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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Halbleiterherstellung und betrifft insbesondere die Herstellung von Kontaktebenen mit einem dielektrischen Materialsystem, das auf der Grundlage unterschiedlich verspannter dielektrischer Materialien hergestellt wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Halbleiterbauelemente, etwa moderne integrierte Schaltungen, enthalten typischerweise eine große Anzahl an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen, die für gewöhnlich in einer im Wesentlichen ebenen Konfiguration auf einem geeigneten Substrat hergestellt sind, auf dem eine Halbleiterschicht ausgebildet ist. Auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen und der erforderlichen komplexen geometrischen Struktur moderner integrierter Schaltungen werden die elektrischen Verbindungen der einzelnen Schaltungselemente im Allgemeinen nicht in der gleichen Ebene hergestellt, in der die Schaltungselemente aufgebaut sind, sondern es sind mehrere zusätzliche „Verdrahtungsschichten” erforderlich, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten enthalten im Allgemeinen metallenthaltende Leitungen, die die elektrische Verbindung innerhalb der Ebene erzeugen, und enthalten auch mehrere Zwischenebenenverbindungen, die auch als „Kontaktdurchführungen” bezeichnet werden, die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind und für die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten gestapelten Metallisierungsschichten sorgen.
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Ferner sind die Schaltungselemente typischerweise in einem dielektrischen Materialsystem eingebettet, das für den gewünschten Grad an Passivierung und Robustheit der Schaltungselemente vor dem Herstellen des komplexen Metallisierungssystems sorgt. Somit wird ein geeignetes Kontaktschema oder eine Kontaktstruktur in dem dielektrischen Materialsystem eingerichtet, das die Schaltungselemente passiviert und das im Weiteren auch als ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial bezeichnet wird. Auf Grund der stetigen Verringerung der kritischen Abmessungen der Schaltungselemente und somit auf Grund des geringeren lateralen Abstandes dicht liegender Schaltungselemente muss die Kontaktstruktur des Halbleiterbauelements, die als eine Schnittstelle zur Verbindung der Schaltungselemente der Bauteilebene mit dem Metallisierungssystem betrachtet werden kann, an die kleineren Strukturgrößen in der Bauteilebene und in dem Metallisierungssystem angepasst werden. Aus diesem Grunde sind sehr komplexe Strukturierungsstrategie anzuwenden, um die Kontaktelemente mit der erforderlichen Dichte und mit den geeigneten reduzierten Abmessungen zumindest auf der Seite der Bauteilebene vorzusehen, um somit in geeigneter Weise mit den Kontaktgebieten, etwa den Drain- und Sourcegebieten, Gateelektrodenstrukturen und dergleichen in Verbindung zu treten, ohne zu ausgeprägten Leckstrompfaden und Kurzschlüssen und dergleichen beizutragen. In vielen konventionellen Vorgehensweisen werden die Kontaktelemente oder Kontaktpfropfen typischerweise hergestellt, indem ein Metall auf Wolframbasis zusammen mit einem dielektrischen Zwischenschichtstapel verwendet wird, der typischerweise aus Siliziumdioxid in Verbindung mit einem Ätzstoppmaterial, etwa einem Silhziumnitridmaterial, aufgebaut ist. Auf Grund der stark reduzierten kritischen Abmessungen der Schaltungselemente, etwa der Transistoren, müssen die entsprechenden Kontaktelemente auf der Grundlage von Kontaktöffnungen mit einem Aspektverhältnis hergestellt werden, das bis zu ungefähr 8:1 oder noch größer gewählt wird, wobei ein Durchmesser von Kontaktöffnungen 0,1 μm oder deutlich weniger betragen kann für Transistorbauelemente des 65-nm-Technologie-Standards. In noch anspruchsvolleren Vorgehensweisen und in sehr dicht gepackten Bauteilgebieten kann die Breite der Kontaktöffnungen 50 nm und weniger betragen.
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Zusätzlich zur Einrichtung der vertikalen Verbindung zwischen den Schaltungselementen und dem komplexen Metallisierungssystem wird die Kontaktebene komplexer Halbleiterbauelemente auch zur Verbesserung des Leistungsverhaltens von Transistoren verwendet, indem ein verformungsinduzierender Mechanismus eingerichtet wird. Es ist gut bekannt, dass das Leistungsverhalten von Feldeffekttransistoren wesentlich von dem Widerstand des Kanalgebiets der Transistoren abhängt. Aus diesem Grunde war die Verringerung der Kanallänge ein wichtiges Entwurfskriterium, um den Gesamtwiderstand der Kanalgebiete zu reduzieren. Die Verringerung der Kanallänge erfordert jedoch typischerweise eine Vergrößerung der kapazitiven Kopplung, um den gewünschten Grad an Steuerbarkeit des Stromflusses in dem Kanalgebiet aufrecht zu erhalten. Aus diesem Grunde wird die Dicke des Gatedielektrikumsmaterials, das typischerweise aus siliziumdioxidbasierten Materialien aufgebaut ist, reduziert, was jedoch zu einer deutlichen Zunahme der statischen Leckströme führen kann, die durch Ladungsträger hervorgerufen werden, die direkt durch ein extrem dünnes Gatedielektrikumsmaterial tunneln. Bei der Einrichtung von Kanallängen unter 100 nm wurden andere leistungssteigernde Mechanismen berücksichtigt, um eine höhere Kanalleitfähigkeit für eine gegebene Entwurfskanallänge zu erhalten. Es ist gut bekannt, dass beispielsweise Siliziummaterial eine ausgeprägte Variabilität der Ladungsträgerbeweglichkeit zeigt, wenn ein verformter Zustand erzeugt wird. Folglich kann durch geeignetes Auswählen der Verformungsbedingungen des Siliziumkanalmaterials die Ladungsträgerbeweglichkeit von Elektronen und/oder Löchern effizient erhöht werden, wodurch ebenfalls ein deutlich höherer Durchlassstrom und eine höhere Schaltgeschwindigkeit der Transistoren erreicht werden. Folglich wurden in der Vergangenheit viele effiziente verformungsinduzierende Mechanismen entwickelt, wobei eine vielversprechende Vorgehensweise auf dem Bereitstellen stark verspannter dielektrischer Materialien in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem des Halbleiterbauelements basieren. Beispielsweise kann Siliziumnitridmaterial, das ein gut etabliertes Ätzstoppmaterial zur Verwendung in dielektrischen Zwischenschichtmaterialien ist, effizient mit einem hohen inneren Verspannungspegel bereitgestellt werden, indem die Prozessparameter des entsprechenden plasmaunterstützten CVD-(chemischer Dampfabscheide-)Prozesses ausgewählt werden. Beispielsweise kann Siliziumnitridmaterial mit einer hohen inneren kompressiven Verspannung von bis zu 2 GPa oder höher abgeschieden werden, was zu einer ausgeprägten Leistungssteigerung von p-Kanaltransistoren führt. In ähnlicher Weise kann Siliziumnitridmaterial auch effizient mit einer hohen inneren Zugverspannung mit bis zu 2 GPa abgeschieden werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, das Leistungsverhalten von n-Kanaltransistoren deutlich zu steigern. Generell ist das Vorsehen des Ätzstoppmaterials des dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystems mit einer hohen inneren Verspannung ein effizienter verformungsinduzierender Mechanismus, da diese Materialien nahe an den eigentlichen Transistoren angeordnet werden können, d. h. über und lateral benachbart zu den Gateelektrodenstrukturen und auf den Drain- und Sourcegebieten. Bei einer weiteren Verringerung der kritischen Abmessungen ist jedoch u. U. auch der laterale Abstand zwischen den Gateelektrodenstrukturen zu verringern, insbesondere in dicht gepackten Bauteilbereichen, etwa in Speicherbereichen in komplexen Halbleiterbauelemente und dergleichen, was zu einer sehr ausgeprägten Oberflächentopographie beim Abscheiden der stark verspannten dielektrischen Materialien führen kann. Da die schließlich erreichte Größe der Verformung in den jeweiligen Kanalgebieten wesentlich von den inneren Verspannungspegel der dielektrischen Materialien und der Menge dieser Materialien, die in unmittelbarer Nähe zu den Transistoren angewendet werden kann, abhängt, wurden die Prozesse typischerweise so optimiert, dass der innere Verspannungspegel vergrößert wird, da die Menge an verspannten Material im Wesentlichen durch die gesamte Bauteilgeometrie festgelegt ist. Es zeigt sich jedoch, dass Abscheiderezepte, die zum Bereitstellen höherer innerer Verspannungspegel gestaltet sind, nicht gleichzeitig für gute Spaltfülleigenschaften während des Abscheideprozesses sorgen, was zu ausgeprägten abscheidebedingten Unregelmäßigkeiten führen kann, etwa zu Hohlräumen und dergleichen, die zu ausgeprägten Bauteilausfällen bei der Herstellung der Kontaktelemente in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem führen können. Insbesondere in komplexen Prozessstrategien, in denen ein zugverspanntes dielektrisches Material selektiv über und benachbart zu n-Kanaltransistoren und ein kompressiv verspanntes dielektrisches Material selektiv über und benachbart zu p-Kanaltransistoren angeordnet wird, wurden größere Ausbeuteverluste auf Grund einer ausgeprägten Zunahme fataler Kontaktausfälle beobachtet.
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Mit Bezug zu den 1a bis 1d wird ein komplexes Doppelverspannungsschichtenverfahren gemäß einem bislang nicht veröffentlichten firmeninternen Stand der Technik, d. h. eine Strategie, in der zugverspannte und kompressiv verspannte dielektrische Materialien selektiv in der Nähe von n-Kanaltransistoren bzw. p-Kanaltransistoren angeordnet sind, nunmehr detaillierter beschrieben, um mögliche Mechanismen aufzuzeigen, die die ausgeprägte Zunahme der Ausbeuteverluste hervorrufen können.
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1a zeigt schematisch eine Draufsicht eines Halbeleiterbauelements 100 in einer sehr fortgeschrittenen Fertigungsphase. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst einen ersten Bereiche 110b, der im Weiteren als ein Bereich zu verstehen ist, in welchem eine gewisse Art an Verformung erforderlich ist, um das Leistungsvermögen von Transistoren zu verbessern, die in dem Bauteilbereich 110b vorgesehen sind. Beispielsweise führt in diesem Bereich eine kompressive Verformung oder eine Zugverformung zu einem besseren Verhalten der entsprechenden Transistoren. In ähnlicher Weise umfasst das Halbleiterbauelement 100 einen zweiten Bauteilbereich 110a, in welchem ebenfalls eine gewisse Art an Verformung zu einem verbesserten Verhalten von darin ausgebildeten Schaltungselementen führt, wobei die in dem Bereich 110a erforderliche Verformung invers ist im Hinblick auf die Art der Verformung, die in dem Bauteilbereich 110b erforderlich ist. in dem Bauteilbereich 110b sind ein oder mehrere Halbleitergebiete oder aktive Gebiete 102c, 102d vorgesehen, die als Halbleitergebiete zu verstehen sind, in und über welchem ein oder mehrere Transistoren hergestellt werden, wobei der Einfachheit halber Gateelektrodenstrukturen 120b derartiger Transistoren in 1a gezeigt sind. Wie zuvor erläutert ist, ist der Stromfluss eines Feldeffekttransistors durch eine Gateelektrodenstruktur gesteuert, etwa durch die Struktur 120b, während der Durchlassstrom auch von der gesamten Kanalleitfähigkeit abhängt, wie dies auch zuvor erläutert ist. Generell hängt das Transistorleistungsverhalten und insbesondere die Kanalleitfähigkeit von komplexen Dotierstoffprofilen in den Drain- und Sourcegebieten, der Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet, von dessen Länge und dem darin hervorgerufenen Verformungsniveau ab. Folglich kann das Leistungsvermögen von Transistoren, die in den aktiven Gebieten 102c, 102d vorgesehen sind, verbessert werden, indem ein dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem 130 bereitgestellt wird, das eine geeignete Verformungskomponente hervorruft, wie dies auch zuvor erläutert ist. In der in 1a gezeigten Bauteilkonfiguration ist ein Isolationsgebiet 102i, beispielsweise in Form einer flachen Grabenisolation und dergleichen, so ausgebildet, dass es die aktiven Gebiete 102e, 102d trennt, wodurch die aktiven Gebiete 102c, 102d bei Bedarf elektrisch isoliert sind.
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In ähnlicher Weise umfasst der Bauteilbereich 110a ein oder mehrere aktive Gebiete 102a, 102b, die eine spezielle Art an verformungsinduzierenden Material erfordern, um das Leistungsvermögen entsprechender in dem aktiven Gebieten 102a, 102b ausgebildeter Transistoren zu verbessern. Derartige Transistoren können durch Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c vertreten sein, die sehr nahe aneinander angeordnet sind gemäß anspruchsvoller Entwurfsregeln des Bauelements 100. In dem gezeigten Beispiel liefert das dielektrische Zwischenschichtmaterialsystem 120 eine Art an Verformung in den aktiven Gebieten 102a, 102b, die invers ist zu der Verformungsart, die in den aktiven Gebieten 102c, 102d hervorgerufen wird.
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Es sollte jedoch beachtet werden, dass in anderen Bauteilbereichen die aktiven Gebiete 102a, 102b aktive Gebiete von Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart repräsentieren können, und somit ist dann das Materialsystem 130 geeignet so gestaltet, dass diese unterschiedlichen Arten an Verformung für die aktiven Gebiete 102a, 102b bereitgestellt werden.
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Wie ferner zuvor erläutert ist, müssen komplexe Kontaktelemente 131 so vorgesehen werden, dass diese eine Verbindung zu den Schaltungselementen und somit zu entsprechenden Gebieten 102a, ..., 102d gemäß den gesamten Erfordernissen des Bauelements 100 herstellen. Es wurde jedoch beobachtet, dass insbesondere im Zusammenhang mit kritischen Abmessungen von weniger als 100 nm und in dicht gepackten Bauteilgebieten, etwa dem Bauteilbereich 110a, ausgeprägte Kontaktausfälle erzeugt werden, von denen angenommen wird, dass sie durch Kurzschlüsse oder Leckstromwege hervorgerufen werden, die benachbarte Kontaktelemente 131 über das Isolationsgebiet 102i hinweg verbinden, wie dies durch den Leckstrompfad 131I angegeben ist.
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1b zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 100 entlang der Linie Ib, die in 1a gezeigt ist. In der dargestellten Fertigungsphase umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein Substrat 101, etwa ein Siliziumsubstrat oder ein anderes geeignetes Halbleiterträgermaterial, das geeignet ist, um darauf eine Halbleiterschicht (nicht gezeigt) herzustellen, etwa eine Siliziumschicht und dergleichen. Es sollte beachtet werden, dass die entsprechende Halbleiterschicht in diverse aktive Gebiet, etwa die Gebiete 102a, ..., 102d durch das Isolationsgebiet 102i unterteilt werden kann, wie dies in 1a gezeigt ist. Zu beachten ist jedoch, dass ein kristallines Halbleitermaterial unter dem Isolationsgebiet 102a bereitgestellt werden kann, während in einer SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration die Isolationsstruktur 102i mit einem vergrabenen isolierenden Material in Verbindung steht, was ebenfalls unter den aktiven Gebieten 102a, ..., 102d vorgesehen ist, die in 1a gezeigt sind. Ferner ist in der gezeigten Fertigungsphase die Gateelektrodenstruktur 120b in dem ersten Bauteilbereich 110b vorgesehen, während die Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c in dem zweiten Bauteilbereich 110a bereitgestellt sind. Die Gateelektrodenstrukturen 120a, ..., 120c enthalten typischerweise ein Elektrodenmaterial 121, etwa ein polykristallines Siliziummaterial und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einem metallenthaltenden Bereich 123, beispielsweise in Form eines Metallsilizids, und enthalten auch ein Gatedielektrikumsmaterial 122, das jedoch ebenfalls nicht über dem Isolationsgebiet 102a vorgesehen ist, abhängig von der Prozessstrategie, die zur Herstellung der Gateelektrodenstrukturen angewendet wird. Ferner kann eine Seitenwandabstandshalterstruktur 124 so vorgesehen sein, dass diese das Elektrodenmaterial oder Materialien 121, 123 seitlich umschließt. Zu beachten ist jedoch, dass in sehr komplexen Vorgehensweisen die Gateelektrodenstrukturen 120a, ..., 120c auch dielektrische Materialien mit großem ε in Verbindung mit metallenthaltenden Elektrodenmaterialien aufweisen können. Ferner ist in der gezeigten Fertigungsphase ein Teil des Materialsystems 130 in Form einer stark verspannten dielektrischen Schicht 132, etwa in Form eines Siliziumnitridmaterials in Verbindung mit einer Ätzstoppschicht 133, etwa einem Siliziumdioxidmaterial, vorgesehen. In dem gezeigten Beispiel ist der innere Verspannungspegel des Materials 132 geeignet, um das Leistungsvermögen von Transistoren zu verbessern, die in dem zweiten Bauteilbereich 110a bereitgestellt sind, wobei beispielsweise ein Zugverspannungspegel das Leistungsvermögen von n-Kanaltransistoren verbessert, während eine kompressive Verspannung das Leistungsvermögen von p-Kanaltransistoren steigert.
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Das in 1b gezeigte Halbeliterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesstechniken hergestellt werden. In einer frühen Fertigungsphase wird die grundlegende Halbleiterschicht, die über dem Substrat 101 ausgebildet ist, in aktive Gebiete unterteilt, indem das Isolationsgebiet 102i bereitgestellt wird, wie dies beispielsweise in 1a gezeigt ist. Dazu werden komplexe Lithographie-, Ätz-, Abscheide- und Einebnungstechniken angewendet, um die laterale Größe und die Lage von den aktiven Gebieten 102a, ..., 102d festzulegen wie dies in 1a gezeigt ist. Als nächstes werden die Gateelektrodenstrukturen 120a, ..., 120c hergestellt, indem geeignete Materialien für die Gatedielektrikumsschicht 122, das Elektrodenmaterial 121 und möglicherweise weitere Materialien, etwa dielektrische Materialien mit großem ε, metallenthaltende Elektrodenmaterialien, Hartmaskenmaterialien und dergleichen bereitgestellt werden. Auf der Grundlage eines entsprechenden Schichtstapels werden dann komplexe Lithographie- und Strukturierungstechniken angewendet, um die Gateelektrodenstrukturen mit einer gewünschten Gatelänge zu erhalten, d. h. in 1b mit der horizontalen Erstreckung des Elektrodenmaterials 121, und mit einem gewünschten lateralen Abstand der Gateelektrodenstrukturen, um den gesamten Entwurfskriterien zu genügen. Bei Bedarf können zusätzliche verformungsinduzierende Mechanismen eingerichtet werden, beispielsweise durch Einbauen eines eingebetteten verformungsinduzierenden Halbleitermaterials zumindest in einigen der aktiven Gebiete 102a, 102d (siehe 1a) und dergleichen. Daraufhin wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem Drain- und Sourcegebiete (nicht gezeigt) in Verbindung mit der Seitenwandabstandshalterstruktur 124 hergestellt werden, was bewerkstelligt werden kann, indem gut etablierte Maskierungsschemata und Implantationstechniken zum Einbau einer gewünschten Art und Konzentration an Dotierstoffen in die jeweiligen aktiven Gebiete angewendet werden. Nach jeglichen Ausheizprozessen, während denen das endgültige Dotierstoffprofil eingestellt wird und durch Implantation hervorgerufene rekristallisiert werden, wird ein Metallsilizid ggf. in den aktiven Gebieten und möglicherweise in den Gateelektrodenstrukturen 120a, ..., 120c hergestellt, wie dies durch 123 angegeben ist, was mittels gut etablierter Silizidierungsverfahren bewerkstelligt wird.
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Es sollte beachtet werden, dass eine Vielzahl an komplexen Ätz- und Reinigungsschritten während der Fertigungssequenz zur Herstellung der grundlegenden Transistorkonfiguration, die die Gateelektrodenstrukturen 120a, ..., 120c mit einschließt, durchgeführt werden müssen, die zu einem ausgeprägten Materialverlust insbesondere in dem Isolationsgebiet 102i beitragen können, wodurch entsprechende Vertiefungen 102r erzeugt werden. Beispielsweise ist eine Vielzahl effizienter Reinigungsrezepte erforderlich, beispielsweise nach komplexen Ätztechniken, Lackentfernungsprozessen und dergleichen, in denen häufig Flusssäure und andere effiziente nasschemische Lösungen angewendet werden, die jedoch auch effizient Siliziumdioxidmaterial abtragen, wodurch zunehmend zu einem ausgeprägten Materialsverlust in dem Isolationsgebiet 102i beigetragen wird, so dass eine ausgeprägte Oberflächentopographie in dem Isolationsgebiet 102i hervorgerufen wird, während eine entsprechende Wechselwirkung dieser Prozesse mit einem Halbleitermaterial, etwa einem Siliziummaterial, deutlich weniger ausgeprägt ist. Bei der Fertigstellung der grundlegenden Transistorkonfiguration wird somit eine ausgeprägte Oberflächentopographie geschaffen, insbesondere in dem dicht gepackten Bauteilbereich 110a auf Grund der dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c, wobei diese Topographie auf Grund des Erzeugens von Vertiefungen 102r weiter vergrößert wird. Während der weiteren Bearbeitung bei der Herstellung des komplexen Materialsystems 130 werden somit äußerst anspruchsvolle Bedingungen in dem Bauteilbereich 110a angetroffen. Wie zuvor erläutert ist, werden während des Abscheidens des dielektrischen Materials 122 die Prozessparameter geeignet so angepasst, dass ein sehr hoher innerer Verspannungspegel erreicht wird, was jedoch mit einem geringeren Spaltfüllvermögen einhergeht, wodurch spezielle Beschränkungen im Hinblick auf die Schichtdicke auferlegt werden. Im Allgemeinen wird die Dicke der Schicht 132 so gewählt, dass eine moderat große Menge an stark verspanntem Material erhalten wird, wobei auch das Abscheiden und Strukturieren eines weiteren stark verspannten dielektrischen Materials und dessen Strukturierung während der weiteren Bearbeitung möglich sein soll. Beispielsweise wird das stark verspannte dielektrische Material 132 mit einer Dicke von 30 bis 80 nm abhängig von den kritischen Abmessungen der Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c vorgesehen. Daraufhin wird die Ätzstoppschicht 133, die beispielsweise in Form eines Siliziumdioxidmaterials bereitgestellt wird, mittels gut etablierter Abscheidetechniken aufgebracht. Als nächstes wird eine Ätzmaske 103, etwa eine Lackmaske, so vorgesehen, dass der zweite Bauteilbereich 110a abgedeckt wird, während der erste Bauteilbereich 110b freiliegt. Daraufhin wird ein Ätzprozess 104 angewendet, um zunächst durch das Ätzstoppmaterial 133 zu ätzen und nachfolgend wird eine geeignete Ätzchemie zum Entfernen des Materials 132 bereitgestellt, was auf der Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter Ätzrezepte erfolgt. Zu beachten ist, dass bei Bedarf ein dünnes Ätzstoppmaterial (nicht gezeigt) unter dem stark verspannten dielektrischen Material 132 vorgesehen werden kann, um die Steuerbarkeit des Ätzprozesses 104 zu verbessern. Nach dem selektiven Abtragen der Schichten 133 und 132 in dem Bauteilbereich 110b, geht die Bearbeitung mit dem Entfernen der Ätzmaske 103 weiter.
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1c zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Bauelements 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein weiteres stark verspanntes dielektrisches Material 134 über den Gateelektrodenstrukturen 120a, ..., 120d ausgebildet. Wie zuvor erläutert ist, besitzt die Schicht 134 eine innere Verspannung, die invers ist in Bezug auf die Verspannung des dielektrischen Materials 132. Für das Abscheiden des dielektrischen Materials 134 gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind, so dass typischerweise die Prozessparameter so gewählt sind, dass eine hohe innere Verspannung erreicht wird, wobei jedoch auch ein geringes Spaltfüllvermögen erreich wird. Auf Grund der ausgeprägten Oberflächentopographie in den Bauteilbereichen 110a, besteht somit eine höhere Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von abscheideabhängigen Unregelmäßigkeiten, wodurch ein Hohlraum 134v zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c erzeugt wird.
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1d zeigt schematisch das Bauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. In dieser Phase ist eine weitere Ätzmaske 106, etwa eine Lackmaske, so vorgesehen, dass die Gateelektrodenstruktur 120b abgedeckt wird, während der Bauteilbereich 110a freiliegt. Auf der Grundlage der Ätzmaske 106 wird ein weiterer plasmaunterstützter Ätzprozess 105 ausgeführt, um die Materialschicht 134 von dem Bauteilbereich 110a abzutragen. Dazu sind viele gut etablierte plasmaunterstützte Ätzrezepte verfügbar, beispielsweise um Siliziumnitridmaterial selektiv in Bezug auf Siliziumdixiod zu entfernen. Obwohl es äußerst wünschenswert ist, die Materialschicht 134 im Wesentlichen vollständig von dem Bauteilbereich 110a abzutragen, wurde beobachtet, dass für komplexe Halbleiterbauelemente insbesondere im Bauteilbereich 110a ausgeprägte Bereiche der Materialschicht 134 während des Prozesses 105 bewahrt werden, wodurch möglicherweise der Hohlraum 134v oder zumindest ein wesentlicher Teil davon bewahrt wird. Beim Abscheiden eines weiteren dielektrischen Materials, etwa eines Siliziumdioxidmaterials, kann somit der Hohlraum 134v oder ein Teil davon innerhalb des Materialsystems 130 verbleiben, was zu ausgeprägten Bauteilausfällen bei der weiteren Bearbeitung, d. h. bei der Herstellung der Kontaktelemente 131 (siehe 1a) führen kann. D. h., bei der Herstellung entsprechender Kontaktöffnungen in dem Materialsystem 120 kann auch eine Verbindung zu den Hohlräumen 134v erzeugt werden und diese kann beim Wiederauffüllen der Kontaktöffnungen mit einem geeigneten Kontaktmaterial, etwa Wolfram, mittels CVD-artiger Prozesse dazu führen, dass Wolframmaterial effizient auch in den Hohlraum 134v abgeschieden wird, was zu einem gut leitenden Pfad führen kann. In einigen Fällen erstreckt sich der Hohlraum 134v von einem Kontaktelement 131 zu einem weiteren Kontaktelement 131, die in zwei unterschiedlichen aktiven Gebieten vorgesehen sind, wodurch ein leitender Pfad erzeugt wird, der zu ausgewählten Leckströmen oder sogar Kurzschlüssen führen kann, die nicht mit den Leistungseigenschaften des Bauelements 100 kompatibel sind oder die sogar zu einem vollständigen Kontaktausfall führen können.
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Ohne die vorliegende Erfindung auf die folgende Erläuterung einschränken zu wollen, so wird dennoch angenommen, dass das nicht vollständige Entfernen des Materials 134 während des Ätzprozesses 105 durch die begrenzte Selektivität der Ätzchemie hervorgerufen werden kann, da dies einen tieferen Grund in der ausgeprägten Oberflächentopographie hat. D. h., während des Ätzprozesses 105 ist der Gasfluss zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c im Vergleich zu weniger kritischen Bauteilbereichen reduziert, so dass eine geringere Ätzrate in kritischen Bauteilbereichen angetroffen wird, was schließlich zu ausgeprägten Materialresten der Schicht 134 zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c führen kann. Das Verlängern der Gesamtprozesszeit während des plasmaunterstützten Ätzprozesses 105 ist jedoch eine wenig wünschenswerte Option, da in diesem Falle die Ätzstoppschicht 133 in den weniger kritischen Bauteilbereichen angegriffen würde, etwa über den Gateelektrodenstrukturen 120a, 120c, was schließlich zu einem ausgeprägten Materialabtrag des darunter liegenden stark verspannten dielektrischen Materials 132 führen würde. Andererseits ist das Vergrößern der Dicke der Ätzstoppmaterialschicht 133 wenig wünschenswert, da in diesem Falle es äußerst schwierig ist, das Ätzstoppmaterial 133 während des Ätzprozesses 104 (siehe 1b) abzutragen, was schließlich zu ausgeprägten Ungleichmäßigkeiten beim Entfernen des Materials 132 von dem Bauteilbereich 110b führen würde. Das Vorsehen der Ätzstoppschicht 133 mit einer ausreichenden Dicke nach dem Entfernen der Schicht 132 von dem Bauteilbereich 110b führt jedoch zu einer deutlich geringeren Verformung in dem Bereich 110b, da dann die Materialschicht 134 auf der relativ dicken Ätzstoppschicht 133 auszubilden wäre.
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Ferner kann das Verringern der Dicke einer oder beider Schichten 132 und 134 zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit des Erzeugens eines Hohlraumes auch zu einem ausgeprägten Verlust an Leistungsvermögen führen auf Grund der geringeren Größe der Verformung, die entsprechend in den jeweiligen Bauteilbereichen 110a, 110b hervorgerufen würde.
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In anderen Vorgehensweisen werden die durch die Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten akzeptiert und der Einbau eines leitenden Materials in den Hohlraum 134v wird verhindert, indem ein Siliziumdioxidbeschichtungsmaterial in der Kontaktöffnung vor dem Abscheiden des Kontaktmetalls vorgesehen wird. In diesem Falle erfordert eine geeignete „Versiegelung” der Kontaktöffnung moderat dicke Oxidschichten oder dies gelingt erfolgreich für Hohlräume mit geringerer Größe, so dass dennoch ein ausgeprägtes Risiko des Erzeugens von Leckstrompfaden weiterhin besteht. Ferner kann das Vorsehen einer moderat dicken Siliziumdioxidbeschichtung in den Kontaktöffnungen wesentlich die kritischen Abmessungen verringern, was schließlich zu einer geringeren Leitfähigkeit führt, insbesondere wenn äußerst größenreduzierte Halbleiterbauelemente betrachtet werden.
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Die Druckschrift
US 2008/0164531 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, wobei verformungsinduzierende Schichten über Transistoren hergestellt werden, wobei ein unerwünschter Teil des verformungsinduzierenden Materials einer Schicht auf der Grundlage eines plasmaunterstützten Ätzprozesses in Verbindung mit einem nasschemischen Ätzprozess auf Basis von Flusssäure entfernt wird.
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Die Druckschrift
US 2006/0199326 A1 beschreibt ein Verfahren, in welchem unterschiedliche Verspannungsschichten auf einem CMOS-Bauelement aufgebracht werden, wobei ein unerwünschter Teil einer Verformungsinduzierenden Schicht abgetragen wird mithilfe eines Prozesses, der einen nasschemischen Ätzprozess umfasst.
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Die Druckschrift
US 2009/0289306 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Beschichtung mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, wobei während gewisser Phasen Ätzstoppschichten strukturiert werden, um nachfolgenden selektiv als Ätzstopp zu dienen. Es wird eine verformungsinduzierende Schicht durch einen Abtragungsprozess entfernt, der einen nasschemischen Ätzprozess beinhaltet.
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Die Druckschrift
US 2009/0090974 A1 beschreibt eine Struktur mit zwei unterschiedlichen verformungsinduzierenden Schichten, die unter Zuhilfenahme eines plasmaunterstützten Ätzverfahrens strukturiert werden, wobei ergänzend ein Teil der verformungsinduzierenden Schicht auch nasschemisch entfernt wird.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Prozesstechniken, in denen ein dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem auf der Grundlage eines Doppelverspannungsschichtenverfahrens hergestellt wird, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen die stellt die vorliegende Erfindung Fertigungstechniken bereit, in denen Doppelverspannungsschichtenverfahren mit höherer Prozessrobustheit angewendet werden können, indem die Effizienz beim Entfernen eines unerwünschten stark verspannten dielektrischen Materials von speziellen Bauteilbereichen verbessert wird. Insbesondere wird die zuvor genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen 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 schematisch eine Draufsicht eines Halbleiterbauelements mit einem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem zeigt, das auf der Grundlage eines konventionellen Doppelverspannungsschichtenverfahrens hergestellt ist;
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1b bis 1d schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen durch Abscheidung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten, die durch das Doppelverspannungsschichtenverfahren hervorgerufen werden, zu ausgeprägten Kontaktfehlern führen;
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2a bis 2g schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn ein dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem auf der Grundlage eines Doppelverspannungsschichtenverfahrens mit einem nasschemischen Abtragungsprozess gemäß anschaulicher Ausführungsformen hergestellt wird; und
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2h schematisch eine Querschnittsansicht eines Grenzgebiets zeigt, das zwischen Bauteilbereichen angeordnet ist, die ein zugverspanntes dielektrisches Material bzw. ein kompressiv verspanntes dielektrisches Material erfordern, wobei Prozessparameter der nasschemischen Ätzprozesse so gesteuert sind, dass eine gewisse Überlappung gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen beibehalten wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezug zu den 2a bis 2h werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a bis 1d verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 in einer Fertigungsphase, in der ein dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem auf der Grundlage eines Doppelverspannungsschichtenverfahrens bereitgestellt wird, d. h. auf der Grundlage einer Strategie, in der stark verspannte dielektrische Materialien mit unterschiedlichen inneren Verspannungspegeln über und benachbart zu unterschiedlichen Transistorarten angeordnet werden. Die in 2a gezeigte Querschnittsansicht entspricht einer Querschnittsansicht, wie sie in 1a durch den Schnitt Ia, Ib, Ic angegeben ist. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 200 ein Substrat 201, das in Form eines Halbleitermaterials, etwa eines Siliziummaterials, eines isolierenden Materials und dergleichen bereitgestellt werden kann. Ferner ist eine Halbleiterschicht (nicht gezeigt) über dem Substrat 201 ausgebildet und umfasst mehrere Halbleitergebiete oder aktive Gebiete, in und über denen Transistorelemente herzustellen sind. Beispielsweise besitzt das Halbleiterbauelement 200 einen ähnlichen geometrischen Aufbau, wie dies auch in 1a gezeigt ist, und wie dies auch mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. Folglich kann in den in 2a gezeigten Querschnittsansichten ein Isolationsgebiet 202i in einer Basishalbleiterschicht so vorgesehen sein, dass die Halbleiterschicht in diverse aktive Gebiete unterteilt wird wie dies auch zuvor erläutert ist. Ferner ist eine Leitung 220b, etwa ein Teil einer Gateelektrodenstruktur, auf dem Isolationsgebiet 202i innerhalb eines Bauteilbereichs, der als 210b angegeben ist, ausgebildet, in welchem eine spezielle Art an Verformung entsprechenden aktiven Gebieten benachbart zu dem Isolationsgebiet 202i innerhalb des Bauteilbereichs 210b hervorzurufen ist, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. In ähnlicher Weise sind in einem zweiten Bauteilbereich 210a mehrere Leitungen 220a, 220c, etwa Gateelektrodenstrukturen, auf dem Isolationsgebiet 202i vorgesehen und repräsentieren Schaltungselemente eines dicht gepackten Bauteilgebiets. Die Leitungen 220a, 220b, 220c können einen ähnlichen Aufbau besitzen, wie dies zuvor mit Bezug zu den Gateelektrodenstrukturen 120a, ..., 120c des Halbeiterbauelements 100 beschrieben ist. Beispielsweise weisen die Leitungen 220a, ..., 220c ein Elektrodenmaterial 221 möglicherweise in Verbindung mit einem dielektrischen Material 222 auf, das zumindest über aktiven Gebieten vorgesehen ist, um als ein Gatedielektrikumsmaterial zu dienen. Ferner kann ein weiteres Elektrodenmaterial 223, etwa ein Metallsilizid, vorgesehen sein, wobei dies von den speziellen Erfordernissen des Halbleiterbauelements 200 abhängt. Es sollte beachtet werden, dass die Strukturen 220a, ..., 220c eine andere Struktur besitzen können, wie dies auch zuvor erläutert ist. Ferner kann eine Seitenwandabstandshalterstruktur 224 vorgesehen sein, wie dies durch Bauteil- und Prozesserfordernissen notwendig ist. Zu beachten ist, dass eine Länge der Leitungen 220a, ..., 220c 50 nm oder weniger betragen kann, wobei ein Abstand zwischen den Gateelektrodenstrukturen in der gleichen Größenordnung liegt.
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Ferner ist in der gezeigten Fertigungsphase eine verformungsinduzierende Schicht 232, etwa ein siliziumnitridbasiertes Material und dergleichen, über dem Bauteilbereich 210 auch vorgesehen, und besitzt einen inneren Verspannungspegel, der geeignet ist, das Leistungsverhalten von Transistoren zu verbessern, die in aktiven Gebieten innerhalb des Bauteilbereichs 210a ausgebildet sind, wie dies auch zuvor erläutert ist. Ferner ist eine Ätzstoppbeschichtung 233, etwa ein Siliziumdioxidmaterial und dergleichen, auf der verformungsinduzierenden dielektrischen Schicht 232 ausgebildet. Andererseits sind die Schichten 233 und 232 von dem Bauteilbereich 210b entfernt, da in diesem Bauteilbereich eine andere Art an Verformung mittels eines geeignet vorgesehenen verspannten dielektrischen Materials hervorzurufen ist.
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Das in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden, wie sie beispielsweise auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. D. h., nach der Fertigstellung der grundlegenden Konfiguration von Transistoren mit den Gateelektrodenstrukturen 220a, ..., 220c ist ein ausgeprägter Grad an Vertiefung in dem Isolationsgebiet 202i vorhanden, wie dies durch 202r angegeben ist, wie dies auch zuvor erläutert ist. Daraufhin wird die dielektrische Schicht 232 so abgeschieden, dass diese eine gewünschte Schichtdicke und einen hohen inneren Verspannungspegel aufweist, etwa einen kompressiven Verspannungspegel, wenn entsprechende Transistoren der Gateelektrodenstrukturen 220a, 220c eine kompressive Verformung in den jeweiligen Kanalgebieten erfordern, während andererseits eine Zugverspannung in der Schicht 232 beim Abscheiden des dielektrischen Materials erzeugt wird, wenn die Transistoren, die den Gateelektrodenstrukturen 220a, 220c entsprechen, eine Zugverformungskomponente erfordern. Wie auch zuvor erläutert ist, kann ein dünnes Ätzstoppmaterial (nicht gezeigt) vor dem Abscheiden der Schicht 232 aufgebracht werden. Daraufhin wird die Ätzstoppschicht 232 hergestellt, beispielsweise durch Abscheiden eines geeigneten Materials, etwa eines Siliziumdioxidmaterials, eines dielektrischen Materials mit großem ε, etwa in Form von Hafniumoxid und dergleichen, das eine verbesserte Ätzwiderstandsfähigkeit besitzt. In anderen Fällen wird die Ätzstoppschicht 232 auf der Grundlage einer Oberflächenbehandlung hergestellt, die nach dem Abscheiden der Schicht 232 ausgeführt wird, beispielsweise auf der Grundlage einer oxidierenden Plasmaumgebung und dergleichen, wodurch ein Oberflächenbereich der Schicht 232 in ein oxidartiges Material verwandelt wird, das für die gewünschte Ätzwiderstandsfähigkeit sorgt. Als nächstes wird eine Ätzmaske, etwa eine Lackmaske, so vorgesehen, dass der Bauteilbereich 210a abgedeckt ist und es wird ein plasmaunterstützter Ätzprozess ausgeführt, um durch die Schicht 233 und schließlich durch die Schicht 232 zu ätzen, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. Bei Bedarf kann ein zusätzliches Ätzstoppmaterial von dem Bauteilbereich 210a, falls dieses Material vorgesehen ist, entfernt werden, wodurch das Abscheiden eines weiteren verformungsinduzierenden Materials in unmittelbarer Nähe zu der Gateelektrodenstruktur 220b und einem aktiven Gebiet, das in dem Bauteilbereich 210b angeordnet ist, ermöglicht wird.
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2b zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine weitere verformungsinduzierende Materialschicht 234 über dem ersten und dem zweiten Bauteilbereich 210b, 210a mit einer Art an innerer Verspannung hergestellt ist, wie sie in dem Bauteilbereich 210b erforderlich ist. Wie zuvor dargestellt ist, können die Schichten 234 und 232 inverse Arten an innerer Verspannung aufweisen. Ferner ist ein weiteres Ätzstoppmaterial 235 auf der verformungsinduzierenden Schicht 237 ausgebildet, was in einigen anschaulichen Ausführungsformen bewerkstelligt wird, indem ein geeignetes dielektrisches Material, etwa ein Siliziumdioxidmaterial, ein dielektrisches Material mit großem ε und dergleichen aufgebracht wird. In dieser Hinsicht ist ein dielektrisches Material mit großem ε als ein dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstanten von 10,0 oder höher zu verstehen, das allgemein einen höheren Ätzwiderstand im Vergleich zu gut etablierten konventionellen Dielektrika, etwa Siliziumdioxid, bietet. Beispielsweise besitzen viele metallbasierte Oxidmaterialien, etwa Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid und dergleichen, einen hohen Ätzwiderstand. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird eine Oberflächenbehandlung ausgeführt, etwa mit einem oxidiererden Plasma und dergleichen, um einen Oberflächenbereich der Schicht 234 in ein oxidbasiertes Material umzuwandeln, das somit einen hohen Ätzwiderstand im Hinblick auf eine Vielzahl an plasmaunterstützten und nasschemischen Ätzrezepten bietet. Beispielsweise kann die Verwendung einer Plasmabehandlung eine Verringerung der Dicke des Ätzstoppmaterials 235 ermöglichen, da ein sehr „konformes” Verhalten bei der Herstellung der Schicht 235 auf der Grundlage einer Oberflächenbehandlung erreich wird.
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Wie zuvor erläutert ist, werden die Materialschichten 232, das Ätzstoppmaterial 233 und die Schicht 2345 auf der Grundlage von Prozessparametern bereitgestellt, die vorzugsweise im Hinblick auf das Erreichen einer geeigneten Größe der entsprechenden induzierten Verformung in dem Bauteilbereichen 210a, 210d ausgewählt sind, während das Erzeugen von strukturabhängigen Unregelmäßigkeiten akzeptiert wird. Beispielsweise wird ein Hohlraum 234v erzeugt, insbesondere zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 220a, 220c, wie dies auch zuvor erläutert ist.
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2c zeigt schematisch das Bauelement 200 mit einer Ätzmaske 206, die über dem Bauteilbereich 210b so ausgebildet ist, dass der Bauteilbereich 210a der Einwirkung eines Ätzprozesses 205a unterliegt, in welchem das Ätzstoppmaterial 235 entfernt wird. Während des Ätzschrittes 205a wird ferner eine geeignete Ätzchemie angewendet auf der Grundlage plasmaunterstützter Rezepte, um in effizienter Weise Material der Schicht 234 abzutragen, wobei gut etablierte Prozessparametereinstellungen angewendet werden können, wie sie beispielsweise auch in konventionellen Strategien eingesetzt werden. Z. B. ist eine Vielzahl an plasmaunterstützten Ätzrezepten zum Entfernen von Siliziumnitridmaterial gut etabliert, die einen gewissen Grad an Selektivität in Bezug auf Siliziumdioxid, dielektrische Materialien mit großem ε und dergleichen aufweisen.
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2d zeigt schematisch das Halbeleiterbauelement 200 nach dem Ätzprozess 205a aus 2c. Wie gezeigt, wurden die Prozessparameter so gewählt, dass die Integrität der Ätzstoppschicht 232 in dem Bauteilbereich 210a weiterhin bewahrt wird, wodurch sich jedoch ein unvollständiges Entfernen der Schicht 234 ergeben kann, so dass zumindest einige der Unregelmäßigkeiten, etwa der Hohlraum 234v, weiterhin in einem mehr oder minder vollständigen Zustand vorhanden sind, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. In der in 2d gezeigten Ausführungsform kann ein Lackmaterial ferner von den Bauteilbereichen 210b abgetragen sein, während in anderen Fallen das Lackmaterial noch weiterhin vorhanden ist, wenn dies für die weitere Bearbeitung als geeignet erachtet wird. In der gezeigten Ausführungsform ist die Gateelektrodenstruktur 220b von der Ätzstoppmaterialschicht 225 möglicherweise in Verbindung mit einem Lackmaterial bedeckt.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines weiteren Ätzprozesses 205b, in welchem eine Nasschemie so angewendet wird, dass das Material der Schicht 234 innerhalb des Bauteilbereichs 210a weiter abgetragen wird. Beispielsweise besitzt heiße phosphorische Säure eine hohe Abtragungsrate für siliziumnitridbasierte Materialien, wobei auch ein deutlich höherer Grad an Selektivität in Bezug auf eine Vielzahl an Ätzstoppmaterialien, etwa Siliziumdioxid, erreicht wird. Folglich kann durch Ausführen des nasschemischen Ätzprozesses 205b das Material 234 weiter abgetragen werden, während die Ätzstoppbeschichtung 233 weiterhin einen ausreichend hohen Ätzwiderstand bietet. In ähnlicher Weise sorgt das Ätzstoppmaterial 235, möglicherweise in Verbindung mit einem Lackmaterial, für die Integrität der Schicht 234 in dem Bauteilbereich 210b. Während der nasschemischen Ätzprozesse 205b wird folglich das Material 234 in dem Bereich 210b bis zu einem Grade abgetragen, wobei zumindest Aussparungen innerhalb der kritischen Zwischenräume zwischen den Gateelektrodenstrukturen 220a, 220b bei der weiteren Bearbeitung nicht mehr vorhanden sind, d. h. beim Abscheiden eines weiteren dielektrischen Materials des dielektrische Zwischenschichtsystems des Bauelements 200.
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2f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem nasschemischen Ätzprozess 205b aus 2e. Wie gezeigt, können somit Materialreste 234 weiterhin in dem Bauteilbereich 210a vorhanden sein, jedoch mit einem deutlich reduzierten Potential für das Erzeugen von strukturierungsabhängigen Unregelmäßigkeiten während der weiteren Bearbeitung. In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden die Prozessparameter des Ätzprozesses so gewählt, dass eine im Wesentlichen unkritische Menge des Materials 234r erreicht wird, ohne dass ein lateraler Ätzschaden in anderen empfindlichen Bauteilbereichen hervorgerufen wird, wie dies nachfolgend mit Bezug zu 2h erläutert ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das Material 234r im Wesentlichen vollständig in dem Bauteilbereich 210a abgetragen.
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2g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein weiteres dielektrisches Material 236, etwa ein Siliziumoxidmaterial über den Bauteilbereichen 210a, 210b ausgebildet und ergibt in Verbindung mit zumindest den verformungsinduzierenden Schichten 232 und 234 ein dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem 230 des Bauelements 200. In der gezeigten Ausführungsform sind auch die Ätzstoppschichten 233 und 235 weiterhin vorhanden, während in anderen Fällen diese Materialien vor dem Bereitstellen des dielektrischen Materials 236 entfernt werden. Generell kann das Material 236 auf der Grundlage beliebiger geeigneter Abscheidetechniken bereitgestellt werden, die ebenfalls ein gutes Spaltfüllvermögen besitzen, wodurch der Abstand zwischen den dielektrischen Gateelektrodenstrukturen 220a, 220c in hohlraumfreier Weise aufgefüllt wird. Auf Grund des zuvor angewendeten zusätzlichen Materialabtragungsschrittes auf der Grundlage einer Nasschemie kann somit die Menge an Restmaterial, etwa den Resten 234r, deutlich verringert werden, wodurch die Ausbildung von Aussparungen in dem System 230 im Wesentlichen vermieden wird. Bei der weiteren Bearbeitung, beispielsweise beim Einebnen des Materials 236 und bei der Herstellung entsprechender Kontaktöffnungen in dem Materialsystem 230 zur Verbindung mit aktiven Gebieten, wie dies beispielsweise in 1a mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist, werden die Kontaktöffnungen nicht mehr mit vergrabenen Aussparungen oder Hohlräumen verbunden, so dass zusätzliche dielektrische Beschichtungsmaterialien in den Kontaktöffnungen weggelassen werden können. Somit wird beim Wiederauffüllen der Kontaktöffnungen mit einem Kontaktmaterial, etwa mit Wolfram, ein höherer Grad an Einschluss dieses Materials im Vergleich zu konventionellen Strategien erreicht, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1d erläutert sind, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Kontaktausfällen deutlich verringert wird. Als Folge davon können gewünschte hohe Verformungspegel in den Bauteilbereichen 210a, 210b auf der Grundlage der Materialien 232 und 234 erreicht werden, da andere Mechanismen, etwa die Verringerung der Schichtdicke, das Reduzieren der inneren Verspannungspegel zur Verbesserung der Spaltfülleigenschaften der Abscheideprozesse, das Bereitstellen von Ätzstoppschichten mit erhöhter Dicke und dergleichen, nicht mehr erforderlich sind.
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2h zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in dem nasschemischen Ätzprozess 205b in einem Grenzgebiet 210c, das die Bauteilbereiche 210a und 210b voneinander lateral trennt. Wie gezeigt, überlappen sich anfänglich die Schichten 232 und 234 in dem Grenzgebiet 210c, was vorteilhaft ist im Hinblick auf das geeignete Einschließen von darunter liegenden Bauteilebenen im Hinblick auf die weitere Bearbeitung des Bauelements 200. Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, müssen typischerweise komplexe Metallisierungssysteme vorgesehen werden, beispielsweise auf der Grundlage von Kupfer und dergleichen. In diesem Falle dienen die siliziumnitridbasierten Materialien der Schichten 232 und 234 als ein effizientes Diffusionsblockiermaterial beispielsweise im Hinblick auf die unerwünschte Kupferdiffusion, wobei die Überlappung in dem Grenzgebiet 210c für bessere Prozesstoleranzen beim Strukturieren der Schichten 232 und 234 auf der Grundlage von Lackmaterialien sorgt, die unter Anwendung von Lithographieprozessen hergestellt werden. D. h., durch Vorsehen eines gewissen Grades an Überlappung können akzeptable Schwankungen während der Lithographieprozesse durch das Grenzgebiete 210c aufgefangen werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird für den nasschemischen Ätzprozesse 205b, der ein im Wesentlichen isotropes Ätzverhalten besitzt, der Grad an Unterätzung des Ätzstoppmaterials 235 bestimmt und wird so gesteuert, dass ein gewisser Grad an Überlappung weiterhin in dem Gebiet 210c beibehalten wird. Dazu kann die anfängliche Überlappung im Vergleich zu konventionellen Strategien vergrößert werden und so können geeignete Prozessgrenzen für einen akzeptablen Grad an Unterätzung angegeben werden, wie dies durch 250u gezeigt ist, beispielsweise auf der Grundlage von Experimenten und dergleichen, um unerwünschte laterale Ätzschäden in dem Material 234 zu vermeiden. Beispielsweise kann für eine gegebene Materialzusammensetzung und für vorgegebene Ätzbedingungen in dem Prozess 205e eine geeignete Prozesszeit ermittelt werden, um ausreichende Materialien zu entfernen, wobei dennoch die Unterätzung 250u innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten wird. Beispielsweise wird der Grad der anfänglichen Überlappung der Schichten 232 und 234 so festgelegt, so dass die gewünschte vertikale Dicke des Materials 234, das in kritischen Bauteilbereichen abzutragen ist, enthalten ist, so dass eine ausreichende Materialverformung sichergestellt wird, während ein unerwünschtes Freilegen von jeglichen darunter liegenden Materialien in dem Grenzgebiet 210c vermieden wird.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Fertigungstechniken bereit, in denen Doppelverspannungsschichten und Verfahren so eingerichtet werden, dass eine verbesserte Prozessrobustheit im Hinblick auf. das Erzeugen von strukturierungsabhängigen Unregelmäßigkeiten erreicht wird, indem u. a. eine Nasschemie beim Entfernen eine stark verspannten dielektrischen Materials von kritischen Bauteilbereichen, beispielsweise zwischen dicht liegenden Leitungen, angewendet wird. Folglich lässt sich die Anwendbarkeit des Doppelverspannungsschichtenverfahrens auf komplexere Bauteilgeometrien erweitert werden, beispielsweise für Technologien auf der Grundlage kritischer Abmessungen von 32 nm für Gateelektrodenstrukturen und noch künftigere Entwicklungen, wodurch eine ausgeprägte Leistungssteigerung in ebener Transistorbauelemente auf der Grundlage von grundsätzlich gut etablierten Prozesstechniken möglich ist.
