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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 die Herstellung elektronischer Sicherungen, um bauteilinteme Programmierressourcen in komplexen integrierten Schaltungen bereitzustellen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In modernen integrierten Schaltungen wird eine sehr große Anzahl einzelner Schaltungselemente, etwa Feldeffekttransistoren in Form von CMOS-, NMOS-, PMOS-Elementen, in Form von Widerständen, Kondensatoren und dergleichen, auf einem einzelnen Chip hergestellt. Typischerweise werden die Strukturgrößen dieser Schaltungselemente bei der Einführung jeder neuen Schaltungsgeneration verringert, so dass aktuell integrierte Schaltungen mit einem besserem Grad an Leistungsvermögen im Hinblick auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verfügbar sind. Eine Verringerung der Größe der Transistoren ist ein wichtiger Aspekt beim stetigen Verbessern des Leistungsverhaltens komplexer integrierter Schaltungen, etwa von CPUs. Die Verringerung der Größe ist üblicherweise mit einer Zunahme der Schaltgeschwindigkeit verknüpft, wodurch das Signalverarbeitungsverhalten verbessert wird. Zusätzlich zu der großen Anzahl an Transistoren muss eine Vielzahl passiver Schaltungselemente, etwa Kondensatoren, Widerstände und dergleichen, typischerweise in integrierten Schaltungen hergestellt werden, die für eine Vielzahl an Zwecken verwendet werden.
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Aufgrund der geringeren Abmessungen von Schaltungselementen wird nicht nur das Leistungsverhalten der einzelnen Transistoren verbessert, sondern es wird auch ihre Packungsdichte erhöht, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, immer mehr Funktionen in eine vorgegebene Chipfläche zu integrieren. Aus Grunde wurden sehr komplexe Schaltungen entwickelt, die unterschiedliche Schaltungsarten, etwa Analogschaltungen, Digitalschaltungen und dergleichen, enthalten können, wodurch vollständige Systeme auf einem einzelnen Chip (SoC) bereitgestellt werden.
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In derartigen modernen integrierten Schaltungen haben die minimalen Strukturgrößen nunmehr ungefähr 50 nm und weniger erreicht, wodurch die Möglichkeit besteht, diverse funktionale Schaltungsbereiche in einer gegebenen Chipfläche zu integrieren, wobei jedoch die diversen Schaltungsbereich ein deutlich unterschiedliches Leistungsverhalten, beispielsweise im Hinblick auf die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und dergleichen, besitzen können. Beispielsweise hängt die Arbeitsgeschwindigkeit eines digitalen Schaltungsbereichs, etwa eines CPU-Kerns und dergleichen, von dem Aufbau der einzelnen Transistoren ab und auch von den Eigenschaften des Metallisierungssystems, das eine Vielzahl gestapelte Metallisierungsschichten aufweisen kann, um damit dem erforderlichen komplexen Schaltungsaufbau Rechnung zu tragen. Daher sind sehr komplexe Fertigungstechniken erforderlich, um die minimalen kritischen Strukturgrößen der geschwindigkeitskritischen Schaltungskomponenten bereitzustellen. Beispielsweise werden komplexe Digitalschaltungen auf der Grundlage von Feldeffekttransistoren verwendet, die Schaltungskomponenten repräsentieren, in denen die Leitfähigkeit eines Kanalgebiets durch eine Gateelektrode gesteuert ist, die von einem Kanalgebiet durch ein dünnes dielektrisches Material getrennt ist. Das Leistungsvermögen der einzelnen Feldeffekttransistoren ist unter anderem durch die Fähigkeit des Transistors bestimmt, von einem hochohmigen Zustand in einen niederohmigen Zustand mit hoher Geschwindigkeit umzuschalten, wobei auch ausreichend hohe Ströme in niederohmigem Zustand montiert werden müssen. Dieser Durchlassstrom ist unter anderem durch die Länge des leitenden Kanals bestimmt, der sich in dem Kanalgebiet beim Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode ausbildet. Aus diesem Grunde und im Hinblick auf die Forderung, die gesamte Packungsdichte komplexer Halbleiterbauelemente zu erhöhen, wird die Kanallänge und damit die Länge der Gateelektrode kontinuierlich verringert, was wiederum eine geeignete Anpassung der kapazitiven Kopplung der Gateelektrode an das Kanalgebiet erforderlich macht. Folglich muss gegebenenfalls die Dicke des Gatedielektrikumsmaterials ebenfalls verringert werden, um die Steuerbarkeit des leitenden Kanals auf einem gewünschten hohen Niveau zu halten. Die Verringerung der Dicke des Gatedielektrikums ist jedoch mit einem exponentiellen Anstieg der Leckströme verknüpft, die direkt durch das dünne Gatedielektrikumsmaterial tunneln, wodurch zu einer erhöhten Leistungsaufnahme und somit Abwärme beigetragen wird, was zu anspruchsvollen Bedingungen während des Betriebs des Halbleiterbauelements führt. Ferner können Ladungsträger in das Gatedielektrikumsmaterial eingeprägt werden und können ebenfalls zu einer ausgeprägten Beeinträchtigung der Transistoreigenschaften, etwa der Schwellwertspannung der Transistoren, beitragen, wodurch ebenfalls zu einer ausgeprägten Variabilität der Transistoreigenschaften über die Lebensdauer des Produkts hinweg beigetragen wird. Folglich sind Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit gewisser komplexer Schaltungsbereiche durch Materialeigenschaften und Prozesstechniken bestimmt, um die hochkomplexen Schaltungselemente herzustellen, während andere Schaltungsbereiche weniger kritische Bauelemente enthalten, die somit ein anderes Verhalten über die Lebensdauer hinweg im Vergleich zu den kritischen Schaltungsbereichen aufweisen. Folglich kann die Kombination der diversen Schaltungsbereiche in ein einzelnes Halbleiterbauelement zu deutlich unterschiedlichem Verhalten im Hinblick auf das Leistungsvermögen und die Zuverlässigkeit führen, wobei auch die Schwankungen der gesamten Fertigungsprozessabfolge zu einer weiteren Diskrepanz zwischen der diversen Schaltungsbereiche beitragen können.
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Aus diesen Gründen werden in komplexen integrierten Schaltungen häufig zusätzliche Mechanismen eingesetzt, um es der Schaltung selbst zu ermöglichen, das Leistungsverhalten gewisser Schaltungsbereiche anzupassen, um damit dem Leistungsverhalten anderer Schaltungsbereiche zu genügen, beispielsweise zum Abschluss des Fertigungsprozesses und/oder während der Verwendung des Halbleiterbauelements, wenn beispielsweise gewisse kritische Schaltungsbereiche nicht mehr mit dem entsprechenden Leistungskriterium in Einklan sind, wodurch eine Anpassung gewisser Schaltungsbereiche erforderlich sein kann, etwa das Neueinstellen einer internen Versorgungsspannung, das Zurücksetzen der gesamten Schaltungsgeschwindigkeit und dergleichen.
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Zu diesem Zweck werden sogenannte elektronische Sicherungen oder e-Sicherungen in den Halbleiterbauelementen vorgesehen, die elektronische Schalter repräsentieren, die einmal aktiviert werden können, um eine gewünschte Schaltungsanpassung zu ermöglichen. Somit können die elektronischen Sicherungen so betrachtet werden, als dass sie einen hochohmigen Zustand besitzen, der typischerweise einen „programmierten“ Zustand repräsentiert, und so dass diese 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 gesamten integrierten Schaltung ausüben, ist eine zuverlässige Erkennung des nicht-programmierten oder des programmierten Zustands sicherzustellen, was bewerkstelligt wird auf der Grundlage geeignet gestalteter Logikschaltungen. Da ferner typischerweise diese elektronischen Sicherungen lediglich einmal über die Lebensdauer des betrachteten Halbleiterbauelements hinweg betätigt werden, muss eine Programmieraktivität sicherstellen, dass ein gewünschter programmierter Zustand der elektronischen Sicherung zuverlässig erzeugt wird, um damit gut definierte Bedingungen für die weitere Betriebslebensdauer des Bauelements zu schaffen.
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Aus diesen Gründen würden geeignete Mechanismen erstellt, um elektronische Sicherungen bereitzustellen, die in zuverlässiger Weise programmiert werden können. Die Programmierung elektronischer Sicherungen kann von einem Degradationsmechanismus eines leitenden Materials abhängen, wobei beim Anlegen eines Strompulses eine irreversible Änderung der elektronischen Eigenschaften der elektronischen Sicherung zu einem zuverlässigen erkennbaren Programmierstatus der elektronischen Sicherung führt. Dazu kann die Elektromigration, die typischerweise ein nicht gewünschter Effekt in Halbleiterbauelementen ist, vorteilhaft ausgenutzt werden, um einen Mechanismus zum permanenten Schädigen der Leitung vorzusehen und somit um einen detektierbaren hochohmigen Zustand zu erreichen. Die Elektromigration ist ein Phänomen, das in Weiten beobachtet werden kann, in denen eine ausreichend hohe Stromdichte erreicht wird, so dass die kollektive Bewegung der Elektronen in dem Leitermaterial zu einer Materialwanderung führt, die durch den Impulsübertrag von Elektronen auf die Atome oder Ionen des Materials hervorgerufen wird. Die Elektromigration wird typischerweise in Leitern von Halbleiterbauelementen beobachtet, in denen die Leitungen in einem dielektrischen Material eingebettet sind, das ausreichend Wärmeableiteigenschaften betrifft, wodurch sehr hohe Stromdichten möglich sind, bevor zu große Wärme in den Leitungen zu einer irreversiblen Schädigung führt, sie typischerweise in isolierten Leitern beobachtet wird. Obwohl zunächst das Einbetten der leitenden dielektrischen Materialien den Betrieb der Halbleiterbauelemente mit hohen Stromdichten ermöglicht, kann die Materialwanderung in den Leitungen, die durch den Impulsübertrag von Elektronen hervorgerufen wird, schließlich zu einer Beeinträchtigung und damit Ausfall der Leitung während der Betriebslebensdauer des Halbleiterbauelements führen. Aus diesem Grunde werden Elektromigrationswirkungen in Metallisierungssystemen von Halbleiterbauelementen gründlich studiert und überwacht, um das Leistungsverhalten und die Zuverlässigkeit komplexer Halbleiterbauelemente abzuschätzen. Die Elektromigration kann andererseits effizient in elektronischen Sicherungen verwendet werden, um absichtlich eine Degradation einer Leitung oder eines Sicherungskörpers herbeizuführen, um damit einen detektierbaren hochohmigen Zustand zu erhalten. Dazu wird die Elektromigration in Metallsilizidmaterialien, die in Silizium-basierten Materialien hergestellt sind, etwa Polysiliziummaterialien, effizient ausgenutzt, um elektronische Sicherungen in der Bauteilebene der Halbleiterbauelemente bereitzustellen, wobei die gesamten lateralen Abmessungen und die Materialzusammensetzung des grundlegenden Halbleitermaterials in Verbindung mit den Eigenschaften des Metallsilizids somit einen wichtigen Einfluss auf das Gesamtleistungsvermögen entsprechender elektronischer Sicherungen ausüben. Dazu wird zusätzlich zu geeigneten Gestaltungsformen und geometrischen Anordnungen entsprechender elektronischer Sicherungen auf der Grundlage von Siliziummaterial und Metallsilizid auch eine geeignete periphere Schaltung bereitgestellt, beispielsweise in Form von Transistoren, um den erforderlichen Strompuls durch die elektronische Sicherung zu treiben, so dass die Sicherung beim Programmieren der elektronischen Sicherung „durchgebrannt“ wird, wobei der Durchlassstrom des Transistors oder Transistoren und damit dessen Größe an die zum Programmieren der elektronischen Sicherung erforderliche Stromdichte anzupassen ist.
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Bei einer weiteren Verringerung der Gesamtabmessungen von Schaltungselementen in komplexen Halbleiterbauelementen wird auch die Gatelänge der Feldeffekttransistoren verringert, die richtige Schaltungselemente in komplexen Halbleiterbauelementen repräsentieren, wodurch effiziente Mechanismen zum Steuern des Stromflusses in dem Kanalgebiet der Feldeffekttransistoren erforderlich sind, wie dies zuvor erläutert ist. Konventionellerweise werden in Elektrodenstrukturen auf der Grundlage eines Polysiliziummaterials in Verbindung mit einem darin ausgebildeten Metallsilizid bereitgestellt, weil das Polysiliziummaterial auf einem geeigneten Gatedielektrikumsmaterial, etwa Siliziumdioxid, vorgesehen wird, das die Gateelektrode von dem Kanalgebiet trennt. Um einen sehr effizienten gesamten Fertigungsprozessablauf zu ermöglichen, werden auch die elektronischen Sicherungen zusammen mit den Gateelektrodenstrukturen der Transistoren hergestellt, da, wie zuvor erläutert ist, Polysilizium in Verbindung mit einem Metallsilizid einen effizienten Mechanismus für elektronische Sicherungen ermöglicht. Mit dem Einführen einer Gatelänge von 40 nm und weniger zeigt sich jedoch, dass konventionelle Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage von Polysilizium in Verbindung mit konventionellen Gatedielektrika, etwa Siliziumdioxid, Siliziumoxynitrid, und dergleichen, nicht mehr ausreichend sind, um in geeigneter Weise dem Kanal in komplexen Feldeffekttransistoren zu steuern. Aus diesem Grunde werden konventionelle Gatedielektrikumsmaterialien zumindest teilweise durch sogenannte dielektrische Materialien mit großem ε versetzt, d. h. durch dielektrische Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder höher, um eine ausreichende kapazitive Kopplung der Gateelektrode an das Kanalgebiet zu ermöglichen, ohne dass die resultierenden Gateleckströme weiter ansteigen. Gleichzeitig wird das Polysiliziummaterial durch ein Material mit höherer Leitfähigkeit ersetzt, wodurch ebenfalls das Erzeugen einer Verarmungszone in der Nähe des Gatedielektrikumsmaterials deutlich verringert oder vermieden wird. Folglich wurde eine Vielzahl an Fertigungsstrategien entwickelt, wovon eine als ein Austauschgateverfahren bezeichnet wird. In dieser vielversprechenden Fertigungstechnik wird die Gateelektrodenstruktur anfänglich auf der Grundlage von Polysilizium in Verbindung mit einem konventionellen Gatedielektrikumsmaterial oder auf der Grundlage eines dielektrischen Materials mit großem ε hergestellt und die Bearbeitung wird fortgesetzt, indem die grundlegende Transistorkonfiguration fertig gestellt wird, d. h., indem Drain- und Sourcegebiete und dergleichen erzeugt werden. In einer sehr fortgeschrittenen Fertigungsphase werden die Gateelektrodenstrukturen in einem dielektrischen Material eingebettet und das Polysiliziummaterial wird durch geeignete selektive Ätzstrategien entfernt. Daraufhin wird eine geeignete Metallsorte in den resultierenden Gateöffnungen hergestellt, um die geeigneten Gateeigenschaften im Hinblick auf Austrittsarbeit, Leitfähigkeit und dergleichen einzustellen.
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Obwohl diese Fertigungsstrategie für bessere Feldeffekttransistoren mit Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε sorgt, wird gleichzeitig das Polysiliziummaterial von Nicht-Transistorelementen entfernt, etwa das Halbleitermaterial der elektronischen Sicherungen, das dann durch ein gut leitendes Elektrodenmetall ersetzt wird, wodurch jedoch die gesamten elektronischen Eigenschaften der elektronischen Sicherungen deutlich geändert werden. Das heißt, aufgrund der höheren Leitfähigkeit sind höhere Stromdichten erforderlich, was wiederum mit dem Bereitstellen von Transistoren mit deutlich größerer Breite verknüpft ist, um die erforderlichen hohen Stromwerte zu erreichen. Andererseits ist eine Verringerung der gesamten lateralen Abmessungen der elektronischen Sicherungen wenig wünschenswert, da typischerweise es sehr schwierig ist, die kritischen Abmessungen in der Bauteilebene auf der Grundlage gegebener Lithografie- und Strukturierungsmöglichkeiten des betrachteten Schaltungsentwurfs weiter zu verringern.
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Angesichts dieser Situation wurden andere Strategien entwickelt, etwa das Bereitstellen der elektronischen Sicherungen in dem Metallisierungssystem des Halbleiterbauelements, wobei diese Strategie jedoch ähnliche Probleme bereiten im Hinblick auf die erforderlichen hohen Stromdichten aufgrund der besseren Leitfähigkeit der Metallleitungen und Kontaktdurchführungen in dem Metallisierungssystem komplexer Halbleiterbauelemente. In anderen Vorgehensweisen werden elektronische Sicherungen in der aktiven Halbleiterschicht, d. h. in dem Halbleitermaterial, in welchem die Drain- und Sourcegebiete der Transistoren hergestellt werden, ausgebildet. Auf diese Weise beeinflusst der Gateaustausch nicht die elektronischen Eigenschaften der elektronischen Sicherungen, die in der aktiven Halbleiterschicht ausgebildet sind, wobei jedoch beobachtet wurde, dass entsprechende elektronisehe Sicherungen nicht effizient in „Vollsubstratkonfigurationen“ arbeiten, d. h. in Halbleiterbauelementen, in denen das aktive Halbleitermaterial direkt auf dem kristallinen Halbleitermaterial des Substrats ausgebildet ist, ohne dass eine vergrabene isolierende Materialschicht vorgesehen ist, wie dies in einer SOI- (Silizium-auf-Isolator-) Konfiguration der Fall ist.
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Die Druckschrift
US 2009/0309184 A1 beschreibt eine elektronische Sicherung und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei ein Gebiet in den Sicherungskörper eingebaut wird, um die Erzeugung eines Metallsilizids zu behindern, so dass sich insgesamt ein höherer elektrischer Widerstand ergibt.
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Die Druckschrift
US 7244958 B2 beschreibt ein Bauelements und ein Verfahren, wobei ein P-Kanaltransistor unter Anwendung einer verformungsinduzierenden Si/Ge-Legierung hergestellt wird. Es werden einige Materialeigenschaften der verformungsinduzierenden Legierung beschrieben.
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Die Druckschrift
US 2008/0067629 A1 beschreibt eine elektronische Sicherung, in welcher Widerstandsmaterialien mit unterschiedlicher thermischer Stabilität enthalten sind.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken, in denen elektronische Sicherungen in dem aktiven Halbleitermaterial hergestellt werden, wobei eines oder mehrere der nunmehr erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert werden.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen Halbleiter-basierte elektronische Sicherungen in dem aktiven Halbleitermaterial eines Vollsubstratbauelements bereitgestellt werden, d. h. in einem Halbleiterbauelement, das anfänglich kein vergrabenes isolierendes Material aufweist, wobei die elektronische Sicherung einen Sicherungskörper aufweist, der auf der Grundlage eines Silizium enthaltenden Halbleitermaterials mit einer reduzierten Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu dem Halbleiterbasismaterial hergestellt ist. Somit können die Kontaktgebiete der elektronischen Sicherung in dem Halbleiterbasismaterial so gebildet werden, dass eine bessere Wärmeleitfähigkeit und ein Durchlassstrom erreicht werden, während andererseits der Sicherungskörper, d. h. der eigentliche Bereich der Sicherung, in welchem ausgeprägter Elektromigrationeffekt hervorzurufen ist, mit einer effizienten thermischen Entkopplung zu dem Halbleiterbasismaterial des Vollsubstratbauelements hergestellt wird. Dazu wird in einigen hierin offenbarten Ausführungsformen ein Teil des Halbleiterbasismaterials, das beispielsweise in Form eines Siliziummaterials vorgesehen ist, durch eine Halbleitermischung ersetzt, etwa eine Silizium/Germanium-Mischung, die eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu dem Siliziumbasismaterial besitzt. Ferner ergibt sich für das Halbleitermaterial mit der geringeren Wärmeleitfähigkeit, dass somit eine effiziente thermische Kopplung des Sicherungskörpers in Bezug auf das kristalline Substratmaterial des Halbleiterbauelements ermöglicht, eine geringere Silizidierungsrate bei der Herstellung eines Metallsilizids, wodurch effiziente Menge an Metallsilizidmaterial in den Sicherungskörper verringert wird, wodurch eine größere Elektromigration auf der Grundlage reduzierter Stromdichten erreicht wird, während andererseits ein hoher gewünschter Durchlassstrom in den Kontaktgebieten der elektronischen Sicherung beibehalten wird, die das Halbleiterbasismaterial in Verbindung mit einer gewünschten Metallsiliziddicke aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird die Gleichmäßigkeit der Metallsiliziddicke und der Sicherungskörper der elektronischen Sicherungen verbessert, indem bessere Abscheidebedingungen beim Abscheiden des Silizium enthaltenden Halbleitermaterials in einer Vertiefung geschaffen werden, die in dem Halbleiterbasismaterial hergestellt wird, um damit das Austauschhalbleitermaterial mit der geringeren Wärmeleitfähigkeit einzubauen. Dazu werden die Grenzungsbereiche des Halbleiterbasismaterials bewahrt, um Seitenwände der Vertiefungen oder Aussparungen zu erzeugen, so dass bessere Abscheidebedingungen und somit eine bessere Gleichmäßigkeit der resultierenden Oberfläche des Austauschhalbleitermaterials beim Aufwachsen des Materials in der Vertiefung erreicht werden. Folglich kann auch in den nachfolgenden Prozessen und beispielsweise bei der Erzeugung des Metallsilizids in dem Sicherungskörper, eine Verbesserung der Prozessbedingungen und somit der Gleichmäßigkeit des resultierenden Metallsilizids erreicht werden.
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Folglich kann durch Verwenden eines Halbleitermaterials mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit und/oder reduzierter Silizidierungsrate innerhalb des Sicherungskörpers einer elektronischen Sicherung in einem Vollsubstrathalbleiterbauelement eine elektronische Sicherung in der Bauteilebene komplett zur Halbleiterbauelemente bereitgestellt werden, wobei die Sicherung ähnliche Eigenschaften und laterale Abmessungen im Vergleich zu Polysilizium in Elektronensicherungen aufweist, während gleichzeitig eine höhere Flexibilität im Hinblick auf das Bereitstellen komplexer Transistoren erreicht wird, die komplexe Gateelektrodenstrukturen aufweisen, die auf der Grundlage eines dielektrischen Materials mit großem ε in Verbindung mit einem Metall-enthaltenden Elektrodenmaterial hergestellt sind.
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Insbesondere wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und ein Halbleiterbauelement gemäß dem Anspruch 6. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind auch in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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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 Draufsicht eines Halbleiterbauelements mit einer elektronischen Sicherung zeigt, die auf der Grundlage eines Sicherungskörpers hergestellt ist, der ein Halbleitermaterial mit geringerer Wärmeleitfähigkeit aufweist;
- 1b schematisch eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ib aus 1a in einer Fertigungsphase zeigt, in der Kontaktgebiete in einem Halbleiterbasismaterial ausgebildet sind und in Verbindung mit dem Sicherungskörper stehen, der das Halbleitermaterial mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit aufweist;
- 1c schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase zeigt, in der Metallsilizid mit unterschiedlicher Dicke in den Kontaktgebieten und dem Sicherungskörper vorgesehen ist;
- 1d schematisch eine Draufsicht der elektronischen Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei Seitenwände oder Abgrenzungsbereiche hergestellt aus dem Halbleiterbasismaterial in dem Sicherungskörper so vorgesehen sind, dass bessere Aufwachsbedingungen zur Herstellung des Halbleitermaterials mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit geschaffen werden;
- 1e schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements in einer Fertigungsphase zeigen, in der die Vertiefung oder Aussparung in dem Sicherungskörper gesehen ist;
- 1f schematisch das Bauelement in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase zeigt, wenn das Halbleitermaterial mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit auf der Grundlage von Abgrenzungsgebieten gemäß anschaulicher Ausführungsformen hergestellt wird;
- 1g und 1h schematisch eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht zeigen, wobei die Silizidierung auf das Halbleitermaterial mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit auf der Grundlage einer Silizidierungsmaske gemäß anschaulicher Ausführungsformen beschränkt ist; und
- 1 i schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, wobei eine elektronische Sicherung und ein komplexer Transistor vorgesehen sind, wobei der Transistor eine Gateelektrodenstruktur aufweist, die auf der Grundlage eines Gatedielektrikumsmaterials mit großem ε und eines Metall-enthaltenden Elektrodenmaterials gemäß anschaulicher Ausführungsformen aufgebaut ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen eine elektronische Sicherung effizient in dem aktiven Halbleitermaterial eines Vollsubstratbauelements bereitgestellt wird, d. h., eines Halbleiterbauelements, das kein vergrabenes isolierendes Material aufweist, wobei die gesamten lateralen Abmessungen der elektronischen Sicherung und die erforderliche Stromdichte für das zuverlässige Ingangsetzen eines Programmiervorgangs ähnlich sind wie in Polysilizium basierten elektronischen Sicherungen. Dazu wird ein Halbleitermaterial mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit in dem Sicherungskörper der elektronischen Sicherung so vorgesehen, dass der Stromfluss im Wesentlichen innerhalb einer Metallhalbleiterverbindung stattfindet, etwa einem Metallsilizid, das in dem Halbleitermaterial mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist. Folglich kann Wärme, die während des Programmiervorgangs erzeugt wird, in die Tiefe des kristallinen Substrats lediglich mit deutlich geringerer Effizient aufgrund der reduzierten Wärmeleitfähigkeit des Austauschhalbleitermaterials abgeführt werden, wodurch ähnliche Bedingungen erreicht werden, wie in SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfigurationen. Ferner sorgt in einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen das Halbleitermaterial mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit auch für eine geringere Silizidierungsrate, wodurch ebenfalls die Menge an Metallsilizidmaterial effizient reduziert wird, die in dem Sicherungskörper vorhanden ist, wodurch ebenfalls eine verbesserte Programmierzuverlässigkeit geschaffen wird, da die Menge an Metallsilizid, die während eines Elektromigrationsvorgangs zu bewegen ist, reduziert ist.
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In der vorliegenden Erfindung wird das Halbleitermaterial mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt, indem eine Aussparung oder eine Vertiefung in dem Halbleiterbasismaterial, etwa einem Siliziummaterial, geschaffen wird, wobei eine verbesserte Robustheit im Hinblick auf Prozessungleichmäßigkeiten erreicht wird, indem der Sicherungskörper durch das Halbleiterbasismaterial anstelle einer Isolationsstruktur lateral begrenzt wird, so dass eine bessere Abscheidegleichmäßigkeit während des Abscheidens des Austauschhalbleitermaterials zu einer gleichmäßigen Halbleiteroberfläche führt, wodurch jegliche Prozessungleichmäßigkeiten kompensiert werden, die während des Ätzprozesses für die Aussparung, den nachfolgenden Silizidierungsprozess, und dergleichen, hervorgerufen werden. Andererseits wird die Herstellung des Metallsilizids in dem Sicherungskörper lateral auf das Austauschhalbleitermaterial mit der geringeren Wärmeleitfähigkeit beschränkt, indem die Seitenwandbereiche oder Abgrenzungsgebiete geeignet maskiert werden, wenn der Silizidierungsprozess ausgeführt wird. Folglich können die Kontaktgebiete der elektronischen Sicherung auf der Grundlage beliebiger geeigneter lateraler Abmessungen innerhalb des Halbleiterbasismaterials hergestellt werden, wobei das Standard-Silizidmaterial für einen hohen Durchlassstrom sorgt. Andererseits führt in dem Sicherungskörper, in welchem eine ausgeprägte Silizidelektromigration hervorzurufen ist, die geringere Wärmeleitfähigkeit zu besseren chemischem Bedingungen zur Unterstützung einer stärkeren Elektromigration, während gleichzeitig die geringere Menge an Metallsilizid, die darin ausgebildet ist, ebenfalls zu einer besseren Programmierzuverlässigkeit beiträgt, wobei, wenn diese vorgesehen sind, die zusätzlichen Seitenwandbereiche oder Abgrenzungsgebiete generell für bessere Eigenschaften der resultierenden Metallsilizid sorgen, wodurch es möglich ist, ein geringeres Prozessfenster zum Bewirken eines Programmiervorgangs anzuwenden, da beispielsweise geringere Stromdichten verwendet werden können, wobei dennoch ein zuverlässiger programmierter Zustand bei einer gegebenen geometrischen Ausbilden der elektronischen Sicherung erreicht wird.
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Daher können die elektronischen Sicherungen vorteilhaft in jeglichen Vollsubstratbauelementen mit erhöhter Flexibilität bei der Auswahl geeigneter Eigenschaften anderer Schaltungselemente, etwa komplexer Feldeffekttransistoren, angewendet werden. Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, müssen in komplexen Halbleiterbauelementen Feldeffekttransistoren mit verbesserten Gateelektrodenstrukturen vorgesehen werden, die ein dielektrisches Material mit großem ε in Verbindung mit einem Metall-enthaltenden Elektrodenmaterial aufweisen. Dazu wurde eine Vielzahl an Prozessstrategien entwickelt, etwa komplexe Techniken, in denen das dielektrische Material mit großem ε und das Metall-enthaltende Elektrodenmaterial in einer frühen Fertigungsphase oder auch in einer sehr späten Fertigungsphase vorgesehen wird, wobei beide Vorgehensweisen typischerweise gut etablierte Strategien zum Bereitstellen von Polysilizium-basierten elektronischen Sicherungen beeinflussen. Somit kann durch das Einrichten von Halbleiter-basierten elektronischen Sicherungen in das aktive Halbleitermaterial für Vollsubstrathalbleiterbauelemente diese Bauteilarchitektur effizient eingesetzt werden, um komplexe Feldeffekttransistoren mit Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε bereitzustellen, unabhängig von der Prozessstrategie, die zur Herstellung dieser komplexen Gateelektrodenstrukturen eingesetzt wird.
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Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr Beispiele zum besseren Verständnis der Erfindung sowie anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschreiben.
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1a zeigt schematisch eine Draufsicht eines nicht beanspruchten Halbleiterbauelements 100, das eine elektronische Sicherung 150 aufweist. Die elektronische Sicherung 150 ist im Wesentlichen lateral durch eine Isolationsstruktur 103 begrenzt, etwa eine flache Grabenisolation, die typischerweise in einem Halbleiterbasismaterial auf der Grundlage eines geeigneten dielektrischen Materials, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, und dergleichen, hergestellt ist. Die elektronische Sicherung 150 umfasst ein erstes Kontaktgebiet 151, das in der gezeigten Fertigungsphase, im Wesentlichen aus einem Halbleiterbasismaterial aufgebaut ist, die nachfolgend detaillierter mit Bezug zu 1b erläutert ist. In ähnlicher Weise ist ein zweites Kontaktgebiet 152 vorgesehen, wobei die Kontaktgebiete 151, 152 beliebige gewünschte laterale Abmessungen besitzen, so dass für die erforderlichen Durchlassströme erreicht werden in Verbindung mit Kontaktelementen, die in einer späteren Fertigungsphase hergestellt werden. Die elektronische Sicherung 150 umfasst ferner einen Sicherungskörper 153, der grundsätzlich den Bereich darstellt, in welchem eine ausgeprägte, durch Elektromigration hervorgerufene Beeinträchtigung der Leitung in Gang gesetzt wird, um die elektronische Sicherung 150 in einem hochohmigen Zustand zu „programmieren“, wie dies auch zuvor erläutert ist. Der Sicherungskörper 153 wird somit mit geeigneten lateralen Abmessungen bereitgestellt, die so gewählt sind, dass eine ausreichend ausgeprägte Leitungsdegradation innerhalb eines kurzen Zeitintervalls erreicht wird, beispielsweise innerhalb mehrerer Mikrosekunden und dergleichen. In dem in 1a gezeigten Beispiel wird der Sicherungskörper 153 lateral durch die Isolationsstruktur 103 begrenzt und umfasst ein mit geringerer Wärmeleitfähigkeit, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist, das somit für eine bessere thermische Entkopplung des Sicherungskörpers 153 in Bezug auf das Halbleiterbasismaterial des Bauelements 100 sorgt.
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Es sollte beachtet werden, dass allgemein die geometrische Gestaltung der elektronischen Sicherung 150, d. h., die Kontaktgebiete 151, 152 und der Sicherungskörper 153, im Hinblick auf Gestaltungskriterien ausgelegt sein kann, etwa dem Flächen-verbrauchenden Bauelement 100 und dergleichen, wobei das Vorsehen eines Halbleitermaterials mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit in dem Sicherungskörper 153 die Möglichkeit schafft, generell die gesamten lateralen Abmessungen der elektronischen Sicherung 150 zu verringern, wobei dennoch ein hoher Grad an Zuverlässigkeit für das Erzeugen einer ausgeprägten Elektromigrationswirkung bei einer vorgegebenen Stromdichte bewahrt wird. Es sollte beachtet werden, dass beispielsweise ohne Vorsehen eines Halbleitermaterials mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit deutlich höhere Stromdichten erforderlich wären, um einen zuverlässigen Elektromigrationseffekt zu erhalten, der dann eine größere Länge des Sicherungskörper 153 und/oder eine deutlich gesteigerte Größe entsprechender Treibertransistoren erforderlich machen würde, die den Strom zu der elektronischen Sicherung 150 beim Initiieren des Programmierens der elektronischen Sicherung 150 zuleiten müssen.
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1b zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Bauelements 100 entlang der Linie Ib aus 1a. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 100 ein Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial repräsentiert, etwa ein Siliziummaterial und dergleichen, wobei zumindest ein Teil des Substrats 101 ein kristallines Halbleitermaterial 101a aufweist, das auch als Substratmaterial bezeichnet wird und das in Verbindung mit einer Halbleiterschicht 102 auch als Halbleiterbasismaterial bezeichnet wird, somit eine „Vollsubstratkonfiguration“ zumindest in einem anfänglichen Zustand bildet. Das heißt, das Halbleiterbasismaterial 102 ist direkt, in mechanischem Sinne, mit dem kristallinen Substrat 101a verbunden, während eine entsprechende elektrische Separation bei Bedarf auf der Grundlage eines geeigneten Dotierstoffprofils in dem Halbleiterbasismaterial 102 erreicht wird. Folglich ist in einer Vollsubstratkonfiguration das Halbleiterbasismaterial 102 thermisch effizient mit dem kristallinen Halbleitermaterial 101a und somit mit dem Substrat 101 gekoppelt, wodurch für ein besseres Leistungsverhalten im Hinblick auf die Wärmeableitung in komplexen Halbleiterbauelementen gesorgt ist. Andererseits ist die effiziente thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbasismaterial 102 und dem Substrat 101a höchst unvorteilhaft für die elektronische Sicherung 150, da dort die höheren Stromdichten erforderlich wären, um einen gewünschten Grad an Elektromigration hervorzurufen. Folglich umfasst der Sicherungskörper 153 ein Halbleitermaterial 154 mit der reduzierten Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu dem Halbleiterbasismaterial 102. Das heißt, das Halbleitermaterial 154 mit der reduzierten Wärmeleitfähigkeit ist in der Halbleiterschicht 102 so ausgebildet, dass diese sich von einer Oberfläche zu einer gewissen Tiefe erstreckt, um in effizienter Weise den „vertikalen“ thermischen Widerstand des Sicherungskörpers 153 zu erhöhen. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird das Halbleitermaterial 154 in Form einer Silizium/Germaniummischung oder -legierung bereitgestellt, die 15 bis 35 atom% an Germanium aufweist. Beispielsweise liegt die Wärmeleitfähigkeit eines kristallinen Silizium/Germaniummaterials mit einer Germaniumkonzentration in dem oben angegebenen Bereich bei ungefähr 60 W/m K, während beispielsweise ein im Wesentlichen reines Siliziummaterial eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 150 W/m K besitzt.
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Folglich ist, wie in 1b gezeigt ist, in einer Längsrichtung, die als L angegeben ist, der Sicherungskörper 153 und somit das Halbleitermaterial 154 mit den Kontaktgebieten 151, 152, verbunden, die aus dem Halbleiterbasismaterial 102 aufgebaut sind, während in einer Breitenrichtung, d. h. in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 1b, das Material 154 durch die Isolationsstruktur 103 begrenzt ist, wie dies in 1a gezeigt ist.
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Das Halbleiterbauelement 100, wie es in den 1a und 1b gezeigt ist, kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Die generelle geometrische Konfiguration der elektronischen Sicherung 150 wird definiert, indem in geeigneter Weise die Isolationsstruktur 103 in dem Halbleiterbasismaterial 102 gebildet wird. Dazu können gut etablierte Prozesstechniken zur Herstellung flacher Grabenisolationen angewendet werden, was komplexe Abscheide-, Lithografie-, Strukturierungs- und Grabenfülltechniken beinhalten kann, woran sich das Entfernen von überschüssigen Materialien anschließt. In einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium, beispielsweise vor oder während oder nach dem Herstellung anderer Schaltungselemente, etwa Transistoren, wird eine Vertiefung oder eine Aussparung in dem Halbleiterbasismaterial 102 erzeugt, was auf der Grundlage von Lithografietechniken zum Bereitstellen einer Ätzmaske in Verbindung mit anisotropen Ätztechniken gelingt. Es sollte beachtet werden, dass eine Vielzahl gut etablierter Ätzrezepte zum Ätzen von beispielsweise Siliziummaterial selektiv in Bezug auf andere Materialien, etwas Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Polymermaterialien, und dergleichen, verfügbar ist. Beispielsweise kann durch geeignetes Gestalten der geometrischen Gestalt der Isolationsstruktur 103 eine geeignete Ätzmaske die Kontaktgebiete 151, 152 abdecken, während freiliegende Bereiche der Isolationsstruktur 103 als ein Maskenmaterial zum Ätzen in das Halbleiterbasismaterial 102 in dem Sicherungskörper 153 verwendet werden. Als nächstes wird das Material 154 abgeschieden, beispielsweise auf der Grundlage selektiver epitaktischer Aufwachstechniken, wodurch das Material 154 in einem im Wesentlichen kristallinen Zustand vorgesehen wird, wobei das Abscheiden auf freiliegende kristalline Oberflächenbereiche beschränkt ist. Dazu wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen die gleiche Maske verwendet, wie sie auch zuvor zum Ätzen der entsprechenden Aussparungen verwendet wurde, wenn das Maskenmaterial geeignet ist, um den hohen Temperaturen während des Abscheidens des Materials 154 zu widerstehen. Beispielsweise können Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen effizient für diesen Zweck eingesetzt werden.
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1c zeigt schematisch das Bauelement 100 in einem weiter fortgeschritten Fertigungsstadium. Wie gezeigt, umfasst die elektronische Sicherung 150 Metallsilizidbereiche 151s, 152s, die in dem ersten und zweiten Kontaktgebiet 151, 152 ausgebildet sind. Ferner ist ein Metallsilizid 154s in dem Halbleitermaterial 154 mit der reduzierten Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Wie zuvor erläutert ist, besitzt das Material 154 eine reduzierte Silizidierungsrate im Vergleich zu dem Halbleiterbasismaterial 102 für ansonsten vorgegebene Prozessbedingungen, so dass die Silizium/Metalldiffusion während eines entsprechenden Silizidierungsprozesses in den Kontaktgebieten 151, 152 einerseits und dem Halbleitermaterial 154 andererseits unterschiedlich ist. Folglich wird eine größere Menge an Metallsilizid in den Kontaktgebieten 151, 152 erzeugt, was wünschenswert ist im Hinblick auf das Erreichen einer gewünschten hohen Stromtreiberfähigkeit, um damit in effizienter Weise den Sicherungskörper 153 zu kontaktieren, in welchem die eigentliche Leitungsdegradation in Gang zu setzen ist. Beispielsweise ist es gut bekannt, dass der Grad der Metallsilizidherstellung in Silizium/Germanium wesentlich geringer ist im Vergleich zur Silizidbildung in einem im Wesentlichen reinen Siliziummaterial. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „rein“ so zu verstehen ist, dass darin absichtlich oder unabsichtlich eingeführte Verunreinigungen, etwa gewisse Dotierstoffsorten und andere prozessabhängige Atomsorten, miteingeschlossen sind. Wie beispielsweise in 1c gezeigt ist, ist eine Dicke 151t der Metallsilizidgebiete 151s, 152s in den Kontaktgebieten 151, 152 um ungefähr 20 bis 50 % größer als eine Dicke 154t des Metallsilizidgebiets 154s in dem Material 154, wenn dieser in der Mitte gemessen wird.
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Das Halbleiterbauelement 100, wie es in 1c gezeigt ist, kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie zur Herstellung eines Metallsilizids gebildet werden. Das heißt, während einer geeigneten Fertigungsphase wird ein hochschmelzendes Metall, etwa Nickel, Kobalt, Platin und dergleichen auf der Grundlage gut etablierter Abscheidetechniken bereitgestellt, und nachfolgend wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, um eine chemische Reaktion zwischen den in dem Halbleiterbasismaterial 102 und in dem Material 154 enthaltenden Silizium in Gang zu setzen. Daraufhin wird überschüssiges Metall abgetragen, und es werden optionale Wärmebehandlungen ausgeführt, um das resultierende Metallsilizidmaterial thermisch zu stabilisieren. Es sollte beachtet werden, dass die Metallsilizidgebiete 151s, 152s und insbesondere das Metallsilizidgebiet 154s auch andere Metall/Halbleiterverbindungen um etwa ein Germanium/Metallverbindungsmaterial aufweisen kann, das ebenfalls im Begriff „Metallsilizid“ eingeschlossen ist. Es sollte beachtet werden, dass das Metallsilizid in der elektronischen Sicherung 150 auf der Grundlage einer Prozessstrategie hergestellt werden kann, in der gleichzeitig Metallsilizid in anderen Schaltungselementen vorgesehen wird, etwa in Gateelektrodenstrukturen von Transistoren und anderen aktiven Gebieten, in und über denen Transistoren vorgesehen sind, und dergleichen.
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Folglich sorgen die Kontaktgebiete 151, 152 für eine bessere Stromtreiberfähigkeit, während die geringere Menge an Metallsilizid 154s in dem Gebiet 154 zu einer geringeren Menge an Metallsilizid führt, die beim Hervorrufen einer ausgeprägten Elektromigration umzuschichten ist. Ferner kann die reduzierte thermische Leitfähigkeit des Materials 154 in der gleichen Zeit eine höhere lokale Temperatur beim Programmieren der elektronischen Sicherung 150 hervorrufen, so dass zu einer noch höheren Zuverlässigkeit beim Programmieren der Sicherung 150 bei einer vorgegebenen Stromdichte beigetragen wird.
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1d zeigt schematisch eine Draufsicht des Halbleiterbauelements 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, legt die Isolationsstruktur 103 allgemein die geometrische Gestalt der elektronischen Sicherung 150 fest, wobei jedoch, anders als in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, der Sicherungskörper 153 Seitenwände oder Abgrenzungsgebiete 153a, 153b aufweist, die aus dem Halbleiterbasismaterial aufgebaut sind. Somit wird, wie in 1d gezeigt ist, eine Vertiefung oder Aussparung 153r in dem Sicherungskörper 153 vorgesehen und stellt somit lateral eine Verbindung zu den Kontaktgebieten 151, 152 in der Längsrichtung L her, wobei eine laterale Abgrenzung in der Breitenrichtung, die durch W angegeben ist, durch die Seitenwände oder Abgrenzungsgebiete 153a, 153b erreicht wird.
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1e zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 gemäß der Linie Ie aus 1d. Wie gezeigt, ist die Vertiefung oder Aussparung 153r in dem Halbleiterbasismaterial 102 so gebildet, dass diese sich bis zu einer gewünschten Tiefe erstreckt, wobei Seitenwände der Aussparung 153r durch die Gebiete 153b, 153a repräsentiert sind und somit aus dem Basismaterial 102 aufgebaut sind. Ferner ist eine Maske 104, etwa in Form von Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, und dergleichen, so vorgesehen, dass die Position und die Größe der Aussparung 153r in lateraler Richtung festgelegt sind.
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Das in 1e gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach der Ausbildung der Isolationsstruktur 103, wie dies auch zuvor erläutert ist, wird die Maske 104 vorgesehen, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Materialschichten, etwa als Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, und dergleichen, wobei diese nachfolgend auf der Grundlage einer geeignete ausgewählten Lithografietechnik strukturiert werden, um damit eine Öffnung in der Maske 104 zu erzeugen, die der Aussparung 153 entspricht. Somit definiert die Maske 104 in Verbindung mit der Gestalt der Isolationsstruktur 103 die Abgrenzungsgebiete 153a, 153b im Hinblick auf ihre Position und Größe entsprechend der Bauteilerfordernissen der elektronischen Sicherung 150. Daraufhin wird ein Ätzprozess angewendet, um durch das Maskenmaterial auf der Grundlage einer Lackmaske und dergleichen zu ätzen, wofür eine Vielzahl gut etablierter Ätzrezepte verfügbar ist. Danach wird das Lackmaterial abgetragen oder diese wird beibehalten und der Ätzprozess wird fortgesetzt, um in das Basismaterial 102 zu ätzen, wodurch die Aussparung oder die Vertiefung 153r gebildet wird. Es sollte beachtet werden, dass der Ätzprozess zur Herstellung der Aussparung 153r gewisse Schwankungen in der Tiefe, abhängig von beispielsweise den lokalen Bedingungen während des Ätzprozesses und dergleichen aufweisen kann. Um eine negative Wirkung einer variierenden Ätztiefe für mehrere Vertiefungen 153r während der weiteren Bearbeitung zu vermeiden, werden die Seitenwände 153a, 153b, die aus dem Basismaterial 102 aufgebaut sind, so vorgesehen, dass zumindest teilweise für derartige Prozessungleichmäßigkeiten beim Wiederauffüllen der Aussparung 153r mittels eines gewünschten Halbleitermaterials eine Kompensation auftritt. Das heißt, während eines nachfolgenden epitaktischen Aufwachsprozesses oder während eines anderen Abscheideprozesses hängt das Füllverhalten nicht nur von der Tiefe der Aussparung 153r mit der Aufwachsrate eines Materials, das an der Unterseite des Basismaterials 102 gebildet wird, wenn die Breite der Aussparung 153r durch die Isolationsstruktur 153 definiert ist, wie dies zuvor erläutert ist, sondern auch von den Abgrenzungsgebieten 153a, 153b, die die Gesamtabscheiderate beeinflussen, wodurch Unterschiede in der Tiefe der Aussparungen 153r elektronischer Sicherung deutlich verringert werden.
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1f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, wobei Material 154 in der Aussparung 153r, beispielsweise auf der Grundlage eines selektiven epitaktischen Aufwachsprozesses, erzeugt wird. Der Abscheideprozess kann auf der Grundlage der Maske 104 ausgeführt werden, die somit als eine Abscheidemaske dient. Ferner wird das Material 154 mit besserer Gleichmäßigkeit in der Aussparung 153r aufgrund der Anwesenheit der Abgrenzungsgebiete oder Seitenwände 153a, 153b erzeugt. Insbesondere die Oberflächeneigenschaften, d. h. die Topografie des Materials 154, dessen Form und dergleichen werden durch die Gebiete 153a, 153b beeinflusst und somit wird der Einfluss von Ätztiefenschwankungen verringert, wie dies zuvor erläutert ist. Ferner kann die Isolationsstruktur 103 im Hinblick auf eine Materialerosion abgedeckt werden, die ansonsten bei der Herstellung von Aussparungen in dem Basismaterial 102 hervorgerufen wird, wenn die Isolationsstruktur 103 als eine Ätzmaske verwendet wird, und somit kann diese Wirkung vermieden oder zumindest reduziert werden, wodurch ebenfalls zu besseren Oberflächeneigenschaften des Materials 154 insbesondere im Hinblick auf die weitere Bearbeitung, wenn beispielsweise darin ein Metallsilizid hergestellt wird, beigetragen wird.
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Es sollte beachtet werden, dass das Halbleitermaterial 154 auf der Grundlage beliebiger gut etablierter selektiver epitaktischer Aufwachstechniken hergestellt werden kann, beispielsweise zum Herstellen einer Silizium/Germaniumlegierung und dergleichen, wobei in anschaulichen Ausführungsformen ein Silizium/Germaniummaterial auch in anderen Bauteilbereichen hergestellt wird, etwa in aktiven Gebieten von Transistoren, falls dies erforderlich ist.
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1g zeigt schematisch das Bauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Maske 105 so vorgesehen ist, dass die laterale Größe und Position von Bereichen der elektronischen Sicherung 105 festgelegt sind, in welchen ein Metallsilizid vorzusehen ist. Wie in 1g gezeigt ist, bedeckt die Maske 105, die aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut ist, zumindest die Abgrenzungsgebiete 153a, 153b, wodurch die Ausbildung von Metallsilizid darin im Wesentlichen vermieden wird.
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1h zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Bauelements 100 entlang der Linie Ih, die in 1g gezeigt ist. Wie gezeigt, bedeckt die Maske 105 zumindest die Abgrenzungsgebiete 153a, 153b, während zumindest ein Teil des Materials 154 und auch zumindest ein Teil der Kontaktgebiete 151, 152 (siehe 1g) freiliegt. In den gezeigten Ausführungsformen bedeckt die Maske 105 ferner einen Teil des Halbleitermaterials 154 derart, dass das Metallsilizid 154s im Wesentlichen vollständig innerhalb des Materials 154 angeordnet ist. Die Maske 105 kann hergestellt werden, indem ein geeignetes Material oder Materialien abgeschieden werden, etwa Siliziumnitrid und dergleichen, und indem die Materialschicht strukturiert wird, um in geeigneter Weise die laterale Lage und die Größe des Metallsilizidgebiets 154s innerhalb des Sicherungskörpers 153 festzulegen, wobei zumindest die Bereiche 153a, 153b von der Maske 105 abgedeckt werden. Daraufhin wird ein geeigneter Silizidierungsprozess angewendet, wie dies auch zuvor erläutert ist, wodurch das Material 154s in dem Sicherungskörper 153 hergestellt wird und wodurch auch Metallsilizid in den Kontaktgebieten 151, 152 erzeugt wird. Aufgrund der besseren Oberflächeneigenschaften des Materials 154 aufgrund der Anwesenheit der Bereiche 153a, 153b, wie dies zuvor erläutert ist, kann folglich das Material 154s mit besserer Gleichmäßigkeit bereitgestellt werden, wodurch auch die Gleichmäßigkeit der elektronischen Eigenschaften der elektronischen Sicherungen verbessert wird, die in dem Halbleiterbauelement 100 vorzusehen sind.
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1i zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist eine Kontaktebene 120 über dem Halbleiterbasismaterial 102 vorgesehen und umfasst ein geeignetes Material oder Materialien, um damit Schaltungselemente einzuschließen und somit zu passivieren, die in oder über dem Basismaterial 120 ausgebildet ist, etwa die elektronische Sicherung 150 und einen Transistor 160. Die Kontaktebene 120 umfasst ein dielektrisches Material 122, etwa ein Siliziumnitridmaterial und dergleichen, in Verbindung mit einem weiteren dielektrischen Material, das auch das dielektrisches Zwischenschichtmaterial 121 bezeichnet wird, das in Form eines Siliziumdioxidmaterials und dergleichen vorgesehen werden kann. Ferner können Kontaktelemente 124, 123 in der Kontaktebene 120 bereitgestellt werden und können eine Verbindung zu der elektronischen Sicherung 150 bzw. zu dem Transistor 160 herstellen. Die Kontaktelemente 123, 124 sind aus einem geeigneten leitenden Material aufgebaut, etwa aus Wolfram, Aluminium, Kupfer und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einem geeigneten Barrierenmaterial. Somit können die Kontaktelemente 124 effizient eine Verbindung mit den Kontaktgebieten 151, 152 der elektronischen Sicherung 150 herstellen, wobei die bessere Wärmeleitfähigkeit und die größere Menge an Metallsilizid 151s, 152s für einen hohen Durchlassstrom sorgen. Andererseits führt die thermische Entkopplung von dem Basismaterial 102, was durch das Halbleitermaterial 154 erreicht wird, in Verbindung mit der geringeren Menge an Metallsilizid 154s zu einer besseren Zuverlässigkeit beim Programmieren der elektronischen Sicherung 150 für vorgegebenen Programmierbedingungen und für eine vorgegebene Konfiguration der elektronischen Sicherung 150.
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Der Transistor 160 kann in und über einem aktiven Gebiet 102a hergestellt werden, das einen Teil des Halbleiterbasismaterials 102 repräsentiert, der lateral durch die Isolationsstruktur 103 begrenzt ist. Der Transistor 160 umfasst Drain- und Sourcegebiete 165, die wiederum geeignete Metallsilizidgebiete 165s bei Bedarf aufweisen. Wie ferner in gestrichelten Linie dargestellt ist, kann ein leistungssteigernde Halbleitermaterial 164, beispielsweise in Form eines verformungsinduzierenden Halbleitermaterials in dem aktiven Gebiet 102a so vorgesehen werden, dass lokal die Ladungsträgerbeweglichkeit erhöht wird. Es ist gut bekannt, dass eine Verformung deutlich die Ladungsträgerbeweglichkeit in einem Siliziummaterial modifizieren kann, wodurch auch der Durchlassstrom und somit das Gesamtverhalten von Transistoren verbessert wird. Beispielsweise repräsentiert in einigen anschaulichen Ausführungsformen das Halbleitermaterial 164 die gleiche Art an Material wie das Material 154, etwa ein Silizium/Germaniummaterial, wobei die Materialien 154, 164 in einigen anschaulichen Ausführungsformen während eines gemeinsamen selektiven epitaktischen Aufwachsprozesses hergestellt werden.
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Des Weiteren umfasst der Transistor 160 eine Gateelektrodenstruktur 160, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Gatedielektrikumsschicht 171 in Verbindung mit mindestens einem Elektrodenmaterial 173 aufweist, wobei beispielsweise das dielektrische Material 171 ein konventionelles dielektrisches Material in Form von Siliziumdioxid, Nitrid, und dergleichen, repräsentieren kann, während das Elektrodenmaterial 173 in Form eines Polysiliziummaterials, eines Silizium/Germaniummaterials, und dergleichen, vorgesehen ist. Ferner ist in diesem Falle auch ein Metallsilizidmaterial 173s in dem Elektrodenmaterial 173 ausgebildet. In anderen anschaulichen Ausführungsformen, wie dies auch zuvor erläutert ist, repräsentiert die Gateelektrodenstruktur 170 eine komplexe Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε, wobei das Gatedielektrikumsmaterial 171 ein dielektrisches Material mit großem ε aufweist, beispielsweise in Form von Hafniumoxid-basiertem Material, Zirkonoxidbasiertem Materialien und dergleichen. In diesem Falle ist mindestens ein Metall-enthaltendes Elektrodenmaterial vorgesehen, wie beispielsweise dies als eine Schicht 172 gezeigt ist, um eine gewünschte Austrittsarbeit und eine bessere Leitfähigkeit der Gateelektrodenstruktur 170 zu erreichen. Es sollte beachtet werden, dass in einigen Vorgehensweisen zusätzlich zu dem Metall-enthaltenden Elektrodenmaterial 172 das Material 173 beispielsweise in Form eines Halbleitermaterials vorgesehen wird, möglicherweise in Verbindung mit dem Metallsilizidmaterial 173s, während in anderen Fällen ein weiteres Metall-enthaltendes Elektrodenmaterial für das Material 173 vorgesehen wird, beispielsweise in Form von Aluminium und dergleichen. In diesem Falle kann das Metallsilizid 173s weggelassen werden. Ferner kann die Gateelektrodenstruktur 170 einer Seitenwandabstandshalterstruktur 174 aufweisen, die einen beliebigen geeigneten Aufbau besitzt, wie dies durch die Prozess- und Bauteilerfordernisse notwendig ist.
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Das in 1i gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden. Das heißt, die elektronische Sicherung 100 wird auf der Grundlage von Prozesstechniken hergestellt, wie sie auch zuvor beschrieben sind, wobei während einer beliebigen geeigneten Phase auch der Transistor 160 oder gewisse Komponenten davon vorgesehen werden. Dazu wird die Gateelektrodenstruktur 170 beispielsweise vor oder nach dem Vorsehen des Materials 154 in der elektronischen Sicherung 150 mittels komplexer Prozesstechniken hergestellt. Beispielsweise wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen das Gatedielektrikumsmaterial 171, das ein dielektrisches Material mit großem □ enthält, in Verbindung mit dem Metall-enthaltenden Elektrodenmaterial 172 in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen, woran sich ein Halbleitermaterial, etwa Silizium, anschließt, wobei die resultierenden Schichten dann gemäß komplexer Strukturierungsschemata strukturiert werden. Daraufhin werden die Drain- und Sourcegebiete 165 in Verbindung mit der Abstandshalterstruktur 174 vorgesehen und nach jeglichen Hochtemperaturausheizprozessen wird das Metallsilizid 165s und 173s erzeugt, zusammen mit den Metallsilizidmaterialien 151s, 152s und 154s in der elektronischen Sicherung 150. Danach wird die Kontaktebene 120 auf der Grundlage gut etablierter Prozessstrategien hergestellt, indem die Materialien 122, 121 abgeschieden, diese strukturiert und die resultierenden Öffnungen mit einem geeigneten Kontaktmetall gefüllt werden.
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In anderen Vorgehensweisen, wie dies auch zuvor erläutert ist, wird ein Austauschgateverfahren angewendet, in welchem ein Teil der Gateelektrodenstruktur 170, beispielsweise ein Halbleitermaterial, etwa in Form des Materials 173, durch ein geeignetes Metall-enthaltendes Elektrodenmaterial ersetzt wird, wobei in einigen Ausführungsformen auch ein dielektrisches Material mit großem ε in dieser späten Fertigungsphase bereitgestellt wird. Das Austauschgateverfahren kann angewendet werden, nachdem zumindest ein Teil der Kontaktebene 120 hergestellt ist und in dem eine obere Fläche der Gateeelektrodenstruktur 170 freigelegt wird, um damit unerwünschte Gatematerialien zu entfernen und diese mit zumindest einem Metall-enthaltenden Elektrodenmaterial zu ersetzen.
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Es gilt also: die Halbleiter-basierten elektronischen Sicherungen, etwa die Sicherung 150, können in dem Halbleiterbasismaterial hergestellt werden, in den kompakte und effiziente geometrische Gestaltungsformen angewendet werden, was bewerkstelligt werden kann, indem ein Teil des Halbleiterbasismaterials durch ein Halbleitermaterial mit geringerer Wärmeleitfähigkeit selektiv in dem Sicherungskörper der elektronischen Sicherung ersetzt wird. Ferner werden erfindungsgemäß bessere Oberflächenbedingungen während der Ausbildung eines Metallsilizids in dem Halbleitermaterial mit geringerer Wärmeleitfähigkeit erreicht, in dem Seitenwände oder Abgrenzungsgebiete vorgesehen werden, die aus dem Halbleiterbasismaterial aufgebaut werden, wenn die Aussparung in dem Sicherungskörper erzeugt wird, so dass auch eine bessere Gleichmäßigkeit der resultierenden Metallsilizide erreicht wird. Folglich können kompakte geometrische Gestaltungen für elektronische Sicherungen vorteilhaft auf Vollsubstrathalbleiterarchitekturen angewendet werden, während gleichzeitig eine höhere Programmierzuverlässigkeit erreicht wird, ohne dass unerwünscht hohe Stromdichten erforderlich sind. Daher können Halbleiter-basierte elektronische Sicherungen in Vollsubstrathalbleiterbauelementen mit komplexen Transistorstrukturen kombiniert werden, etwa mit Transistoren, die Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε aufweisen.
