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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung komplexe integrierte Schaltungen mit Transistoren, die Gatestrukturen aufweisen, die auf der Grundlage eines Gatedielektrikumsmaterials mit großem ε und eines metallenthaltenden Elektrodenmaterials aufgebaut sind, wobei zumindest das metallenthaltende Elektrodenmaterial in einer späten Fertigungsphase vorgesehen wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Die Herstellung moderner integrierter Schaltungen, etwa von CPUs, Speicherbauelementen, ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen) und dergleichen erfordert es, dass eine große Anzahl an Schaltungselementen auf einer vorgegebenen Chipfläche gemäß einem spezifizierten Schaltungsaufbau hergestellt wird, wobei Feldeffekttransistoren eine wichtige Art an Schaltungselementen darstellen, die das Leistungsverhalten der integrierten Schaltungen wesentlich bestimmen. Im Allgemeinen wird eine Vielzahl an Prozessstrategien aktuell eingesetzt, wobei für viele Arten komplexer Schaltungen mit Feldeffekttransistoren die CMOS-Technologie eine der vielversprechendsten Vorgehensweisen ist auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz. Während der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung von beispielsweise der CMOS-Technologie werden Millionen an Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die durch eine Grenzfläche stark dotierter Gebiete, die als Drain- und Sourcegebiete bezeichnet werden, mit einem leicht dotierten oder nicht dotierten Gebiet gebildet sind, etwa einem Kanalgebiet, das benachbart zu den stark dotierten Gebieten angeordnet ist. In einem Feldeffekttransistor ist die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. der Durchlassstrom des leitenden Kanals, durch eine Gateelektrode gesteuert, die benachbart zu dem Kanalgebiet angeordnet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt u. a. von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine gegebene Abmessung des Kanalgebiets in einer Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Somit beeinflusst die Leitfähigkeit des Kanalgebiets das Leistungsverhalten von MOS-Transistoren ganz wesentlich. Daher ist die Verringerung der Kanallänge – und damit verknüpft die Verringerung des Kanalwiderstands – ein wichtiges Entwurfskriterium, um eine Zunahme der Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungen zu erreichen.
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Gegenwärtig wird der Hauptanteil an integrierten Schaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt auf Grund dessen nahezu unbegrenzter Verfügbarkeit, auf Grund der gut verstanden Eigenschaften des Siliziums und zugehöriger Materialien und Prozesse und auf Grund der Erfahrung, die über die letzten 50 Jahre gewonnen wurde. Daher bleibt Silizium mit hoher Wahrscheinlichkeit das Material der Wahl in der nahen Zukunft für Schaltungen, die für Massenprodukte vorgesehen sind. Ein Grund für die große Bedeutung des Siliziums bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind die guten Eigenschaften einer Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche, die eine zuverlässige elektrische Isolierung unterschiedlicher Gebiete voneinander ermöglicht. Die Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche ist bei hohen Temperaturen stabil und ermöglicht daher das Ausführen nachfolgender Hochtemperaturprozesse, wie sie etwa für Ausheizprozesse erforderlich sind, um Dotierstoffe zu aktivieren und um Kristallschäden auszuheilen, ohne die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche zu beeinträchtigen.
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Aus den zuvor dargelegten Gründen wird Siliziumdioxid vorzugsweise als ein Basismaterial der Gateisolationsschicht in Feldeffekttransistoren verwendet, die die Gateelektrode, die häufig aus Polysilizium an der Grenzfläche zwischen dem Gatedielektrikum und dem Elektrodenmaterial aufgebaut ist, von dem Siliziumkanalgebiet getrennt. Beim stetigen Verbessern des Bauteilverhaltens von Feldeffekttransistoren wurde die Länge des Kanalgebiets kontinuierlich verringert, um die Schaltgeschwindigkeit und den Durchlassstrom zu verbessern. Da das Transistorleistungsverhalten in Bezug auf die Schaltgeschwindigkeit und den Durchlassstrom durch die Spannung gesteuert ist, die der Gateelektrode zugeführt wird, um die Oberfläche des Kanalgebiets in eine ausreichend hohe Ladungsträgerdichte zu invertieren, um damit den gewünschten Durchlassstrom bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung zu erreichen, ist ein gewisser Grad an kapazitiver Kopplung, die durch den von der Gateelektrode, dem Kanalgebiet und dem dazwischen angeordneten Siliziumdioxid gebildeten Kondensator erzeugt wird, aufrecht zu erhalten. Es erweist sich, dass eine Verringerung der Kanallänge eine höhere kapazitive Kopplung erfordert, um das sogenannte Kurzkanalverhalten während des Transistorbetriebs zu vermeiden. Daher muss die Dicke der siliziumdioxidbasierten Schicht entsprechend verringert werden, um die erforderliche Kapazität zwischen dem Gate und dem Kanalgebiet zu erzeugen. Beispielsweise erfordert eine Kanallänge von ungefähr 0,08 μm ein Gatedielektrikum, das auf der Grundlage von Siliziumdioxid hergestellt ist, mit einer Dicke von ungefähr 1,2 nm. Obwohl im Allgemeinen die Verwendung von Hochgeschwindigkeitstransistoren mit einem extrem kurzen Kanal im Wesentlichen auf Hochgeschwindigkeitssignalwege beschränkt ist, wohingegen Transistoren mit einem längeren Kanal für weniger kritische Signalpfade eingesetzt werden, etwa als Speichertransistoren, erreichen die relativ hohen Leckströme, die durch das direkte Tunneln von Ladungsträgern durch eine sehr dünne Siliziumdioxidgateisolationsschicht hervorgerufen werden, Werte bei einer Oxiddicke im Bereich von 1 bis 2 nm, die nicht mit den thermischen Entwurfsleistungserfordernissen für spezielle Schaltungen verträglich sind.
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Daher wurde das Ersetzen der siliziumdioxidbasierten Dielektrika als Material für Gateisolationsschichten in Betracht gezogen, insbesondere für extrem dünne siliziumdioxidbasierte Gateschichten. Mögliche alternative Materialien sind solche, die eine deutlich höhere Permittivität besitzen, so dass eine physikalisch größere Dicke einer entsprechend ausgebildeten Gateisolationsschicht eine kapazitive Kopplung bietet, die ansonsten durch eine extrem dünne Siliziumdioxidschicht erreicht würde.
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Des weiteren kann das Transistorverhalten verbessert werden, indem ein geeignetes leitendes Material für die Gateelektrode so vorgesehen wird, dass das für gewöhnlich verwendete Polysiliziummaterial ersetzt wird, da Polysilizium eine Ladungsträgerverarmung in der Nähe der Grenzfläche zum Gatedielektrikum erleidet, wodurch die effektive Kapazität zwischen dem Kanalgebiet und der Gateelektrode verringert wird. Es wurde daher ein Gatestapel vorgeschlagen, in welchem ein dielektrisches Material mit großem ε für eine bessere Kanalsteuerbarkeit sorgt, wobei zusätzlich Leckströme auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden. Andererseits wird das nicht-Polysiliziummaterial, etwa in Form von Titannitrid und dergleichen, in Verbindung mit anderen Metallen so hergestellt, dass es mit dem dielektrischen Material mit großem ε in Verbindung steht, wodurch im Wesentlichen die Anwesenheit einer Verarmungszone vermieden wird. Da die Schwellwertspannung der Transistoren, die die Spannung repräsentiert, bei der sich ein leitender Kanal in dem Kanalgebiet ausbildet, wesentlich durch die Austrittsarbeit des metallenthaltenden Gatematerials bestimmt ist, muss eine geeignete Einstellung der wirksamen Austrittsarbeit im Hinblick auf die Leitfähigkeitsart des betrachteten Transistors sichergestellt sein.
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Das Vorsehen unterschiedlicher Metallsorten zum Einstellen der Austrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen für p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren in einer frühen Fertigungsphase ist jedoch mit einer Reihe von Schwierigkeiten verknüpft, die sich aus der Tatsache ergeben, dass eine komplexe Strukturierungssequenz während der Herstellung komplexer Metallgatestapel mit großem ε erforderlich ist, was zu einer ausgeprägten Variabilität der resultierenden Austrittsarbeit und damit Schwellwertspannung der fertig gestellten Transistorstrukturen führt. Während einer entsprechenden Fertigungssequenz wird beispielsweise das Material mit großem ε der Einwirkung von Sauerstoff ausgesetzt, was zu einer Zunahme der Schichtdicke und somit zu einer Verringerung der kapazitiven Kopplung führen kann. Ferner wird eine Verschiebung der Austrittsarbeit beobachtet, wenn geeignete Austrittsarbeitsmetalle in einer frühen Fertigungsphase hergestellt werden, wobei angenommen wird, dass dies durch eine moderat hohe Sauerstoffaffinität der Metallsorte hervorgerufen wird, insbesondere während der Hochtemperaturprozesse, die typischerweise zur Fertigstellung der Transistorstrukturen, beispielsweise zur Herstellung der Drain- und Sourcegebiete und dergleichen, erforderlich sind.
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Aus diesem Grunde wird in einigen Vorgehensweisen der anfängliche Gateelektrodenstapel mit einem hohen Grade an Kompatibilität zu konventionellen polysiliziumbasierten Prozessstrategien hergestellt und das eigentliche Elektrodenmetall, möglicherweise in Verbindung mit einem dielektrischen Material mit großem ε, und die endgültige Einstellung der Austrittsarbeit der Transistoren werden in einer sehr fortgeschrittenen Fertigungsphase bereitgestellt, d. h. nach der Vervollständigung der grundlegenden Transistorstruktur. In einem entsprechenden Austauschgateverfahren wird das dielektrische Material mit großem ε, falls dieses in dieser Phase bereits bereitgestellt ist, durch ein geeignetes metallenthaltendes Material, etwa Titannitrid und dergleichen, abgedeckt, woran sich ein standardmäßiges Polysiliziummaterial oder amorphes Siliziummaterial anschließt, das dann auf der Grundlage gut etablierter komplexer Lithographie- und Ätztechniken strukturiert wird. Während der Prozesssequenz zum Strukturieren der Gateelektrodenstruktur muss daher das empfindliche dielektrische Material mit großem ε durch das metallenthaltende Material möglicherweise in Verbindung mit komplexen Seitenwandabstandshalterstrukturen geschützt werden, wodurch eine unerwünschte Materialmodifizierung während der weiteren Bearbeitung im Wesentlichen vermieden wird. Nach dem Strukturieren der Gateelektrodenstruktur werden konventionelle und gut etablierte Prozesstechniken ausgeführt, um die Drain- und Sourcegebiete herzustellen, die das gewünschte komplexe Dotierstoffprofil besitzen. Nach jeglichen Hochtemperaturprozessen geht die weitere Bearbeitung weiter, indem beispielsweise ein Metallsilizid hergestellt wird, woran sich das Abscheiden eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials, etwa in Form von Siliziumnitrid in Verbindung mit Siliziumdioxid und dergleichen, anschließt. In dieser Fertigungsphase muss eine obere Fläche der Gateelektrodenstrukturen, die in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial eingebettet sind, freigelegt werden, was bewerkstelligt wird in vielen Vorgehensweisen durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren). Das während des CMP-Prozesses freigelegte Polysiliziummaterial wird dann abgetragen und daraufhin wird ein geeignetes Maskierungsschema angewendet, um selektiv ein geeignetes Metall für die entsprechende Art an Transistoren selektiv einzufüllen.
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Obwohl im Allgemeinen diese Vorgehensweise Vorteile im Hinblick auf die Verringerung von prozessabhängigen Ungleichmäßigkeiten im Hinblick auf die Schwellwertspannungen der Transistoren bietet, da die empfindlichen Metallsorten zum Einstellen der Austrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen nach jeglichen Hochtemperaturprozessen vorgesehen werden, kann die komplexe Prozesssequenz zum Freilegen und zum Ersetzen des Platzhaltermaterials zu ausgeprägten Ausbeuteverlusten führen, wie dies nachfolgend detaillierter mit Bezug zu den 1a bis 1d erläutert ist.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase, d. h. nach der Fertigstellung der grundlegenden Struktur von Transistoren 150a, 150b. Wie gezeigt, umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein Substrat 101, das typischerweise ein siliziumbasiertes Trägermaterial darstellt, über welchem eine Halbleiterschicht 102, etwa eine siliziumbasierte kristalline Materialschicht, vorgesehen ist. Des weiteren ist ein aktives Gebiet 102a in der Halbleiterschicht 102 vorgesehen, beispielsweise auf der Grundlage einer geeigneten Isolationsstruktur (nicht gezeigt), etwa einer flachen Grabenisolation. In dem in 1a gezeigten Beispiel sind die Transistoren 150a, 150b in und über dem aktiven Gebiet 102a ausgebildet, wodurch diese dicht liegende Transistoren der gleichen Leitfähigkeitsart darstellen. Somit sind Drain- und Sourcegebiete 152 und entsprechende Kanalgebiete 153 in dem aktiven Gebiet 102a vorgesehen, möglicherweise in Verbindung mit Kontaktbereichen 154, die einen Teil der Drain- und Sourcegebiete 152 darstellen, oder, wie in 1a gezeigt ist, die in Form eines Metallsilizidmaterials bereitgestellt sind.
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Die Transistoren 150a, 150b umfassen Gateelektrodenstrukturen 110a bzw. 110b, die eine kritische Abmessung, d. h. eine Gatelänge von 50 nm und deutlich weniger in komplexen Halbleiterbauelementen besitzen. Es sollte beachtet werden, dass die Gatelänge der Strukturen 110a, 110b in 1a als die horizontale Erstreckung eines Platzhaltermaterials 112 zu verstehen ist, das in Form eines Polysiliziummaterials vorgesehen wird, und das von dem Kanalgebiet 153 durch ein Gatedielektrikumsmaterial 111 getrennt ist, das ein dielektrisches Material mit großem ε möglicherweise in Verbindung mit einem konventionellen dielektrischen Material abhängig von der gesamten Prozessstrategie aufweist. In anderen Beispielen stellt das dielektrische Material 111 einen geeigneten Stapel aus Schichten, etwa aus den Schichten 111a, 111b gemäß der weiteren Bearbeitung dar. Ferner ist typischerweise eine dielektrische Deckschicht 113 in den Gateelektrodenstrukturen vorgesehen, beispielsweise in Form eines Siliziumnitridmaterials, das in Verbindung mit einem Seitenwandabstandshalterelement 114, das etwa aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, verwendet wird, um in geeigneter Weise die Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b während gewisser Prozesse einzuschließen, beispielsweise den Einbau eines verformungsinduzierenden eingebetteten Halbleitermaterials in dem aktiven Gebiet 102a (nicht gezeigt). In anderen Fällen wird die dielektrische Deckschicht 113 typischerweise als ein Maskenmaterial während des komplexen Strukturierungsprozesses zur Herstellung der Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b auf der Grundlage der erforderlichen kritischen Abmessungen verwendet. Ferner ist eine weitere Abstandshalterstruktur 115 in den Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b vorgesehen, um einen geeigneten lateralen Abstand und somit ein geeignetes Profil der Drain- und Sourcegebiete 152 und möglicherweise einen gewünschten lateralen Abstand der Metallsilizidgebiete 154, falls diese in dieser Fertigungsphase vorgesehen sind, festzulegen. In der dargestellten Fertigungsphase ist ein dielektrisches Material einer Kontaktebene 160 bereitgestellt, wobei typischerweise eine erste dielektrische Schicht 161, etwa in Form eines Siliziumnitridmaterials und dergleichen, in Verbindung mit einem Siliziumdioxidmaterial 162 vorgesehen ist, das ein gut etabliertes dielektrisches Zwischenschichtmaterial ist, um Schaltungselemente zu passivieren und um als eine Schnittstelle für ein Metallisierungssystem zu dienen, das über der Kontaktebene 160 ausgebildet ist. Die dielektrische Schicht 161, die sich in der Materialzusammensetzung von dem Material 162 unterscheiden kann, um als ein Ätzstoppmaterial während der weiteren Bearbeitung zu dienen, wird häufig mit hoher innerer Verspannung bereitgestellt, um das Leistungsverhalten der Transistoren 150a, 150b zu verbessern.
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Das Halbleiterbauelement 100, wie es in 1a gezeigt ist, kann auf der Grundlage einer geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden. Beispielsweise wird das aktive Gebiet 102a hergestellt, indem die laterale Lage und die Größe davon bei der Herstellung einer geeigneten Isolationsstruktur unter Anwendung gut etablierter Prozesstechniken festgelegt werden. Vor oder nach der Herstellung der Isolationsstruktur wird eine geeignete Dotierstoffsorte eingebaut, um die grundlegenden Transistoreigenschaften für die Bauelemente 150a, 150b festzulegen. Als nächstes wird ein Gatedielektrikumsmaterial, etwa die Schicht 111, oder ein Schichtsystem hergestellt, beispielsweise durch Oxidation und/oder Abscheidung und dergleichen, wobei, wie zuvor erläutert ist, auch dielektrische Materialien mit großem ε vorgesehen werden können, möglicherweise in Verbindung mit einem metallenthaltenden Deckmaterial (nicht gezeigt), während in anderen Fällen ein geeignetes Schichtsystem vorgesehen wird, wobei dielektrische Materialien mit großem ε in einer späteren Fertigungsphase in die Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b eingebaut werden. Anschließend wird das Platzhaltermaterial 112 und das dielektrische Deckmaterial 113 möglicherweise in Kombination mit weiteren Materialien, etwa Hartmaskenmaterialien, ARC-(antireflektierende Beschichtungs-)Materialien und dergleichen vorgesehen und diese Materialien werden unter Anwendung komplexer Lithographie- und Ätztechniken strukturiert. Daraufhin wird das Abstandshalterelement 114 hergestellt, falls dieses erforderlich ist, etwa unter Anwendung von CVD-Techniken zur Herstellung eines Siliziumnitridmaterials mit einer anschließenden weiteren Prozessstrategie, beispielsweise zum Einbau einer verformungsinduzierenden Halbleiterlegierung und dergleichen, wie dies auch zuvor erläutert ist. Danach werden die Drain- und Sourcegebiete 152 in Verbindung mit der Abstandshalterstruktur 114 hergestellt unter Anwendung gut etablierter Implantationstechniken in Verbindung mit geeigneten Maskierungsschemata. Es sollte beachtet werden, dass die Abstandshalterstruktur 114 typischerweise ein oder mehrere Abstandshalterelemente, die aus Siliziumnitrid, aufgebaut sind, möglicherweise in Verbindung mit einer Siliziumdioxidätzstoppbeschichtung (nicht gezeigt) aufweist. Nach jeglichen Hochtemperaturausheizprozessen wird das Metallsilizid 154 hergestellt, falls dies in dieser Fertigungsphase erforderlich ist, was unter Anwendung gut etablierter Prozessstrategien bewerkstelligt werden kann. Als nächstes wird das dielektrische Material 161 aufgebracht unter Anwendung von plasmaunterstützten CVD-Techniken, in denen Prozessparameter, etwa die Durchflussrate, die Prozesstemperatur, der Druck und dergleichen, geeignet so eingestellt werden, dass ein im Wesentlichen konformes Abscheideverhalten erreicht wird, so dass die Dicke der dielektrischen Deckschicht 161 im Wesentlichen gleichmäßig ist, d. h. die Dicke variiert um ungefähr 10 Prozent oder weniger. Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl an gut etablierten Prozessrezepten verfügbar, wobei, wie zuvor erläutert ist, in einigen Fällen ein hoher innerer Verspannungspegel während des Abscheidens der Schicht 161 erreicht wird. Als nächstes wird das Siliziumoxidmaterial 162 aufgebracht, beispielsweise durch subatmosphärische CVD, durch CVD mit hoch dichtem Plasma, und dergleichen, wobei typischerweise ein nicht-konformes Abscheideverhalten zu einem zuverlässigen Füllen des Zwischenraumes zwischen den Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b führt, selbst wenn eine komplexe Bauteilgeometrie betrachtet wird. Auf Grund der ausgeprägten Oberflächentopographie nach dem Abscheiden der konformen Siliziumnitridschicht 161 ergibt sich auch eine gewisse Topographie nach dem Abscheiden des Siliziumdioxidmaterials 162.
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1b zeigt schematisch das Bauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, wird ein chemisch-mechanischer Polier-(CMP-)Prozess angewendet, um zunächst die Oberflächentopographie einzuebnen und nachfolgend die Materialien über den Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b abzutragen, um schließlich eine obere Fläche 112s des Platzhaltermaterials 112 freizulegen. Während des CMP-Prozesses 105 müssen folglich zumindest zwei unterschiedliche Materialien, etwa das Siliziumdioxidmaterial 162 und das Siliziumnitridmaterial 161, gemeinsam in einer Phase bearbeitet werden, in der die Schicht 161 zunehmend während des Prozesses 105 freigelegt wird. Daraufhin muss der Prozess 105 zunehmend das Material 161 über den Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b abtragen, wobei auch das Siliziumdioxidmaterial 162 poliert wird. In einer weiter fortgeschrittenen Phase des Prozesses 105 werden die dielektrischen Deckschicht 113 und auch die Abstandshalterstrukturen 114, 115 freigelegt und auch Material dieser Komponenten muss während des Prozesses 105 abgetragen werden, so dass schließlich das Platzhaltermaterial 112 freigelegt wird. In dieser abschließenden Phase des Polierprozesses 105 ist somit ein weiteres Material, d. h. das Polysiliziummaterial 112 anwesend und trägt somit zusätzlich zu einer insgesamt komplexen Prozesssituation während des Prozesses 105 bei. D. h., es ist äußerst schwierig, die Prozessbedingungen während des Abtragungsprozesses so einzustellen, dass in präziser Weise die gleichen Abtragsraten für das Siliziumdioxidmaterial 162 und das Siliziumnitridmaterial 161 erreicht werden. Zu diesem Zweck müssen die Prozessparameter, etwa die Andruckskraft, die Relativgeschwindigkeit und insbesondere die Zusammensetzung des Schleifmaterials berücksichtigt werden und müssen in geeigneter Weise so ausgewählt werden, dass ein Unterschied in der Abtragsrate minimiert wird. Beim Entfernen der dielektrischen Deckschicht 113 wird die Lage noch komplizierter, da häufig die Deckschichten unterschiedlicher Transistoren eine unterschiedliche Dicke auf Grund der unterschiedlichen Prozessabfolge besitzen, wodurch typischerweise eine ausgeprägte Nachpolierzeit erforderlich ist, um in zuverlässiger Weise das Platzhaltermaterial 112 für jede Art von Transistoren über das gesamte Substrat 101 hinweg freizulegen. In dieser Phase wird zunehmend ein drittes Material, d. h. das Polysiliziummaterial 112, freigelegt und somit muss auch dieses im Wesentlichen mit der gleichen Abtragsrate oder mit einer größeren Abtragsrate im Vergleich zu dem Siliziumnitridmaterial der Deckschicht 113 und der Abstandshalterstrukturen 114, 115 und im Vergleich zu der Schicht 161 und dem Siliziumdioxidmaterial 162 abgetragen werden. Ein vollständiges Entfernen jeglicher Siliziumnitridreste oder Siliziumdioxidreste ist äußerst wichtig für die nachfolgende Bearbeitung, d. h. für das Ersetzen des Materials 112 durch Elektrodenmetalle, durch ein dielektrisches Material mit großem ε und dergleichen. Auf Grund der Komplexität des Abtragungsprozesses 105 tritt daher häufig eine gewisse Abweichung der Abtragsrate auf, wobei für gewöhnlich das Siliziumdioxidmaterial 162 schneller abgetragen wird im Vergleich zu dem Siliziumnitridmaterial 161, wodurch ein gewisser Grad an „Einkerbung” oder Vertiefung hervorgerufen wird, wie dies durch 162d angegeben ist.
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Nach dem Freilegen der Oberflächenbereiche 112s geht die weitere Bearbeitung weiter, indem sehr selektive nasschemische Ätztechniken angewendet werden, um das Polysiliziummaterial 112 und möglicherweise die Schicht 111 oder zumindest einen Teil davon abhängig von den gesamten Prozess- und Bauteilerfordernissen zu entfernen. Daraufhin werden geeignete metallenthaltende Materialien in die Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b eingefüllt, wobei auch ein dielektrisches Material mit großem ε bei Bedarf aufgebracht wird. Nach dem Abscheiden des komplexen Materialsystems wird auch ein gut leitendes Elektrodenmetall, etwa Aluminium, typischerweise vorgesehen und daraufhin wird überschüssiges Material beispielsweise durch CMP abgetragen. Auf Grund der ausgeprägten Vertiefung 162d insbesondere in dem Siliziumdioxidmaterial 162 werden folglich die entsprechenden metallenthaltenden Elektrodenmaterialien auch in diesen Vertiefungen 162d gebildet, wobei ein Teil dieser Materialien beibehalten wird, selbst wenn eine ausgeprägte Nachpolierzeit beim Entfernen von überschüssigen Materialien angewendet wird.
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1c zeigt schematisch das Bauelement 100 in dieser Fertigungsphase. Wie gezeigt, enthalten die Gateelektrodenstrukturen 110a, 110b ein komplexes Materialsystem 116, das geeignete Metallsorten und gut leitende Elektrodenmetalle aufweisen kann, möglicherweise in Verbindung mit einem dielektrischen Material mit großem ε, wobei gewisse Reste auf oder innerhalb des Siliziumdioxidmaterials 162 verbleiben, was zu erhöhten Leckströmen oder sogar Kurzschlüssen bei der weiteren Bearbeitung führen kann, d. h. bei der Herstellung von Kontaktelementen zur Erzeugung eines Anschlusses zu dem aktiven Gebiet 102a.
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Die
US 2006/0046523 A1 beschreibt Gateelektrodenstrukturen, die gemäß einem Austauschgateverfahren hergestellt werden, wobei jedoch keine dünne Ätzstoppschicht vorgesehen wird.
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Die
WO 2004/010507 A1 offenbart eine Isolationsschicht, die aufgebracht und als Schutzschicht verwendet wird, um danach ein Material der Gateelektrodenstruktur zu ersetzen. Daraufhin wird bei Bedarf die Isolationsschicht wieder entfernt, um etwa Metallsilizidgebiete zu erzeugen.
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Die
US 7 271 045 B2 offenbart eine Ätzstoppschicht
180, die eine Dicke von 10–50 nm aufweisen kann, wobei diese Ätzstoppschicht aus Siliziumnitridmaterial aufgebaut ist und auch zur Erzeugung einer gewünschten Verspannung in den jeweiligen Transistoren verwendet wird.
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Die
US 2005/0153494 A1 zeigt ein Bauelement und ein Verfahren, in welchem eine Siliziumnitrid-Ätzstoppschicht in Verbindung mit einem Siliziumdioxidmaterial als Zwischenschichtdielektrikum verwendet sind.
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Die
DE 10 2008 011 926 A1 beschreibt ein Bauelement und ein Verfahren, wobei eine verspannte Ätzstoppschicht in Form von Siliziumnitrid in Verbindung mit einem Siliziumdioxidmaterial vorgesehen ist, wobei zur besseren Strukturierung des Siliziumnitridmaterials eine dünne Ätzstoppschicht aus einem Material mit großer Dielektrizitätskonstante vorgesehen ist.
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Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Fertigungstechniken bereitzustellen, in denen komplexe Austauschgateverfahren angewendet werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert werden.
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Überblick über die vorliegende Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken, in denen der Abtragungsprozess zum Freilegen eines Platzhaltermaterials komplexer Gateelektrodenstrukturen verbessert wird, indem günstigere Bedingungen geschaffen werden, indem beispielsweise die Anwesenheit der unterschiedlichen Materialien während des Abtragungsprozesses vermieden wird. Dazu wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial im Wesentlichen als ein gleichmäßiges Material mit der gleichen Materialzusammensetzung über und benachbart zu den Gateelektrodenstrukturen mit Ausnahme einer sehr dünnen Ätzstoppmaterialschicht vorgesehen, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen so bereitgestellt wird, dass der Abtragungsprozess, etwa ein CMP-Prozess, mit einer besseren Prozessgleichmäßigkeit ausgeführt wird. In einigen hierin offenbarten Aspekten wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial in Form eines Materials mit im Wesentlichen der gleichen grundlegenden Zusammensetzung wie die Abstandshalterstruktur und das dielektrische Deckmaterial, falls dieses vorgesehen ist, bereitgestellt, wodurch die Gesamtgleichmäßigkeit des Abtragungsprozesses weiter verbessert wird. Beispielsweise wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen das dielektrische Zwischenschichtmaterial in Form eines siliziumnitridenthaltenden Materials bereitgestellt, das auf der Grundlage eines nicht-konformen Abscheideprozesses aufgebracht wird, um in zuverlässiger Weise den Zwischenraum selbst zwischen dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen zu füllen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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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 1c schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase beim Ersetzen eines Polysiliziummaterials durch metallenthaltende Elektrodenmaterialien gemäß einem Austauschgateverfahren, das auf der Grundlage konventioneller Prozessstrategien ausgeführt wird, zeigen:
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2a bis 2d schematisch Querschnittsansichten erläuternder Beispiele eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen eines bekannten Herstellungsverfahrens zeigen, in denen ein Austauschgateverfahren auf der Grundlage eines im Wesentlichen gleichmäßigen dielektrischen Zwischenschichtmaterials angewendet werden, so dass eine deutliche Verringerung der Prozesskomplexität während eines Abtragungsprozesses zum Freilegen des Platzhaltermaterials erreicht wird; und
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2e schematisch das Halbleiterbauelement gemäß anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung zeigt, in denen eine dünne Ätzstoppmaterialschicht in Verbindung mit einem siliziumnitridbasierten dielektrischen Zwischenschichtmaterial vorgesehen wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Fertigungstechniken bereit, in denen ein Platzhaltermaterial von Gateelektrodenstrukturen in einer späten Fertigungsphase freigelegt wird, indem die Komplexität eines entsprechenden Abtragungsprozesses, etwa eines chemisch-mechanischen Einebnungsprozesses, verringert wird. Dazu wird die Komplexität des Materialsystems des dielektrischen Zwischenschichtmaterials verringert, indem eine im Wesentlichen gleichmäßige Materialzusammensetzung über und benachbart zu den Gateelektrodenstrukturen geschaffen wird, wobei erfindungsgemäß lediglich ein sehr dünnes Ätzstoppmaterial vorgesehen wird, in Form eines geeigneten Ätzstoppmaterials mit einer Dicke von ungefähr 10 nm oder weniger. In einigen hierin offenbarten Ausführungsformen wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial so vorgesehen, dass es ein dielektrisches Basismaterial aufweist, das auch in anderen Komponenten, etwa einer dielektrischen Deckmaterialschicht, die auf dem Platzhaltermaterial ausgebildet ist, in Abstandshalterelementen und dergleichen verwendet wird. Beim Einebnen und Entfernen eines wesentlichen Anteils des dielektrischen Zwischenschichtmaterials besitzen die Komponenten, die zunehmend während des Abtragungsprozesses freigelegt werden, eine ähnliche Abtragsrate mit Ausnahme der sehr dünnen Ätzstoppbeschichtung und dergleichen, wodurch eine ausgeprägte Einkerbung des dielektrischen Zwischenschichtmaterials insbesondere zwischen dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen vermieden wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial in Form eines Siliziumnitridmaterials vorgesehen, das grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das Material besitzt, das in Abstandshalterelementen und dielektrischen Deckmaterialien verwendet wird, wodurch die gewünschte Verringerung der Komplexität des Materialsystems erreicht wird, was einzuebnen und teilweise beim Freilegen des Platzhaltermaterials abzutragen ist. Das dielektrische Zwischenschichtmaterial kann auf der Grundlage beliebiger geeigneter nicht-konformer Abscheidetechniken aufgebracht werden, in denen die Prozessparameter geeignet so gewählt sind, dass ein verbessertes Füllverhalten von unten nach oben erreicht wird, wie dies für eine Vielzahl dielektrischer Materialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und der gleichen gut etabliert ist. Auf der Grundlage des nicht-konformen Abscheideverhaltens kann somit eine zuverlässige und hohlraumfreie Auffüllung der Zwischenräume zwischen komplexen Gateelektrodenstrukturen erreicht werden.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2d werden nunmehr erläuternde Beispiele detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a bis 1c verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 200 eine Halbleiterschicht 202, die über einem Substrat 201 ausgebildet ist, wobei, wenn ein SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Bauelement betrachtet wird, ein vergrabenes isolierendes Material (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 201 und der Halbleiterschicht 202 ausgebildet ist. Ferner sind mehrere aktive Gebiete typischerweise in der Halbleiterschicht 202 ausgebildet, die beispielsweise in geeignet dimensionierten Isolationsstrukturen (nicht gezeigt) vorgesehen werden, wobei der Einfachheit halber ein einzelnes aktives Gebiet 202a dargestellt ist, in und über welchem dicht liegende Transistoren 250a, 250b vorgesehen sind. Es sollte jedoch beachtet werden, dass andere aktive Gebiete in der Schicht 202 ausgebildet sind, in denen ein einzelner Transistor oder mehr als zwei Transistoren vorgesehen sind. In der gezeigten Fertigungsphase sind Drain- und Sourcegebiete 252 in dem aktiven Gebiet 202a gemäß den Bauteilerfordernissen für die Transistoren 250a, 250b vorgesehen. Die Drain- und Sourcegebiete 252 können in dieser Fertigungsphase Metallsilizidgebiete (nicht gezeigt) aufweisen, wie dies zuvor mit Bezug zu den Halbleiterbauelementen 100 erläutert ist, während in anderen Ausführungsformen derartige Kontaktgebiete mit erhöhter Leitfähigkeit in einer späteren Fertigungsphase vorgesehen werden. Ferner sind eine Gateelektrodenstruktur 210a und eine Gateelektrodenstruktur 210b auf dem aktiven Gebiet 202a ausgebildet und weisen eine dielektrische Schicht 211 auf, die zwei oder mehr unterschiedliche dielektrische Materialien aufweisen kann, wie dies auch zuvor erläutert ist, während in anderen Fällen das dielektrische Material 211 ein oder mehrere „konventionelle” dielektrische Materialien repräsentiert, weil in noch anderen Fällen dielektrische Komponenten mit großem ε in dem Material 211 eingebaut sind. Ferner ist ein Platzhaltermaterial 212, etwa ein Polysiliziummaterial, ein Silizium/Germanium-Material und dergleichen, über dem Material 211 ausgebildet, wobei in einigen Fällen (nicht gezeigt) ein weiteres leitendes Deckmaterial zwischen dem Material 212 und dem dielektrischen Material 211 insbesondere dann vorgesehen sein kann, wenn das Material 211 eine dielektrische Schicht mit großem ε umfasst. Wie zuvor angegeben ist, kann eine Länge der Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b, d. h. in 2a die horizontale Erstreckung des Platzhaltermaterials 212 in der Nähe des dielektrischen Materials 211 50 nm und weniger betragen, etwa 40 nm und weniger in komplexen Halbleiterbauelementen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die hierin offenbarten Prinzipien nicht auf eine spezielle Länge der Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b beschränkt sind, sofern derartige Beschränkungen nicht explizit in einigen der Ausführungsformen oder in den angefügten Patentansprüchen genannt sind.
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Ferner umfassen die Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b ein dielektrisches Deckmaterial 213, das beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen aufgebaut ist, wobei erfindungsgemäß die Deckschicht 213 aus einem dielektrischen Basismaterial aufgebaut ist, das als ein Siliziumnitridmaterial bezeichnet wird und das im Wesentlichen aus Silizium und Stickstoff aufgebaut ist. Ferner sind Seitenwandabstandshalterelemente 214, 215 vorgesehen, etwa in Form von Siliziumnitridabstandshaltern und dergleichen. In der gezeigten Fertigungsphase sind ferner Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 261 in einer Kontaktebene 260 eingebettet. Das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 kann als ein „gleichmäßiges” Material in dem Sinne verstanden werden, dass die Materialzusammensetzung im Wesentlichen die gleiche ist, so dass in der gezeigten Ausführungsform weitere separate Materialschichten mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung in der Kontaktebene 260, abgesehen von dünnen Ätzstoppschichten (nicht gezeigt), nicht vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 aus dem gleichen dielektrischen Basismaterial wie die dielektrische Deckschicht 213 und, in einigen anschaulichen Ausführungsformen, wie die Abstandshalterstruktur 215 und möglicherweise die Abstandshalterstruktur 214 aufgebaut. Wenn beispielsweise die Komponenten 213, 215 und 214 oder zumindest wesentliche Teile davon aus Siliziumnitrid aufgebaut sind, ist auch das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 auf der Grundlage eines Siliziumnitridmaterials bereitgestellt. In erläuternden Beispielen werden die Komponenten 213, 214, 215 auf der Grundlage eines Siliziumdioxidmaterials hergestellt und in diesem Falle wird auch das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 auf der Grundlage eines Siliziumdioxidmaterials vorgesehen.
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In dem in 2a gezeigten erläuternden Beispiel ist das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 direkt auf der Halbleiterschicht 202 und somit auf jeglichen Kontaktbereichen der Transistoren 250a, 250b, etwa Metallsilizidgebiete (nicht gezeigt), wenn diese bereits in dieser Fertigungsphase vorgesehen sind, ausgebildet. In anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung, wie dies nachfolgend detaillierter mit Bezug zu 2e beschrieben ist, wird ein geeignetes Ätzstoppmaterial vorgesehen, jedoch mit einer geringeren Dicke im Vergleich zu konventionellen Strategien.
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Das in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden, um die Transistoren 250a, 250b zu erzeugen, die die Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b aufweisen, wie dies in 2a gezeigt ist. Beispielsweise können ähnliche Prozesstechniken angewendet werden, wie sie zuvor mit Bezug zum Halbleiterbauelement 100 erläutert sind, wenn auf die Transistoren 150a, 150b Bezug genommen ist. Nach der Fertigstellung der grundlegenden Struktur der Transistoren 250a, 250b wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 aufgebracht, was auf der Grundlage einer im Wesentlichen nicht-konformen Abscheidetechnik erfolgt, die ein besseres Füllverhalten besitzt, selbst wenn dicht-liegende Gateelektrodenstrukturen betrachtet werden, etwa die Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b. Z. B. wird gemäß erläuternder Beispiele Siliziumdioxid auf der Grundlage subatmosphärischer CVD, auf der Grundlage von CVD mit hoch-dichtem Plasma und dergleichen abgeschieden, wodurch ein vorteilhaftes Spaltfüllvermögen bereitgestellt wird. In ähnlicher Weise werden erfindungsgemäß Siliziumnitridmaterialien auf der Grundlage geeigneter Abscheideparameter aufgebracht, so dass ein Füllverhalten von unten nach oben erreicht wird, wobei geeignete Prozessparameter effizient auf Basis gut bekannter Rezepte, die aus subatmosphärischen Abscheidetechniken und aus Abscheidestrategien mit hoch-dichtem Plasma bekannt sind, ermittelt werden können. Ausgehend von derartigen gut etablierten Prozesstechniken können geeignete Parametereinstellungen für die spezielle Konfiguration des Halbleiterbauelements 200 ermittelt werden, beispielsweise im Hinblick auf die interne Verspannung, die Materialzusammensetzung, kritische Abmessungen und dergleichen. Es sollte beachtet werden, dass auf Grund des Weglassens jeglicher weiterer dielektrischer separater Schichten oder das durch Bereitstellen einer sehr dünnen Ätzstoppschicht, wie dies nachfolgend beschrieben ist, die Bauteiltopographie, die durch die Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b hervorgerufen wird, nicht mehr „vergrößert” wird, indem konforme Materialschichten erzeugt werden, und somit ist die resultierende Oberflächentopographie des Materials 261 weniger ausgeprägt im Vergleich zu konventionellen Strategien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert sind.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines Abtragungsprozesses 205, der in einigen anschaulichen Ausführungsformen einen chemisch-mechanischen Einebnungsprozess umfasst. Während des Prozesses 205 wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 in der Dicke reduziert, so dass schließlich die dielektrischen Deckschichten 213 und die Abstandshalterstrukturen 214, 215 freigelegt werden. Auf Grund der Ähnlichkeit in der Materialzusammensetzung dieser Komponenten im Vergleich zu den dielektrischen Zwischenschichtmaterialien 261 wird eine deutlich vereinfachte Prozesssteuerung erreicht, da jegliches Material mit einer sehr ähnlichen Abtragsrate entfernt wird. Auf Grund der zuvor reduzierten Oberflächentopographie des Materials 261 und auf Grund der Ähnlichkeit der Materialien in den Komponenten 213, 215 und 214 kann eine ausgeprägte Einkerbung vermieden oder zumindest deutlich verringert werden im Vergleich zu der konventionellen Prozessstrategie. Während des weiteren Vorgangs des Abtragungsprozesses 205 werden folglich die Deckmaterialien 213 jeglicher Transistoren effizient auf der Grundlage einer besseren Prozessgleichmäßigkeit abgetragen, wodurch Nachpolierzeiten, die zum zuverlässigen Freilegen zur Ausbildung einer Oberfläche 212s des Platzhaltermaterials 212 erforderlich sind, deutlich reduziert werden. Beispielsweise wird in einer abschließenden Phase des Abtragungsprozesses 205 zunehmend das Material 212 freigelegt, wobei jedoch im Gegensatz zu konventionellen Vorgehensweisen das Material 261 lateral benachbart zu den Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b vorgesehen ist und im Wesentlichen die gleiche Abtragsrate besitzt, wie beispielsweise die Abstandshalterstruktur 215 und die Deckschicht 213, wodurch eine unerwünschte Einkerbung des Materials 261 insbesondere in der Nähe der Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b vermieden wird. Zu beachten ist, dass selbst unterschiedliche Materialien für die Komponenten 213, 214 und 215 verwendet werden können, solange diese Komponenten ein Material aufweisen, das eine höhere Abtragsrate besitzt, da in diesem Falle eine ausgeprägte Einkerbung in den entsprechenden Gateelektrodenstrukturen auftreten kann, wobei jedoch nicht zu ausgeprägten Leckstrompfaden beigetragen wird. Beispielsweise enthalten die dielektrische Deckschicht 213 und/oder die Abstandshalterstrukturen 214, 215 ein Siliziumdioxidmaterial, das eine höhere Abtragsrate während des Prozesses 205 besitzt, der so gestaltet ist, dass Siliziumnitridmaterial mit einer gewünschten gut steuerbaren Abtragsrate entfernt wird. In diesem Falle kann das Material 212 effizient freigelegt werden, ohne dass unerwünschte Einkerbungseffekte in dem Material 261 hervorgerufen werden.
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In ähnlicher Weise ist in erläuternden Beispielen das Material 261 aus Siliziumdioxid aufgebaut und in diesem Falle werden auch die Komponenten 213, 214 und 215 auf der Grundlage eines Siliziumdioxidmaterials bereitgestellt, wodurch ebenfalls eine bessere Prozessgleichmäßigkeit während des Abtragungsprozesses 205 erreicht wird.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, enthalten die Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b ein Materialsystem 216, was ein gut leitendes Elektrodenmetall, etwa Aluminium und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einem anderen Material oder Materialsystem umfasst, um damit eine geeignete Austrittsarbeit und somit Schwellwertspannung der Transistoren 250a, 250b einzustellen. Beispielsweise ist ein Füllmetall oder Kernmetall 216a vorgesehen, etwa in Form von Aluminium, möglicherweise in Verbindung mit einer oder mehreren Schichten 216b, die geeignete Metallsorten, etwa Lanthan, Aluminium und dergleichen aufweisen, wie dies zum Einstellen der Schwellwertspannung erforderlich ist. In anderen Fällen umfasst die Materialschicht 216b ein dielektrisches Material mit großem ε, das in Verbindung mit einem konventionellen dielektrischen Material vorgesehen werden kann, das während der vorhergehenden Bearbeitung beibehalten wird, während in anderen Fällen jegliches dielektrisches Material in den Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b entfernt wird und durch ein dielektrisches Material mit großem ε möglicherweise in Verbindung mit einem konventionellen dielektrischen Material ersetzt wird. Dazu wird eine beliebige geeignete Prozesssequenz angewendet, in der das Platzhaltermaterial 212 aus 2b abgetragen wird unter Anwendung gut etablierter nasschemischer Ätzrezepte, plasmaunterstützter Ätzrezepte, wobei, wie bei Bedarf, auch darunter liegende Materialien abgetragen oder zumindest in der Dicke reduziert werden. Daraufhin wird ein dielektrisches Material mit großem ε abgeschieden, falls dies erforderlich ist, woran sich das Abscheiden eines oder mehrerer metallenthaltender Elektrodenmaterialien auf der Grundlage von Sputter-Abscheidung, CVD, elektrochemische Abscheidung und dergleichen anschließt. Danach wird überschüssiges Material abgetragen, beispielsweise durch CMP, wobei die verbesserte Oberflächentopographie, d. h. die im Wesentlichen nicht eingekerbte Konfiguration des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 261, ebenfalls für eine bessere Effizienz im Hinblick auf das Entfernen unerwünschter Metallreste sorgt.
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2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein Kontaktelement 263 in der Kontaktebene 260 ausgebildet, d. h. in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 261, um somit eine Verbindung zu einem Kontaktgebiet 254, etwa einem Metallsilizidmaterial und dergleichen, herzustellen. Das Kontaktelement 263 kann auf der Grundlage von Lithographietechniken ausgebildet werden, in denen eine geeignete Ätzmaske so vorgesehen wird, dass die laterale Größe und die Position des Kontaktelements 263 festgelegt werden. Daraufhin wird ein Ätzprozess ausgeführt, um damit durch das Material 261 zu ätzen, wobei ein einzelnes Materialsystem geätzt wird, wodurch die gesamte Prozesssteuerung und somit die Gleichmäßigkeit der entsprechenden Kontaktöffnungen, die in dem Material 261 vorgesehen sind, verbessert wird. Es sollte beachtet werden, dass das Kontaktgebiet 254 hergestellt werden kann, wenn lokal ein Metallsilizid durch die jeweilige Kontaktöffnung hindurch gebildet wird, während in anderen Fällen, wie dies zuvor erläutert ist, Metallsilizid vor dem Abscheiden des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 261 hergestellt wird. Daraufhin wird ein geeignetes Kontaktmaterial, etwa Wolfram, Aluminium, Kupfer und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit geeigneten Barrierenmaterialien, auf der Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik aufgebracht, woran sich das Entfernen von überschüssigen Material, beispielsweise durch Ausführen eines CMP-Prozesses anschließt. Auch in diesem Falle ermöglicht ein geringer Grad an Einkerbung in dem Material 261 deutlich geringere Nachpolierzeiten, wodurch eine gewünschte Gatehöhe beibehalten wird und wobei dennoch zuverlässig die Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b und das Kontaktelement 263 als elektrisch isolierte Komponenten geschaffen werden.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 hergestellt gemäß der Erfindung. Wie gezeigt, ist eine Ätzstoppschicht 262 unter dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 261 ausgebildet, wobei erfindungsgemäß die Schicht 262 aus Siliziumdioxid aufgebaut ist, während das dielektrische Zwischenschichtmaterial 261 aus Siliziumnitrid aufgebaut ist. Die Ätzstoppschicht 262 wird mit einer geringeren Dicke von ungefähr 4 nm oder weniger vorgesehen, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Dicke von 5 nm und weniger angewendet wird. Folglich beeinflusst die Anwesenheit des Ätzstoppmaterials der Schicht 262 den Abtragungsprozess aus 2b nicht wesentlich, da eine entsprechende geringere Dicke effizient entfernt werden kann, insbesondere, wenn das Material der Schicht 262 eine größere Abtragsrate im Vergleich zu dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 261 besitzt. Beispielsweise wird für ein vorgegebenes Schleifmaterial und vorgegebene Prozessparameter eine gewünschte Abtragsrate für Siliziumnitridmaterial während des Prozesses 205 aus 2b erreicht, wie dies zuvor erläutert ist, wobei die Abtragsrate von Siliziumdioxid größer ist und somit Ungleichmäßigkeiten außerhalb der Gateelektrodenstruktur 210a, 210 vermieden werden. Andererseits sind gut selektive plasmaunterstützte Ätzrezepte verfügbar, um Siliziumnitridmaterial selektiv in Bezug auf Siliziumdioxid zu ätzen, so dass die geringe Dicke, die durch 262t angegeben ist, eine ausreichende Ätzstoppeigenschaft bietet, um damit in zuverlässiger Weise einen entsprechenden Ätzprozess anzuhalten, um damit eine Kontaktöffnung 263a innerhalb des Materials 261 zu erzeugen. Durch Vorsehen der Ätzstoppschicht 262 wird somit ein gewisser Grad an Fehljustierung der Kontaktöffnung 263a tolerierbar, da die Kontaktöffnung 263a auf einen Bereich beschränkt wird, der lateral von der Ätzstoppschicht 262 eingeschlossen ist. Folglich können die Kontaktöffnungen 263a mit höherer Zuverlässigkeit und mit einer besseren Robustheit im Hinblick auf Fehljustierungen bereitgestellt werden, wodurch ebenfalls zu einer erhöhten Produktionsausbeute und zu einem besseren Leistungsverhalten des Halbleiterbauelements 200 beigetragen wird. Nach der Herstellung der Kontaktöffnung 263a wird die Ätzstoppschicht 262 auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Ätzprozesstechnik geöffnet, etwa durch einen nasschemischen Ätzprozess und dergleichen. Daraufhin geht die weitere Bearbeitung weiter, wie dies auch zuvor beschrieben ist.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dicke und mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Höhenniveau zwischen dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen bereitgestellt wird, was bewerkstelligt wird, indem das Materialsystem vereinfacht wird, das über den Gateelektrodenstrukturen beim Freilegen eines Platzhaltermaterials zu entfernen ist. Beispielsweise wird ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial mit einem ähnlichen Abtragsverhalten wie dielektrische Deckschichten und Abstandshaltermaterialien in den Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage eines nicht-konformen Abscheideprozesses bereitgestellt, wobei erfindungsgemäß ein sehr dünnes Ätzstoppmaterial vorgesehen wird. Folglich wird eine ausgeprägte Vertiefung oder Einkerbung des dielektrischen Zwischenschichtmaterials zwischen den Gateelektrodenstrukturen vermieden oder zumindest deutlich reduziert im Vergleich zur konventionellen Strategie, wodurch Ausbeuteverluste verringert und ein besseres Leistungsverhalten und eine höhere Zuverlässigkeit der Transistoren erreicht werden, die komplexe Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε aufweisen.
