, Strontiumtitanoxid, Hafniumoxid, Hafniumsiliziumoxid, Zirkonoxid und dergleichen zu ersetzen.
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Des weiteren kann das Transistorverhalten weiter verbessert werden, indem ein geeignetes leitendes Material für die Gateelektrode vorgesehen wird, um damit das für gewöhnlich verwendete Polysiliziummaterial zu ersetzen, da Polysilizium eine Ladungsträgerverarmung in der Nähe der Grenzfläche aufweist, die zwischen dem Gatedielektrikumsmaterial und dem Polysiliziummaterial ausgebildet ist, wodurch die wirksame Kapazität zwischen dem Kanalgebiet und der Gateelektrode während des Transistorbetriebs verringert wird. Es wurde daher ein Gatestapel vorgeschlagen, in welchem ein dielektrisches Material mit großem ε eine höhere Kapazität ergibt, wobei gleichzeitig Leckströme auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden. Da das nicht-Polysiliziummaterial, etwa Titannitrid, und dergleichen, so gebildet wird, dass es direkt mit dem Gatedielektrikumsmaterial in Kontakt ist, kann das Vorhandensein einer Verarmungszone somit vermieden werden, wobei gleichzeitig eine moderat hohe Leitfähigkeit erreich wird.
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Es ist gut bekannt, dass die Schwellwertspannung des Transistors von der gesamten Transistorarchitektur, von einem komplexen lateralen und vertikalen Dotierstoffprofil der Drain- und Sourcegebiete und den entsprechenden Strukturen der pn-Übergänge und von der Austrittsarbeit des Gateelektrodenmaterials abhängt. Zusätzlich zu dem Bereitstellen der gewünschten Dotierstoffprofile muss also die Austrittsarbeit des metallenthaltenden Gateelektrodenmaterials auch in geeigneter Weise im Hinblick auf die Leitfähigkeitsart des betrachteten Transistors eingestellt werden. Aus diesem Grunde werden typischerweise metallenthaltende Elektrodenmaterialien für n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren verwendet, die gemäß gut etablierter Fertigungsstrategien in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase aufgebracht werden. D. h., in diesen Vorgehensweisen wird das dielektrische Material mit großem ε in Verbindung mit einem geeigneten metallenthaltenden Deckmaterial, etwa Titannitrid und dergleichen hergestellt, woran sich das Abscheiden eines Polysiliziummaterials in Verbindung mit weiteren Materialien, wenn dies erforderlich ist, anschließt, die dann strukturiert werden, um eine Gateelektrodenstruktur zu erzeugen. Gleichzeitig werden auch die entsprechenden zuvor Widerstände strukturiert. Daraufhin wird die grundlegende Transistorkonfiguration fertig gestellt, indem Drain- und Sourcegebiete gebildet werden, indem Ausheizprozesse ausgebildet und schließlich die Transistoren in ein dielektrisches Material eingebettet werden. Daraufhin wird eine geeignete Ätzsequenz ausgeführt, in der die obere Fläche der Gateelektrodenstrukturen und aller Widerstandsstrukturen, etwa Sicherungen, freigelegt wird, wobei das Polysiliziummaterial entfernt wird. Auf der Grundlage eines entsprechenden Maskierungsschemas in nachfolgend geeigneten metallenthaltenden Elektrodenmaterialien in die Gateelektrodenstrukturen von n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren eingefüllt, um eine verbesserte Gatestruktur zu erhalten, die ein Gateisolationsmaterial mit großem ε in Verbindung mit einem metallenthaltenden Elektrodenmaterial aufweist, das für eine geeignete Austrittsarbeit für n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren sorgt. Gleichzeitig erhalten auch die Widerstandsstrukturen, etwa die Sicherungen, ebenfalls das metallenthaltende Elektrodenmaterial.
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Das Konzept von elektronischen Sicherungen auf Siliziumbasis in Verbindung mit einem Silizid ist somit nicht mehr verfügbar, woraus sich das Einführen neuer Vorgehensweisen ergab, um elektronische Sicherungen in komplexen Halbleiterbauelementen vorzusehen, die auf der Grundlage eines Austauschgateverfahrens hergestellt werden. Beispielsweise wird in einigen konventionellen Vorgehensweisen das aktive Siliziummaterial als ein effizientes Material für elektronische Sicherungen in SOI-Bauelementen (Halbleiter-auf-Isolator) verwendet, da das kristalline Halbleitermaterial ähnliche Eigenschaften in Verbindung mit einem Metallsilizid besitzt, das darin gebildet ist, so dass darin eine ausgeprägte Elektromigrationswirkung in der Silizium/Metallsilizidkonfiguration dieser elektronischen Sicherungen hervorgerufen wird. Gleichzeitig sorgt das vergrabene isolierende Material der SOI-Struktur für eine geringe thermische Leitfähigkeit in das Substratmaterial hinein, wodurch eine gewünschte thermische Wirkung beim Programmieren elektronischer Sicherungen erreicht wird, da die beträchtliche Wärmeerzeugung einen wichtigen Aspekt beim permanenten „Schädigen“ des Sicherungskörpers der halbleiterbasierten elektronischen Sicherung repräsentiert.
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In anderen konventionellen Vorgehensweisen wird das Metallisierungssystem des komplexen Halbleiterbauelements als ein Materialsystem verwendet, um darin metallbasierte elektronische Sicherungen herzustellen, wobei typischerweise eine „dreidimensionale“ Konfiguration der elektronischen Sicherung erreicht wird, indem Kontaktdurchführungen von Metallleitungen verwendet werden, um damit eine Leitungsdegradation auf der Grundlage von Elektromigration hervorzurufen. Typischerweise werden in komplexen Halbleiterbauelementen die Metallisierungssysteme auf der Grundlage gut leitender Metalle, etwa Kupfer, häufig in Verbindung mit anspruchsvollen dielektrischen Materialien, etwa sogenannten dielektrischen Materialien mit kleinem ε mit einer Dielektrizitätskonstante von 3,0 oder deutlich kleiner, bereitgestellt. Diese dielektrischen Materialien mit kleinem ε werden typischerweise in Form von porösen Materialien mit einer reduzierten mechanischen Festigkeit auf Grund der geringeren Dichte des Materials bereitgestellt. Auf Grund der an sich wünschenswert hohen Leitfähigkeit des Kupfermaterials erfordert jedoch eine gewünschte permanente Modifizierung der anfänglichen Leitfähigkeit relativ hohe Stromdichten in elektronischen Sicherung, um die gewünschte Elektromigrationswirkung zu erreichen, die somit zu dem gewünschten hochohmigen Zustand oder programmierten Zustand der elektronischen Sicherung führt. Ferner erfordert eine geeignete Erzeugung von Wärme in und an der elektronischen Sicherung auch kleinere Querschnittsflächen und/oder eine erhöhte Gesamtlänge der elektronischen Sicherung, was zu einem erhöhten Flächenbedarf innerhalb des komplexen Metallisierungssystems führt. Auf Grund der erforderlichen hohen Stromdichten, die wiederum einen hohen Strompuls für gegebene laterale Abmessungen der Kontaktdurchführungen und Metallleitungen der elektronischen Sicherungen erfordern, muss auch die periphere Schaltung für die elektronische Sicherung und insbesondere die Transistoren zum Bereitstellen des Programmierpulses mit einer größeren Transistorbreite vorgesehen werden, was ebenfalls zu einem größeren Flächenverbrauch in der Bauteilebene des Halbleiterbauelements führt. Ferner kann die Elektromigration des Kupfers in elektronischen Sicherungen auf Grund der geringeren mechanischen Festigkeit und Dichte der komplexen dielektrischen Materialien auch zu einem ausgeprägten Austritt von Kupfermaterial führen, was möglicherweise durch die standardmäßigen leitenden Barrierenmaterialien, die in den Metallleitungen und Kontaktdurchführungen der „regulären“ Metallstrukturelemente in dem Metallisierungssystem vorgesehen sind, nicht effizient unterdrückt werden kann. DA Kupfer in einer Vielzahl an dielektrischen Materialien gut diffundiert etwa ein Siliziumdioxid, und insbesondere in dielektrischen Materialien mit kleinem ε, muss ein zuverlässiger Einschluss des Kupfers sichergestellt werden, um damit eine Kupferwanderung in empfindliche Bauteilbereiche zu vermeiden, was ansonsten zu einer ausgeprägten Beeinträchtigung der gesamten Bauteileigenschaften führen würde oder was sogar zu einem Totalausfall des Halbleiterbauelements führen könnte. Folglich müssen zusätzliche Barrierenmaterialien, etwa dielektrische Materialien, für komplexe Metallsicherungen vorgesehen werden, was ebenfalls zu einer größeren Prozesskomplexität führt.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken, in denen elektronische Sicherungen in der Bauteilebene komplexer Halbleiterbauelemente hergestellt werden, wobei die Bauelemente auf der Grundlage eines Austauschgateverfahrens bearbeitet werden, während eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 sowie ein verfahren zur Herstellung einer elektronischen Sicherung eines Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 10.
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Die Erfindung stellt allgemein Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen elektronische Sicherungen in einem Halbleiterbauelement mit einem hohen Grade an Kompatibilität zu komplexen Austauschgateverfahren hergestellt werden, wobei metallenthaltende leitende Elektrodenmaterialien effizient als Basismaterialien für die elektronischen Sicherungen verwendet werden. Es wurde erkannt, dass elektronische Sicherungen in geeigneter Weise in ein dielektrisches Material mit einer gewünschten geringen Wärmeleitfähigkeit eingebettet werden können, so dass eine gewünschte effiziente Elektromigrationswirkung auf der Grundlage von metallenthaltenden Elektrodenmaterialien erreicht wird, die für die Herstellung komplexer Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε eingesetzt werden. Beispielsweise tritt Elektromigration in Aluminium bei deutlich geringeren Stromdichten im Vergleich zu dem gut leitenden Kupfermaterial auf, das typischerweise in dem Metallisierungssystem komplexer Halbleiterbauelemente verwendet wird, so dass elektronische Sicherungen in der Bauteilebene des Halbleiterbauelements auf der Grundlage eines Austauschgateverfahrens bereitgestellt werden können, wobei dennoch ein zuverlässiger Programmiervorgang ergibt, wobei gleichzeitig der erforderliche Platzbedarf in der Bauteilebene deutlich kleiner ist im Vergleich zu konventionellen Strategien für das Bereitstellen der elektronischen Sicherungen in dem Metallisierungssystem auf der Grundlage eines Kupfermaterials. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird die elektronische Sicherung in einem Isolationsgebiet hergestellt, das eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu dem eigentlichen Halbleitermaterial in der Bauteilebene besitzt, wodurch das Vorsehen elektronischer Sicherungen in Vollsubstratarchitekturen ermöglicht wird, ohne dass eine Einschränkung auf SOI-Architekturen erfolgt, wie sie typischerweise in anderen konventionellen Strategien verwendet werden, wenn elektronische Sicherungen in der Bauteilebene auf der Grundlage eines Austauschgateverfahrens vorgesehen werden. Das dielektrische Material der Kontaktebene kann ebenfalls effizient die elektronischen Sicherungen einschließen oder umschließen, wodurch für bessere Temperaturbedingungen des Programmiervorgangs gesorgt wird, wobei auch ein Metallaustritt während der Elektromigration des Elektrodenmaterials effizient unterdrückt wird, ohne dass zusätzliche Materialien oder Prozessschritte erforderlich sind. Die Elektromigrationseffekte von Aluminium sind gut bekannt, da Aluminium als Metallisierungssystem weniger komplexer Halbleiterbauelemente verwendet wird und verwendet wurde, so dass geeignete laterale Abmessungen von elektronischen Sicherungen auf Grundlage von Aluminium zuverlässig ermittelt werden können, um damit ein zuverlässiges Leistungsverhalten der elektronischen Sicherungen zu erreichen.
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Figurenliste
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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:
- 1a schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements mit einem Transistor und einer elektronischen Sicherung zeigt, die auf der Grundlage eines Austauschgateverfahrens hergestellt sind;
- 1 b schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, in der die metallenthaltenden Elektrodenmaterialien mit einer Aluminiumschicht und einer nicht-Aluminiumschicht ausgebildet sind;
- 1c schematisch eine Querschnittsansicht einer anspruchsgemäßen Ausführungsform des Halbleiterbauelements zeigt, in der die metallenthaltenden Elektrodenmaterialien mit einer Aluminiumschicht lateral durch ein dielektrisches Material mit großem ε in der Gateelektrodenstruktur und der elektronischen Sicherung eingeschlossen sind;
- 1d schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, in dem die Aluminiumschicht der elektronischen Sicherungen lateral durch mindestens eine nicht-Aluminiummaterialschicht eingebettet ist;
- 1e schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase zeigt, in der eine Kontaktebene so vorgesehen wird, dass diese eine Verbindung zu der elektronischen Sicherung und des Transistors herstellt; und
- 1f schematisch eine Draufsicht der elektronischen Sicherung zeigt.
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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 Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen aluminiumbasierte Materialien, wie sie für Austauschgateverfahren eingesetzt werden, effizient in elektronischen Sicherungen eingebaut werden können, die in der Bauteilebene komplexer Halbleiterbauelemente hergestellt werden. D. h., wie elektronischen Sicherungen werden auf der Grundlage nahezu der gleichen Konfiguration die komplexe Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε bereitgestellt, wobei ein Isolationsgebiet, etwa eine flache Grabenisolation, für eine thermische „Entkopplung“ der elektronischen Sicherung von dem aktiven Halbleitermaterial und dem Substratmaterial in Vollsubstratarchitekturen sorgen, wodurch ein hohes Maß an Flexibilität bei der Auswahl einer geeigneten Halbleiterkonfiguration möglich ist. Anders ausgedrückt, die elektronischen Sicherungen können für Vollsubstratkonfigurationen vorgesehen werden, d. h. für Konfigurationen, in denen das Halbleitermaterial von Transistoren direkt mit dem kristallinen Halbleitermaterial des Substrats in Verbindung steht, während in anderen Fällen die offenbarten Prinzipien im Zusammenhang mit SOI-Konfigurationen angewendet werden können, wobei jedoch der Einbau von elektronischen Sicherungen in das aktive Halbleitermaterial vermieden wird. Da die elektronischen Sicherungen auf der Grundlage von im Wesentlichen der gleichen grundlegenden Struktur wie die Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε bereitgestellt werden, können die elektronischen Sicherungen zuverlässig in das dielektrische Material der Kontaktebene des Halbleiterbauelements eingebettet werden, das somit für bessere thermische Bedingungen beim Programmieren der elektronischen Sicherung sorgt. Gleichzeitig wird typischerweise das dielektrische Material der Kontaktebene mit höherer Dichte und Festigkeit, beispielsweise im Vergleich zu dem dielektrischen Material komplexer Metallisierungssysteme vorgesehen, wodurch ein besseres Leistungsverhalten der elektronischen Sicherungen, beispielsweise im Hinblick auf Metallaustritt und dergleichen beim Hervorrufen einer Elektromigrationswirkung sichergestellt ist, ohne dass zusätzliche Materialien oder Prozessschritte erforderlich sind. Ferner kann Aluminium in Verbindung mit anderen metallenthaltenden Materialien, etwa Titannitrid, Tantalnitrid, austrittsarbeitseinstellenden Sorten und dergleichen, eine geringere Leitfähigkeit im Vergleich zu kupferbasierten Metallstrukturen aufweisen, wobei auch der Elektromigrationsdefekt in Aluminium ausgeprägter ist bei einer vorgegebenen Stromdichte im Vergleich zu Kupfer, wodurch insgesamt kleinere Abmessungen der elektronischen Sicherungen möglich sind und auch kleinere Abmessungen für die peripheren Transistoren zum Zuführen der Strompulse zum Programmieren der elektronischen Sicherungen möglich sind.
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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 und einer Halbleiterschicht 102, d. h. zumindest in einem anfänglichen Zustand, wobei das Substrat und die Halbleiteschicht 102 eine Vollsubstratkonfiguration bilden. D. h., die Halbleiterschicht 102 umfasst mehrere Halbleitergebiete oder aktive Gebiete, die lateral durch geeignete Isolationsstrukturen begrenzt sind, beispielsweise sind diese Strukturen aus geeigneten dielektrischen Materialien aufgebaut, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen. Der Einfachheit halber ist ein einzelnes aktives Gebiet oder Halbleitergebiet 102a dargestellt, das lateral benachbart zu einem Isolationsgebiet 102b ausgebildet ist. In einer Vollsubstratkonfiguration ist das Halbleitermaterial des aktiven Gebiets 102a in direktem Kontakt mit einem kristallinen Halbleitermaterial, etwa Siliziummaterial des Substrats 101. Somit repräsentiert in diesem Falle die Halbleiterschicht 102 in ihrem Anfangszustand einen oberen Bereich des kristallinen Substrats 101. Das Isolationsgebiet 102b kann somit in der Halbleiterschicht 102 so gebildet werden, dass diese sich zu einer gewünschten Tiefe gemäß den gesamten Bauteilerfordernissen erstreckt. In anderen anschaulichen Ausführungsformen (nicht gezeigt) repräsentiert das Halbleiterbauelement 100 eine SOI-Konfiguration, in der eine vergrabene isolierende Materialschicht (nicht gezeigt) unter der Halbleiterschicht 102 und somit unterhalb des aktiven Gebiets 102a und des Isolationsgebiets 102b ausgebildet wird, wodurch eine Grenze zu dem Substratmaterial 101a bereitgestellt wird.
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Das Halbleitermaterial der Schicht 102 und auch das kristalline Halbleitermaterial 101a besitzen typischerweise eine moderat hohe Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise 150 Watt/mK, was vorteilhaft ist beim Ableiten von Wärme aus temperaturkritischen Bauteilbereichen, etwa dem Gebiet 102, in das Substrat 101. Andererseits besitzt das Isolationsgebiet 102b eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise ungefähr 1,2 bis 1,4 W/mK, wodurch somit für bessere thermische Bedingungen für eine elektronische Sicherung 110b gesorgt wird, die auf dem Isolationsgebiet 102b ausgebildet ist.
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In der gezeigten Fertigungsphase umfasst das Halbleiterbauelement 100 ferner einen Transistor 150 mit Drain- und Sourcegebieten 151, die in dem aktiven Gebiet 102a möglicherweise in Verbindung mit Metallsilizidgebieten 152 ausgebildet sind, wobei dies von den gesamten Prozess- und Bauteilerfordernissen abhängt. Der Transistor 150 umfasst ferner eine Gateelektrodenstruktur 110, die grundsätzlich den gleichen Aufbau im Hinblick auf Materialien besitzt wie die elektronische Sicherung 110b. In der gezeigten Ausführungsform enthalten die Gateelektrodenstruktur 110a und die elektronische Sicherung 110b ein dielektrisches Material 113, etwa ein konventionelles dielektrisches Material, etwa in Form von Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid und dergleichen. In anderen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert die Schicht 113 die Gateisolationsschicht der Gateelektrodenstruktur 110a und umfasst in dieser Fertigungsphase ein dielektrisches Material mit großem ε, etwa Hafniumoxid, Zirkonoxid, stickstoffangereichertes Metalloxid und dergleichen. Wenn die Gateisolationsschicht 113 ein empfindliches dielektrisches Material mit großem ε enthält, kann ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial 112 so vorgesehen sein, dass die Gateisolationsschicht 113 in der Gateelektrodenstruktur 110a und somit auch in der elektronischen Sicherung 110b zuverlässig eingeschlossen wird. Beispielsweise umfasst die metallenthaltende Schicht 112 Titannitrid und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einer austrittsarbeitseinstellenden Substanz, etwa Lanthanum, Aluminium, und dergleichen, wobei dies von der Prozessstrategie abhängt. Die Gateelektrodenstruktur 110a und die elektronische Sicherung 110b enthalten anfänglich ein Halbleitermaterial, wie dies durch gestrichelte Linie gezeigt ist und als 111 bezeichnet ist, wobei dieses Material als ein Platzhaltermaterial betrachtet werden kann und durch ein geeignetes metallenthaltendes Elektrodenmaterial bzw. Materialien in Verbindung mit Aluminium ersetzt wird, wie dies auch zuvor erläutert ist. Ferner können die Strukturen 110a, 110b eine Seitenwandabstandshalterstruktur 114 mit geeigneter Ausbildung aufweisen, etwa mit einem oder mehreren Abstandselementen möglicherweise in Verbindung mit Ätzstoppbeschichtungen und dergleichen. Beispielsweise enthält die Abstandshalterstruktur 114 geeignete dielektrische Materialien in Form von Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, amorphen Kohlenstoff und dergleichen.
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Ferner wird in der gezeigten Fertigungsphase ein Teil einer Kontaktebene 120 beispielsweise in Form eines beliebigen geeigneten dielektrischen Materials vorgesehen, etwa als eine dielektrische Schicht 221 in Verbindung mit einer dielektrischen Schicht 122, die in Form eines Siliziumnitridmaterials bzw. eines Siliziumdioxidmaterials und dergleichen vorgesehen sein kann. Somit umschließt das dielektrische Material der Kontaktebene 120 beispielsweise in Form der Materialien 121, 122, lateral die Strukturen 110a, 110b, wodurch insbesondere für die elektronische Sicherung 110b bessere thermische Bedingungen geschaffen werden, da auch diese Materialien eine geringere Wärmeleitfähigkeit bieten, was vorteilhaft ist, wenn die elektronische Sicherung 110b aktiviert wird, wie dies zuvor beschrieben ist. Ferner bieten die Materialien 121, 122 in Verbindung mit der Seitenwandabstandshalterstruktur 114 einen effizienten Einschluss jeglicher Metalle der elektronischen Sicherung 110b, wenn darin eine ausgeprägte Elektromigrationswirkung eintritt.
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Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Die Isolationsstruktur 102b wird in der Halbleiterschicht 102 unter Anwendung gut etablierter Prozesstechniken, etwa komplexer Lithographie-, Ätzprozessen, Abscheideprozessen, und dergleichen hergestellt. Vor oder nach dem Ausbilden der Isolationsstruktur 102b erhält das aktive Gebiet 102a eine geeignete Wannendotierstoffsorte, wie dies zum Erzeugen des Transistors 150 erforderlich ist. Als nächstes werden ein oder mehrere Materialien für die Gateisolationsschicht 113 vorgesehen, etwa in Form eines konventionellen dielektrischen Materials, das möglicherweise einen Oxidationsprozess mit einschließt, in welchem Falle das Aufwachsen eines entsprechenden dielektrischen Materials auf der Isolationsstruktur 102b unterdrückt wird. In anderen Fällen werden dielektrische Materialien durch Abscheidetechniken aufgebracht, etwa durch CVD (chemische Dampfabscheidung) und dergleichen, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Gateisolationsschicht 113 ein dielektrisches Material mit großem ε erhält, bewerkstelligt werden kann durch Abscheiden einer gewünschten Materialzusammensetzung, etwa von Hafniumoxid, Zirkonoxid und dergleichen. Ferner kann die Deckschicht 113, falls erforderlich, beispielsweise in Form eines Titannitridmaterials vorgesehen sein und kann als eine leitende Deckschicht dienen, um das dielektrische Material in der Gateschicht 113 einzuschließen. Folglich wird in einigen Austauschgateverfahren das dielektrische Material mit großem ε oder die Gateisolationsschicht 113 in einer frühren Fertigungsphase bereitgestellt und wird mittels der Deckschicht 112 in Verbindung mit der Abstandshalterstruktur 114 oder zumindest eines Teils davon eingeschlossen, während andere Metallsorten zum Einstellen der Austrittsarbeit der Elektrodenstruktur in einer späteren Fertigungsphase bereitgestellt werden. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das dielektrische Material mit großem ε für die Gateisolationsschicht 113 in einer späteren Phase vorgesehen oder das Material der Schicht 113 wird teilweise in einer späteren Fertigungsphase noch entfernt. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen enthält die Gateisolationsschicht 113 das dielektrische Material mit großem ε und die Schicht 112 und/oder die Gateisolationsschicht 113 enthalten ferner eine geeignete austrittsarbeitseinstellende Sorte, etwa Lanthanum, Aluminium, und dergleichen, um damit die gewünschte Austrittsarbeit für die Gateelektrodenstruktur 110a in einer frühen Fertigungsphase einzustellen, während andererseits weitere gut leitende Elektrodenmetalle, etwa Aluminium, in einer späteren Fertigungsphase bereitgestellt werden.
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Nach dem Vorsehen der Schicht 113 und möglicherweise der Schicht 112 wird das Halbleitermaterial 111 hergestellt, möglicherweise in Verbindung mit anderen Materialien, etwa einer dielektrischen Deckschicht (nicht gezeigt), jeglichen Hartmaskenmaterialien und dergleichen, wie dies zum Strukturieren des resultierenden Schichtstapels erforderlich ist. Somit können aufwendige Lithographietechniken in Verbindung mit Ätzprozessen verwendet werden, um die Gateelektrodenstruktur 110a mit einer gewünschten Gatelänge von beispielsweise 50 nm und weniger bereitzustellen, während auch die elektronische Sicherung 110b mit geeigneten lateralen Abmessungen vorgesehen wird, die so gewählt sind, dass eine gewünschte Elektromigrationswirkung und Wärmeerzeugung erreicht werden, um damit einen zuverlässigen hochohmigen Zustand beim Programmieren der elektronischen Sicherung 110b während des Betriebs und/oder während der Einstellung der abschließenden Eigenschaften des Halbleiterbauelements 100 nach dem Ende des Fertigungsprozesses zu erhalten. Es sollte beachtet werden, dass geeignete laterale Abmessungen bei einer vorgegebenen Höhe der Strukturen 110a, 110b effizient auf der Grundlage von Experimenten, nach dem Fachwissen und dergleichen auf Grundlage von Daten und Experimenten, die für gut etablierte Metalle, etwa Aluminium, verfügbar sind, ermittelt werden können. Beispielsweise besitzt eine Breite der elektronischen Sicherung 110b, d. h. in 1a eine laterale Abmessung, die senkrecht zur Zeichenebene der 1a ist, eine ähnliche Abmessung wie eine Länge der Gateelektrodenstruktur 110a, wenn eine geringere Querschnittsfläche als vorteilhaft die elektronische Sicherung 111b erachtet wird, um damit eine hohe Stromdichte für einen gegebenen maximalen Strom zu erreichen, der während des Programmierens der elektronischen Sicherung 110b angelegt wird. Andererseits kann eine Länge der elektronischen Sicherung 110b, d. h. die horizontale Erstreckung einer der Schichten 113, 112, 111 zwischen der dielektrischen Abstandshalterstruktur 114 in 1a so festgelegt werden, dass diese mit dem Taktschema, das noch vorzusehen ist, und dem Gesamtwiderstand der elektronischen Sicherung 110b verträglich ist.
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Nach dem Erzeugen der Strukturen 110a, 110b kann die Seitenwandabstandshalterstruktur 114 in zwei oder mehr unterschiedlichen Schritten bereitgestellt werden, wobei auch dazwischen das Dotierstoffprofil der Drain- und Sourcegebiete 151 auf der Grundlage einer geeigneten Prozessstrategie erzeugt wird. Nach dem Ausführen jeglicher Ausheizzyklen können die Metallsilizidgebiete 152 auf der Grundlage von Silizidierungstechniken hergestellt werden, wobei bei Bedarf das Halbleitermaterial 111 weiterhin durch ein geeignetes dielektrisches Material maskiert sein kann. Daraufhin werden eine oder mehrere dielektrische Materialien der Kontaktebene 110, beispielsweise mittels einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik, durch plasmaunterstützte CVD, subatmosphärische CVD, und dergleichen hergestellt, möglicherweise mit anschließendem Einebnungsprozess. Daraufhin wird das Material 111 freigelegt, beispielsweise zum Freilegen oder Erzeugen einer oberen Fläche 111s, durch welche zumindest das Material 111 entfernt wird, indem ein geeigneter relativer Ätzprozess angewendet wird. Wie zuvor angegeben ist, kann das Material 112, falls dieses vorgesehen ist, als ein effizientes Ätzstoppmaterial dienen, während in anderen Fällen das Material 113 als ein Ätzstoppmaterial dient und ebenfalls entfernt wird zumindest teilweise, wenn eine dielektrische Komponente mit großem ε noch in den Strukturen 110a, 110b vorzusehen ist. Daraufhin geht die weitere Bearbeitung weiter, indem zumindest das Material 111 durch zumindest ein Aluminiummaterial ersetzt wird.
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1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der die Materialien 113 und 112 in einer frühen Fertigungsphase so vorgesehen werden, dass die elektronischen Eigenschaften der Gateelektrodenstruktur 110a, etwa die Austrittsarbeit und dergleichen, eingerichtet werden, beispielsweise indem eine geeignete austrittsarbeitseinstellende Metallsorte in der Schicht 113 und/oder der Schicht 112 vorgesehen wird. Beispielsweise kann Lanthanum in eine oder beide Schichten eingebaut werden oder kann als eine separate Materialschicht bereitgestellt werden. Ferner kann eine Elektrodenmetallschicht 115, in Form eines Aluminiummaterials, in der Gateelektrodenstruktur 110 und in der elektronischen Sicherung 110b vorgesehen werden, was bewerkstelligt werden kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik. Bei Bedarf können vor dem Abscheiden des Aluminiummaterials 115 eine oder mehrere zusätzliche metallenthaltende Materialschichten aufgebracht werden, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Jegliches Überschussmaterial der Aluminiumschicht 115 wird dann beispielsweise durch CMP (chemischmechanisches Polieren) und dergleichen abgetragen.
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1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 gemäß einer anspruchsgemäßen Ausführungsform, in dem ein dielektrisches Material 113 an Seitenwänden und an der Unterseite der Gateelektrodenstruktur 110 und der elektronischen Sicherung 110b ausgebildet ist. Beispielsweise ist das dielektrische Material 113a ein dielektrisches Material mit großem ε, das zum Entfernen zumindest des Halbleitermaterials 111 (siehe 1a) aufgebracht wird, wobei abhängig von der gesamten Prozessstrategie auch ein anderes Material, etwa das dielektrische Material 113 (siehe 1a) zumindest teilweise entfernt werden kann, um damit insgesamt eine gewünschte Dielektrizitätskonstante für die Gateelektrodenstruktur 110a zu erhalten. Ferner kann eine metallenthaltende Materialschicht 112a auf dem dielektrischen Material 113 ausgebildet sein und kann aus einem geeigneten Material aufgebaut sein, etwa Titannitrid, Tantalnitrid und dergleichen, wobei die Schicht 112a auch ein Schichtsystem mit zwei oder mehr Teilschichten (nicht gezeigt) repräsentieren kann, wovon eine eine geeignete austrittsarbeitseinstellende Sorte, etwa Lanthanum, und dergleichen aufweisen kann. Die Schicht oder das Schichtsystem 112a kann ferner eine leitende Ätzstoppschicht oder ein Barrierenmaterial, etwa in Form von Tantalnitrid, aufweisen, wie dies zum Entfernen von nicht erwünschten Materialschichten von anderen Gateelektrodenstrukturen erforderlich ist, in denen eine andere Art an Schichtsystem geeignet ist, um die endgültigen elektronischen Eigenschaften einer Gateelektrodenstruktur einzustellen. Durch Vorsehen mehrerer nicht-Aluminiummaterialien als die Schicht 112a oder die Schicht 112 in 1b kann eine Verringerung der Gesamtleitfähigkeit erreicht werden, da typischerweise das Material oder das Materialsystem 112a eine geringere Leitfähigkeit im Vergleich zu der Aluminiumschicht 115 besitzt. In diesem Falle kann allgemein eine geringere Länge für die elektronische Sicherung 110b angewendet werden, wobei dennoch die gewünschte Wärmeerzeugung erreicht wird auf Grund der höheren Leitfähigkeit des Materials oder des Materialsystems 112a.
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Im Hinblick auf das Bereitstellen der Materialien 113a, 112a und 115 können beliebige geeignete Abscheidetechniken angewendet werden, woran sich Materialabtragungsprozesse anschließen.
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1d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in dem mindestens die Gateisolationsschicht 113 in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen wird und ein dielektrisches Material mit großem ε aufweist. In der gezeigten Ausführungsform wurde zumindest auch ein Teil der Materialschicht 112 während der vorhergehenden Prozesssequenz bewahrt, wobei mindestens eine weitere nicht-Aluminiummaterialschicht, etwa die Schicht 112a oder ein System, so vorgesehen wird, dass diese auch an Seitenwänden der Elektrodenstruktur 110a und der elektronischen Sicherung 110b ausgebildet ist. Somit umschließt das Material 112a lateral die Aluminiumschicht 115. Es sollte beachtet werden, dass in anderen anschaulichen Ausführungsformen das Material 112a direkt auf der Gateisolationsschicht 113 ausgebildet sein kann, wenn die Materialschicht 112 entfernt wurde. Ferner können die Schicht 112a oder das Schichtsystem geeignete Materialien zum Einstellen der Austrittsarbeit und/oder zum Bereitstellen einer gewünschten Barrierenwirkung enthalten, wie dies für die Bearbeitung des Bauelements 100 erforderlich ist. Auch in diesem Falle kann das Vorsehen der Materialien 112 und 112a die Gesamtleitfähigkeit der elektronischen Sicherung 110b verringern, wodurch geringere laterale Abmessungen möglich sind, wie dies zuvor erläutert ist.
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1e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist die Kontaktebene 120 des Bauelements 100 fertig gestellt und umfasst somit ggf. ein weiteres dielektrisches Material 123, beispielsweise in Form von Silziumdioxid und dergleichen, das somit effizient die Gateelektrodenstruktur 110a und insbesondere die elektronische Sicherung 110b umschließt, die nunmehr auf der Grundlage der Isolationsstruktur 102b, den Materialien 121, 122 und dem zusätzlichen dielektrischen Material 123 thermisch entkoppelt ist. Ferner sind ein oder mehrere Kontaktelemente 124 in der Kontaktebene 120 so vorgesehen, dass eine Verbindung zu dem Transistor 150 entsteht, wobei der Einfachheit halber ein einzelnes Kontaktelement 124 dargestellt ist, das mit der Gateelektrodenstruktur 110 verbunden ist. In ähnlicher Weise sind Kontaktelemente 125, 126 so vorgesehen, dass diese eine Verbindung zu der elektronischen Sicherung 110b herstellen, wobei die Kontaktelemente 125, 126 eine beliebige geeignete Konfiguration besitzen, um damit einen gewünschten geringen Kontaktwiderstand zu erzeugen, so dass der geeignete Strom zu der elektronischen Sicherung 110b zugeleitet wird, um damit Elektromigration insbesondere in dem Material 115 hervorzurufen, was effizient durch den wirksamen „thermischen Einschluss“ der elektronischen Sicherung 110b unterstützt wird.
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Das dielektrische Material 123 und die Kontaktebene 124, 125, 126 können auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten gewünschten Prozessstrategie hergestellt werden, indem etwa das Material 123 unter Anwendung einer gewünschten Abscheidetechnik aufgebracht wird, woran sich das Strukturieren des dielektrischen Materials 123 für die Kontaktelemente 124, 125, 126 anschließt und indem die dielektrischen Materialien 121, 122 für andere Kontaktelemente strukturiert werden, die zum aktiven Gebiet 102a (nicht gezeigt) in Verbindung stehen. Das Strukturieren kann auf der Grundlage von Hartmaskenmaterial und dergleichen in Verbindung mit komplexen Lithographietechniken bewerkstelligt werden. Daraufhin werden die resultierenden Öffnungen mit einem geeigneten Material oder Materialien, etwa Wolfram, möglicherweise in Verbindung mit Barriere- und/oder Saatmaterialien gefüllt, und dergleichen, während in anderen Fällen andere Materialien, etwa Aluminium und dergleichen, effizient eingesetzt werden können.
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1f zeigt schematisch eine Draufsicht der elektronischen Sicherung 110b, wenn angenommen wird, dass mindestens das Material 123 und die Kontaktelemente 125, 126 (siehe 1e) „durchsichtig“ sind. Wie gezeigt, wird die eigentliche wirksame Länge, die durch 110l angegeben ist, der Sicherung 110b durch die Länge des Materials 115 definiert, das zwischen den Kontaktelementen 125, 126 angeordnet ist. Anders ausgedrückt, innerhalb der Länge 110 wir der Stromfluss während des Programmierens der elektronischen Sicherung 110b erzeugt und ruft Elektromigrationswirkungen hervor, die durch die ausgeprägte lokale Wärmeerzeugung in der Länge 110l unterstützt werden, wodurch eine permanente „Schädigung“ und somit Modifizierung des gesamten elektronischen Zustands der Sicherung 110b hervorgerufen wird, das wiederum zuverlässig durch eine periphere Schaltung (nicht gezeigt) erkannt werden kann, die mit der Sicherung 110b, beispielsweise über die Kontaktelemente 125, 126 und ein entsprechendes Metallisierungssystem (nicht gezeigt) in Verbindung steht, wobei das Metallisierungssystem über der Kontaktebene 120 zu bilden ist. In ähnlicher Weise wird eine effektive Breite 110w, die die Breite von leitendem Material ohne die Breite des Abstandshalterstruktur 114 darstellt, so gewählt, dass die gewünschte hohe Stromdichte bei einer vorgegebenen Höhe der Sicherung 110b erreicht wird, und wobei die Breite in der Größenordnung der Länge der Gateelektrodenstruktur sein kann, etwa der Gateelektrodenstruktur 110a, die in 1e gezeigt ist. Es sollte beachtet werden, dass die elektronische Sicherung 110b eine beliebige geeignete geometrische Gestalt aufweisen kann, beispielsweise in Form mehrerer linearer Bereiche oder gekrümmter Bereiche, so dass die Länge 1101 erhöht wird, falls dies als geeignet erachtet wird. Ferner können vergrößerte Kontaktbereiche (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um eine Verbindung mit den Kontaktelementen 125, 126 herzustellen, die dann auch eine Größe besitzen können, wobei zwei oder mehr Elemente für jedes der Kontaktelemente 125, 126 verwendet werden, um damit die Strombelastbarkeit zu erhöhen.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen elektronische Sicherungen in der Bauteilebene des Halbeiterbauelements zusammen mit Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε hergestellt werden, wobei das aluminiumbasierte Elektrodenmaterial für bessere Elektromigrationseffekte im Vergleich zu gut leitenden Kupfermaterialien sorgt, wie sie typischerweise in konventionellen Strategien verwendet werden, wenn die elektronischen Sicherungen in Metallisierungssystemen des Halbleiterbauelements vorgesehen sind. Ferner wird ein sehr effizienter thermischen Einschluss der elektronischen Sicherung erreicht, indem die elektronische Sicherung auf oder über einem Isolationsgebiet hergestellt wird, wobei auch das dielektrische Material der Kontaktebene für einen effizienten lateralen Einschluss sorgt, wobei die Oberseite der elektronischen Sicherung bedeckt ist.
