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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Halbleiterherstellung und betrifft insbesondere Kontaktelemente und Kontaktdurchführungen, die in einem dielektrischen Materialsystem auf der Grundlage von Öffnungen mit großem Aspektverhältnis hergestellt werden.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Halbleiterbauelemente, etwa integrierte Schaltungen, enthalten typischerweise eine sehr große Anzahl an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen, die für gewöhnlich in einer im Wesentlichen ebenen Konfiguration über einem geeigneten Substrat ausgebildet sind, das darauf ausgebildet eine Halbleiterschicht aufweist. Auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen und dem erforderlichen komplexen Aufbau von modernen integrierten Schaltungen können die elektrischen Verbindungen der einzelnen Schaltungselemente im Allgemeinen nicht in der gleichen Ebene hergestellt werden, in der die Schaltungselemente aufgebaut sind, sondern es sind mehrere zusätzliche „Verdrahtungsschichten” erforderlich, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten enthalten generell metallenthaltende Leitungen, die für die elektrische Verbindung innerhalb der Ebene sorgen, und enthalten auch eine Vielzahl an 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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Auf Grund der ständigen Verringerung der Strukturgrößen von Schaltungselementen in modernen integrierten Schaltungen steigt auch die Anzahl der Schaltungselemente pro vorgegebener Chipfläche an, d. h. die Packungsdichte der Schaltungselemente wird größer, wodurch auch eine entsprechende Anzahl an elektrischen Verbindungen erforderlich ist, um die gewünschte Schaltungsfunktion zu schaffen. Daher steigt für gewöhnlich auch die Anzahl der gestapelten Metallisierungsschichten an, wenn die Anzahl an Schaltungselementen pro Chipeinheitsfläche größer wird, wobei dennoch die Größe der einzelnen Metallleitungen und Kontaktdurchführungen verringert wird.
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In ähnlicher Weise muss die Kontaktstruktur des Halbleiterbauelements, die als eine Schnittstelle betrachtet wird, die die Schaltungselemente der Bauteilebene mit dem Metallisierungssystem verbindet, an die geringeren Strukturgrößen in der Bauteilebene und in dem Metallisierungssystem angepasst werden. Aus diesem Grunde sind sehr anspruchsvolle Strukturierungsstrategien anzuwenden, um die Kontaktelemente mit der erforderlichen Dichte und mit geeigneten geringen Abmessungen zumindest auf der Bauteilseite vorzusehen, um damit mit Kontaktgebieten, etwa Drain- und Sourcegebieten, Gateelektrodenstrukturen und dergleichen in Verbindung zu treten, ohne dass ausgeprägte Leckstromwege oder sogar Kurzschlüsse und dergleichen hervorgerufen werden. In vielen konventionellen Vorgehensweisen werden die Kontaktelemente oder Kontaktpfropfen typischerweise unter Anwendung von wolframbasierten Metall zusammen mit einem dielektrischen Zwischenschichtstapel hergestellt, der typischerweise aus Siliziumdioxid in Verbindung mit einem Ätzstoppmaterial, etwa einem Siliziumnitridmaterial, aufgebaut ist. Auf Grund der stark reduzierten kritischen Abmessungen der Schaltungselemente, etwa der Transistoren, müssen die jeweiligen Kontaktelemente auf der Grundlage von Kontaktöffnungen hergestellt werden, die ein Aspektverhältnis besitzen das bis zu ungefähr 8:1 oder mehr beträgt, wobei ein Durchmesser der Kontaktöffnungen 0,1 μm oder sogar deutlich darunter für Transistorbauelemente liegt, beispielsweise für Bauelemente der 65 nm-Technologie. In sogar noch anspruchsvolleren Vorgehensweisen und in sehr dicht gepackten Bauteilgebieten kann die Breite der Kontaktöffnungen 50 nm und weniger betragen. Generell ist ein Aspektverhältnis der Kontaktöffnungen als das Verhältnis der Tiefe der Öffnung relativ zur Breite der Öffnung zu verstehen.
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Somit muss nach dem Vorsehen der Kontaktöffnung mit der erforderlichen minimalen Breite ein geeignetes leitendes Material, etwa Wolfram, möglicherweise in Verbindung mit einem geeigneten Barrierenmaterialschichtsystem, abgeschieden werden, was typischerweise auf der Grundlage von Sputter-Abscheidetechniken, beispielsweise für die Barrierenmaterialien, und durch CVD-artige Prozessrezepte zur Herstellung des Wolframmaterials erreicht wird.
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Bei einer weiteren Verringerung der kritischen Abmessungen von Transistoren kann die Komplexität des Strukturierungsprozesses, d. h. des Lithographieprozesses und des nachfolgenden Ätzprozesses zur Herstellung der Öffnungen in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem zu ernsthaften Kontaktausfällen führen, wenn die dicht gepackte Bauteilgebiete betrachtet werden. Beispielsweise müssen in dicht gepackten Bauteilgebieten Transistoren und somit Gateelektrodenstrukturen nahe aneinander im Hinblick auf die entsprechenden Entwurfserfordernisse angeordnet werden, wobei Drain- und Sourcegebiete zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen zu kontaktieren sind, ohne dass jedoch Leckstromwege zu der Gateelektrode erzeugt werden. Folglich muss der Strukturierungsvorgang Kontaktöffnungen mit einer lateralen Breite bereitstellen, die kleiner ist als der Abstand zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen, während gleichzeitig ein hohes Maß an Genauigkeit bei einem geeigneten Justieren der entsprechenden Ätzmaske zu äußerst anspruchsvollen Prozessanforderungen führt.
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In komplexen Halbleiterbauelementen erfordert der laterale Abstand zwischen dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen ein minimale laterale Abmessung der Kontaktöffnungen, die deutlich unterhalb des Auflösungsvermögens des Lithographieprozesses liegt, wodurch geeignete Ätzstrategien erforderlich sind, um die kritischen Abmessungen zumindest an der Unterseite der Kontaktöffnungen in einer geeigneten Weise zu verringern, so dass das Kontaktieren der kritischen Drain- und Sourcebereiche ermöglicht wird, ohne dass die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Leckstrompfaden oder Kurzschlüssen zwischen den Kontaktelementen und den Gateelektrodenstrukturen unzulässig erhöht wird.
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Mit Bezug zu den 1a bis 1d wird eine typische Vorgehensweise zur Herstellung komplexer Kontaktelemente nunmehr detaillierter beschrieben.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der Kontaktelemente so hergestellt werden, dass diese mit kritischen Bauteilbereichen in einem Halbleitermaterial in Verbindung sind. Wie gezeigt, umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein Substrat 101, über welchem eine Halbleiterschicht 102, etwa eine Siliziumschicht, ausgebildet ist, die wiederum eine Vielzahl aktiver Gebiete 102a aufweist, d. h. Halbleitergebiete, in und über denen Transistoren hergestellt werden. Der Einfachheit halber ist ein einzelnes aktives Gebiet 102a in 1a gezeigt und repräsentiert ein Halbleitergebiet, über welchem mehrere Gateelektrodenstrukturen 110 hergestellt sind. Beispielsweise sind die Gateelektrodenstrukturen 110 dicht liegende Gateelektrodenstrukturen 110a, ..., 110c, die kritische Abmessungen von 50 nm und weniger aufweisen, wobei auch ein Zwischenraum zwischen den einzelnen Gateelektrodenstrukturen 110 von der gleichen Größenordnung ist. Beispielsweise enthalten die Gateelektrodenstrukturen 110 ein Elektrodenmaterial 111, das von dem aktiven Gebiet 102 durch ein Gatedielektrikumsmaterials 112 getrennt ist. Ferner weisen die Gateelektrodenstrukturen 110 häufig eine Abstandshalterstruktur 113, beispielsweise in Form eines Oxidmaterials, eines Nitridmaterials und dergleichen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in dieser Fertigungsphase die Abstandshalterstruktur 113 entfernt sein kann, wenn dies für die weitere Bearbeitung des Bauelements 100 als geeignet erachtet wird. Zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 110 sind entsprechende Kontaktgebiete 102c vorgesehen, wovon zumindest einige durch entsprechende Kontaktelemente 125a, 125b zu kontaktieren sind, wie dies durch die gestrichelten Linien angegeben ist, wobei diese Kontaktelemente während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 herzustellen sind. Folglich besitzen die Kontaktelemente 125a, 125b laterale Entwurfsabmessungen, die kleiner sind als der laterale Abstand zumindest zwischen den Gateelektrodenmaterialien 111, wobei auch eine gewisse Prozesstoleranz im Hinblick auf Fehljustierungen während der weiteren Bearbeitung berücksichtigt werden müssen. Die Kontaktelemente 125a, 125b müssen in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem 120 hergestellt werden, das aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut ist, etwa aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen. In dem gezeigten Beispiel enthält das Materialsystem 120 ein im Wesentlichen einzelnes Material, das für die gewünschte Spaltfülleigenschaften beim Abscheiden des dielektrischen Materials sorgt, wodurch der Zwischenraum zwischen den dicht hegenden Gateelektrodenstrukturen 110 zuverlässig aufgefüllt ist.
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Das Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Es werden geeignete aktive Gebiete in der Halbleiterschicht 102 hergestellt, indem gut etablierte Prozesstechniken zum Einbau einer Isolationsstruktur (nicht gezeigt) angewendet werden, wobei die Isolationsstruktur die entsprechenden aktiven Gebiete 102a lateral begrenzt. Daraufhin werden Materialien für die Gateelektrodenstrukturen 110 und für deren Strukturierung aufgebracht oder durch andere Prozesstechniken hergestellt, woran sich komplexe Lithographie- und Ätzstrategien anschließen, um die Gateelektrodenstrukturen 110 mit den gewünschten lateralen Abmessungen und dem lateralen Abstand gemäß den Entwurfsregeln des Bauelements 100 bereitzustellen. Es sollte beachtet werden, dass in einigen anschaulichen anspruchsvollen Vorgehensweisen die Gateelektrodenstrukturen 110 auf der Grundlage eines dielektrischen Materials mit großem ε in Verbindung mit einem metallenthaltenden Elektrodenmaterial hergestellt werden, während in anderen Fällen derartige komplexe Materialsysteme in einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium bereitgestellt werden, beispielsweise nach der Fertigstellung des dielektrischen Materialsystems 120 und dergleichen. Daraufhin werden weitere Prozesse ausgeführt, etwa der Einbau erforderlicher Materialien in die Halbleiterschicht 102, etwa im Hinblick auf das Einstellen der Verformungsbedingungen und dergleichen, woran sich der Einbau geeigneter Dotierstoffsorten anschließt, wie dies zur Herstellung von Drain- und Sourcegebieten der Transistoren erforderlich ist, wovon ein Teil durch die Gateelektrodenstrukturen 110 repräsentiert ist. Während dieser Fertigungsprozesse wird auch die Abstandshalterstruktur 113 oder zumindest ein Teil davon gemäß den gesamten Prozess- und Bauteilerfordernissen bereitgestellt. Nach jeglichen Ausheizprozessen wird die Leitfähigkeit der Kontaktgebiete 102c erhöht, beispielsweise durch Herstellen eines Metallsilizids und dergleichen, während in anderen Fallen derartige Prozesse nach dem Strukturieren des dielektrischen Materialssystems 120 angewendet werden. Das eine oder die mehreren Materialien des Systems 120 werden auf der Grundlage gut etablierter Abscheidetechniken bereitgestellt, wobei in komplexen Anwendungen Prozessparameter und Materialien des Systems 120 so festgelegt sind, dass ein zuverlässigen Auffüllen des Zwischenraum zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 110 erreicht wird. Dazu wird in einigen Fällen eine geeignete Ätzstoppschicht (nicht gezeigt) vorgesehen, während in anderen Fallen eine im Wesentlichen homogene Materialzusammensetzung hergestellt wird, beispielsweise auf der Grundlage eines Siliziumdioxidmaterials, wobei die resultierende Oberflächentopographie, die durch die Gateelektrodenstrukturen 110 hervorgerufen wird, typischerweise eingeebnet wird, indem geeignete Prozesse, etwa CMP (chemisch-mechanisches Polieren) und dergleichen ausgeführt werden. Daraufhin werden weitere Abscheideprozesse ausgeführt, um ein geeignetes Materialsystem zum Ausführen komplexer Lithographie- und Ätzprozesse vorzusehen, um damit das Material 120 für die Herstellung geeigneter Kontaktöffnungen für die Kontaktelemente 125a, 125b zu strukturieren. Dazu wird ein Einebnungsmaterial, das typischerweise in Form eines Polymermaterials bereitgestellt wird, etwa durch Aufschleudertechniken und dergleichen aufgebracht, woran sich das Abscheiden einer geeigneten ARC-Schicht (antireflektierende Beschichtung) anschließt. Schließlich wird mindestens eine Lackschicht über dem Materialsystem hergestellt, während Dicke und Materialzusammensetzung so gewählt wird, dass dies den Erfordernissen eines komplexen Belichtungsprozesses entspricht, um die laterale Größe und Lage von Kontaktöffnungen festzulegen, die in dem Materialsystem 120 herzustellen sind.
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1b zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein Stapel aus Materialschichten 130 über dem dielektrischen Materialsystem 120 ausgebildet und enthält eine Lackschicht 131, woran sich eine ARC-Schicht 132 und eine Einebnungsschicht 133 anschließen. Dieses Schichtsystem wird auf der Grundlage komplexer Lithographietechniken strukturiert, in denen das Lackmaterial 131 auf der Grundlage einer Lithographiemaske belichtet wird, um latente Bilder in dem Lackmaterial 131 zu erzeugen, was nach dem Entwickeln des Lackmaterials zu entsprechenden Maskenöffnungen 131a führt, die in grober Weise die laterale Größe und Position von Kontaktöffnungen 121a festlegen, die in dem Materialsystem 120 zu bilden sind. Es sollte beachtet werden, dass die Öffnungen 131a typischerweise mit Prozesstoleranzen der entsprechenden Lithographieprozesse hergestellt werden, die an oder in der Nähe der Grenze des Auflösungsvermögens des lithographischen Prozesses liegen. Auf der Grundlage der Öffnungen 131a wird typischerweise die ARC-Schicht 132 strukturiert, indem eine geeignete Ätzstrategie angewendet wird, wobei häufig die Prozessparameter des Ätzprozesses so gewählt werden, dass die entsprechenden Öffnungen 132a in dem ARC-Material mit einem ausgeprägten Grad an Verjüngung bzw. Abschrägung hergestellt werden, was so zu verstehen ist, dass Seitenwandoberflächenbereiche 132s mit einem gewünschten Seitenwandwinkel, der als Winkel Ω angegeben ist, vorgesehen werden.
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Es sollte beachtet werden, dass ein Seitenwandwinkel von geätzten Öffnungen im Weiteren als der mittlere Winkel zu verstehen ist, der durch die Seitenwandoberflächenbereiche in Bezug auf eine Oberflächennormale gebildet ist. Somit entspricht eine im Wesentlichen senkrechte Fläche einem Seitenwandwinkel von 0 (Null). Folglich besitzen die Öffnungen 132a kleinere laterale Abmessungen zumindest an deren Unterseite und können somit als eine effiziente Ätzmaske für die Strukturierung der Einebnungsschicht 133 dienen, um darin Öffnungen 133a zu erzeugen. Somit besitzen die Öffnungen 133a typischerweise eine geringere laterale Breite im Vergleich zu den Maskenöffnungen 121a, die anfänglich in dem Lackmaterial 131 erzeugt wurden. Auf der Grundlage der Maskenöffnungen 133a wird das Material 120 strukturiert unter Anwendung gut etablierter anisotroper Ätzstrategien, wobei typischerweise auch ebenfalls ein gewisser Grad an Verjüngung wünschenswert ist, um die lateralen Abmessungen der Kontaktöffnungen 121a zumindest in der Nähe der Gateelektrodenstruktur 110 weiter zu verringern.
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Es ist gut bekannt, dass plasmaunterstützte anisotrope Ätzrezepte auf Prozessparametern beruhen, etwa der Plasmaleistung, der Art der reaktiven Komponenten und Polymerresten und dergleichen, die die schließlich erreichte vertikale und laterale Ätzrate beeinflussen. Beispielsweise kann durch Erhöhen der Richtungsstabilität und der kinetischen Energie von Ionen, die in der Ätzatmosphäre vorhanden sind, eine ausgeprägte Verringerung der lateralen Ätzrate erreicht werden. Durch Hinzufügen spezieller polymerisierender Gaskomponenten kann ebenfalls ein effizienter Mechanismus bereitgestellt werden, um die laterale Ätzrate zu steuern, da derartige polymerisierende Gaskomponenten zu einer mehr oder minder ausgeprägten Erzeugung von Ätznebenprodukten führen, die vorzugsweise sich an den Seitenwänden 121s innerhalb der Öffnungen 121a ansammeln. Es sollte jedoch beachtet werden, dass generell der Grad an Steuerbarkeit der lateralen Ätzrate deutlich von der Materialzusammensetzung des zu ätzenden Basismaterials abhängt, so dass generell ein sehr begrenzter Bereich für das „Modulieren” der lateralen Abmessungen der Kontaktöffnungen 121a während eines entsprechenden Ätzprozesses gegeben ist. Beispielsweise ermöglicht Siliziumdioxid, dass ein gut etabliertes dielektrisches Material zum Passivieren von kritischen Schaltungselementen, etwa den Gateelektrodenstrukturen 110 ist, nur eine sehr begrenzte Erzeugung einer Verjüngung bzw. Abschrägung während des plasmaunterstützten Ätzprozesses, so dass zumindest die Maskenöffnung 133a geeignet im Hinblick auf die Entwurfsregeln der Gateelektrodenstrukturen 110 anzupassen sind, um die Kontaktöffnungen 121a zu bilden, während die Wahrscheinlichkeit des Freilegens von Elektrodenmaterial 111 während des entsprechenden Ätzprozesses kleingehalten wird.
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Es sollte beachtet werden, dass vor oder während der gesamten Strukturierungsstrategie für das Strukturieren des Schichtsystems 130 und des dielektrischen Materialsystems 120 zumindest ein Teil der Materialien des Systems 130 entfernt werden kann, wenn dies als geeignet erachtet wird. Zumindest nach dem Freilegen der Kontaktgebiete 102c kann jegliches Opfermaterial entfernt werden und die Bearbeitung wird fortgesetzt, indem die Kontaktöffnungen 121a mit einem leitenden Material, etwa Wolfram und dergleichen aufgefüllt werden, wobei dies möglicherweise in Verbindung mit geeigneten Barrierenmaterialien bei Bedarf stattfindet.
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1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, enthalten die Kontaktelemente 125a, 125b ein geeignetes leitendes Material 126 und stellen daher eine elektrische Verbindung zu den Kontaktgebieten 102c her. Für anspruchsvolle Anwendungen, in denen der laterale Abstand zwischen den Gateelektrodenstrukturen 110 im Hinblick auf die entsprechende Entwurfsregeln zu verringern ist, entsteht insbesondere in Bereichen 114 ein gewisses Risiko, das Leckstromwege oder Kurzschlüsse zwischen den Kontaktelementen 125a, 125b und einigen der Gateelektrodenstrukturen 110 hervorgerufen werden.
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1d zeigt schematisch die Situation für das Halbleiterbauelement 100, wenn noch anspruchsvollere Entwurfsregelerfordernisse einzurichten sind. Wie gezeigt, muss der laterale Abstand zwischen den Gateelektrodenstrukturen 110 reduziert werden, wobei die gestrichelte Linie schematisch die laterale Größe eines entsprechenden Kontaktelements 125 angibt, das auf der Grundlage der Prozessstrategie herzustellen ist, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben ist. In diesem Falle ergibt die zuvor beschriebene Prozesssequenz nahezu mit Gewissheit ein Freilegen des Elektrodenmaterials 111 zumindest einiger der Gateelektrodenstrukturen 110, wodurch ernsthafte Kontaktausfälle erzeugt werden. Folglich sind in äußerst anspruchsvollen Anwendungen, die Entwurfsabmessungen von ungefähr 40 nm und weniger für die Gateelektrodenstrukturen 110 erfordern, die zuvor angegebenen Prozessstrategien wenig wünschenswert in Bauteilbereichen, die dichtliegende Gateelektrodenstrukturen aufweisen. Aus diesem Grunde wurde in einigen konventionellen Vorgehensweisen vorgeschlagen, ein dielektrisches Beschichtungsmaterial nach dem Strukturieren der Kontaktöffnungen vorzusehen, um jegliche freiliegenden kritischen Bereiche abzudecken, etwa freiliegende Bereiche des Elektrodenmaterials 111. Dazu sind zusätzliche Abscheideschritte erforderlich und es muss ein nachfolgender Strukturierungsprozess ausgeführt werden, um die Kontaktöffnungen an deren Unterseite wieder zu öffnen, wobei jedoch weiterhin eine zuverlässige Abdeckung kritischer Bereiche innerhalb der Kontaktöffnungen beizubehalten ist. Folglich wird eine sehr begrenzte Verringerung der Kontaktöffnungen in der Größe auf der Grundlage des zusätzlichen Beschichtungsmaterials erreicht, während gleichzeitig die gesamte Prozesskomplexität, beispielsweise im Hinblick auf das Abscheiden und im Hinblick auf die Strukturierungsprozesse erhöht wird.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Prozesstechniken und Halbleiterbauelemente, in denen vertikale Kontaktelemente mit reduzierten lateralen Abmessungen geschaffen werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme verhindert oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt allgemein Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen vertikale Kontaktelemente, etwa Kontaktelemente, die mit Halbleiterbereichen in Verbindung stehen, Kontaktelemente, die mit Metallgebieten von Metallisierungssystemen in Verbindung stehen und dergleichen, mit kleineren lateralen Abmessungen hergestellt werden, indem der Grad an Verjüngung bzw. Seitenwandabschrägung während des Strukturierens eines entsprechenden dielektrischen Materialssystems erhöht wird. Dazu wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen zumindest eine Materialschicht in das dielektrische Materialsystem eingebaut, die ein besseres Ätzverhalten besitzt, um damit die Strukturierung dieser Schicht mit einem größeren Seitenwandwinkel zu ermöglichen. Durch das Vorsehen der zusätzlichen dielektrischen Schicht mit dem vorteilhaften Abschrägungsverhalten oberhalb von kritischen Bereichen in dem dielektrischen Materialsystem kann folglich die laterale Abmessung der Kontaktöffnung vor dem Ätzen durch die kritischen Bauteilbereiche verringert werden. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen können Kontaktelemente, die sich durch das dielektrische Materialsystem erstrecken, das zum Passivieren dicht liegender Gateelektrodenstrukturen vorgesehen ist, effizient unter Anwendung zumindest einer zusätzlichen dielektrischen Schicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten hergestellt werden. Auf diese Weise können konventionelle Lithographiestrategien weiterhin in Halbleiterbauelementen angewendet werden, in denen die Entwurfserfordernisse zu unterwünschten Kontaktausfällen auf der Grundlage konventioneller Strukturierungsstrategien führen würden, ohne dass zu einer größeren Komplexität des gesamten Strukturierungsprozesses beigetragen wird.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung von Kontaktelementen eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden einer Ätzmaske über einem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem, wobei die Ätzmaske eine Maskenöffnung aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines ersten Bereichs einer Kontaktöffnung in einem ersten Teil des dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystems unter Anwendung der Maskenöffnung, wobei der erste Bereich einen ersten Seitenwandwinkel besitzt. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines zweiten Bereichs der Kontaktöffnung in einem zweiten Teil des dielektrischen Zwischenschichtmaterials unter Anwendung des ersten Bereichs der Kontaktöffnung als eine Ätzmaske, wobei der zweite Bereich der Kontaktöffnung einen zweiten Seitenwandwinkel aufweist, der sich von dem ersten Seitenwandwinkel unterscheidet. Ferner wird eine Tiefe der Kontaktöffnung vergrößert, so dass eine Verbindung zu einem Kontaktgebiet entsteht, das in einem Halbleitergebiet ausgebildet ist. Schließlich umfasst das Verfahren das Füllen der Kontaktöffnung mit einem leitenden Material derart, dass ein erstes Kontaktelement hergestellt wird, das mit dem Kontaktgebiet in Verbindung steht.
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Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung eines vertikalen Kontaktelements eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden eines dielektrischen Materialsystems über einem Kontaktgebiet des Halbleiterbauelements, wobei das dielektrische Materialsystem zumindest eine erste dielektrische Schicht, die über einer zweiten dielektrischen Schicht ausgebildet ist, aufweist, wobei die erste und die zweite dielektrische Schicht ein unterschiedliches Abschrägungsverhalten besitzen, wenn diese der Einwirkung reaktiver Ätzatmosphären ausgesetzt werden. Des weiteren umfasst das Verfahren eines ersten Teils einer Kontaktöffnung in der ersten dielektrischen Schicht unter Anwendung einer Ätzmaske, die über der ersten dielektrischen Schicht ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines zweiten Teils der Kontaktöffnung in der zweiten dielektrischen Schicht und das Vergrößern der Tiefe der Kontaktöffnung derart, dass diese sich zu dem Kontaktgebiet erstreckt. Des weiteren umfasst das Verfahren das Füllen der Kontaktöffnung mit einem leitenden Material.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein Kontaktgebiet und ein dielektrisches Materialsystem, das mit dem Kontaktgebiet ausgebildet ist. Ferner umfasst das Halbleiterbauelement ein vertikales Kontaktelement, das in dem dielektrischen Materialsystem so gebildet ist, dass es eine Verbindung zu dem Kontaktgebiet herstellt, wobei das vertikale Kontaktelement zumindest einen ersten Teil besitzt, der in einem ersten Bereich des dielektrischen Materialsystems eingebettet ist, und einen zweiten Teil besitzt, der unter dem ersten Bereich ausgebildet ist und der in einem zweiten Bereich des dielektrischen Materialsystems eingebettet ist. Ferner besitzen der erste und der zweite Teil des vertikalen Kontaktelements unterschiedliche Seitenwandwinkel.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a bis 1c schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während eines Strukturierungsvorgangs zur Herstellung komplexer Kontaktelemente während diverser Fertigungsphasen in einer konventionellen Vorgehensweise zeigen;
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1d schematisch eine Querschnittsansicht des konventionellen Halbleiterbauelements zeigt, wenn noch anspruchsvollere Entwurfsregeln einen kleineren lateralen Abstand zwischen dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen notwendig machen;
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2a bis 2c schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn komplexe vertikale Kontaktelemente unter Anwendung mindestens einer zusätzlichen dielektrischen Schicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten gemäß anschaulicher Ausführungsformen hergestellt werden;
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2d und 2e schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigen, in denen eine oberste Schicht des dielektrischen Materialssystems für ein besseres Abschrägungsverhalten beim Strukturieren des dieelektrischen Materialssystems sorgt;
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2f schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform zeigt, in der zwei oder mehr dielektrische Schichten mit verbessertem Abschrägungsverhalten in das dielektrische Materialsystem eingebaut werden; und
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2g schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, wobei eine dielektrische Schicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten lokal in kritischen Bauteilbereichen vorgesehen wird, wenn ein dielektrisches Materialsystem gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen strukturiert wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt generell Fertigungstechniken und Halbleiterbauelemente bereit, in denen die Eigenschaften komplexer Strukturierungsstrategien beim Herstellen komplexer vertikaler Kontaktelemente in einem dielektrischen Materialsystem erweitert werden, indem ein Bereich mit erhöhter Abschrägung bzw. Verjüngung eingerichtet wird, beispielsweise durch Vorsehen zumindest einer zusätzlichen dielektrischen Materialschicht, die ein unterschiedliches Verhalten und damit eine größere Tendenz zur Ausbildung von Seitenwandbereichen mit größerem Seitenwandwinkel besitzt. Auf diese Weise kann die laterale Abmessung kritischer Kontaktöffnungen weiter verringert werden auf der Grundlage vorgegebener Strukturierungseigenschaften von Lithographiestrategien und Hartmaskensystemen, ohne dass das Abscheiden und Strukturieren eines zusätzlichen Beschichtungsmaterials erforderlich ist, indem dem dielektrischen Materialsystem selbst ein verbessertes Abschrägungsverhalten über jeglichen kritischen Bauteilbereichen verliehen wird. Dazu wird für eine vorgegebene Dicke oder Höhe eines dielektrischen Materialsystems ein Bereich davon durch ein dielektrisches Material mit verbessertem Abschrägungsverhalten ersetzt, was zu einer geringeren lateralen Abmessung vor dem weiteren Strukturieren des verbleibenden Bereichs des dielektrischen Materialsystems führt. Beispielsweise ist es gut bekannt, dass etwa ein Siliziumnitridmaterial auf der Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter Ätzrezepte strukturiert werden kann, wobei Prozessparameter, etwa die Plasmaleistung, die Durchflussraten von Vorstufengasen und insbesondere der Einbau von polymerisierenden Gaskomponenten so gesteuert werden kann, dass ein ausgeprägter Grad an Abschrägung während des Strukturierungsprozesses erreicht wird. Auf diese Weise kann die laterale Abmessung einer Kontaktöffnung deutlich verringert werden, wenn durch das Material mit verbessertem Abschrägungsverhalten geätzt wird, etwa durch ein Siliziumnitridmaterial, das dann als eine effiziente Maske für die weitere Strukturierung des verbleibenden Bereichs des dielektrischen Materialsystems dient. Durch das Vorsehen zumindest einer dielektrischen Schicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten über dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen kann beispielsweise die laterale Abmessung einer Kontaktöffnung innerhalb der Schicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten vor dem Ätzen des dielektrischen Materialsystems in der Nähe der Gateelektrodenkanten verringert werden. Auf diese Weise kann die weitere Strukturierung des dielektrischen Materialssystems mit einer deutlich geringeren Wahrscheinlichkeit des Freilegens von jeglichen Gateelektrodenmaterialien erreicht werden, da die anfängliche Strukturierungseigenschaften durch die weitere Abschrägung innerhalb des dielektrischen Materialsystems verbessert werden.
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Folglich sind die hierin offenbarten Prinzipien äußerst vorteilhaft auf Halbleiterbauelemente anzuwenden, in denen Kontaktelemente in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem, das dicht liegende Gateelektrodenstrukturen passiviert, vorzusehen sind, da hier äußerst kleine laterale Abmessungen zwischen den Gateelektrodenstrukturen einzurichten sind, die eine Gatelänge von 40 nm und deutlich weniger besitzen können. In anderen Fällen können die hierin offenbarten Prinzipien auf jegliche vertikale Kontaktelemente oder Strukturen angewendet werden, in denen ein dielektrisches Materialsystem so zu strukturieren ist, dass es Kontaktöffnungen erhält, die zumindest an der Unterseite mit sehr anspruchsvollen Entwurfserfordernissen verträglich sein müssen.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2f 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 das Bauelement 200 ein dielektrisches Materialsystem 220 aufweist, das über einer Halbleiterschicht 202a ausgebildet ist, wobei das dielektrische Materialsystem 220 so zu strukturieren ist, dass Kontaktöffnungen darin erzeugt werden, die aufgefüllt werden, um vertikale Kontaktelemente bereitzustellen. In der gezeigten Fertigungsphase umfasst das Bauelement 200 ein Substrat 201, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial darstellt, um darüber die Halbleiterschicht 202 herzustellen, die wiederum eine Vielzahl von Halbleitergebieten oder aktiven Gebieten aufweist, wie dies auch beispielsweise zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen sind mehrere dicht liegende Gateelektrodenstrukturen 210 auf einem Bereich der Halbleiterschicht 202 vorgesehen, wobei die Gateelektrodenstrukturen 210 einem beliebigen geeigneten Aufbau im Hinblick auf die Materialzusammensetzung und die kritischen Abmessungen besitzen. Beispielsweise enthalten die Gateelektrodenstrukturen 210 zumindest ein Elektrodenmaterial 211, etwa ein Halbleitermaterial, ein metallenthaltendes Material und dergleichen, das von der Halbleiterschicht 202 durch ein oder mehrere Gatedielektrikumsmaterialien 212, etwa Siliziumoxinitrid, ein dielektrisches Material mit großem ε, und dergleichen getrennt ist. Ferner wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Abstandshalterstruktur 213 in den Gateelektrodenstrukturen 210 vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Gateelektrodenstrukturen 210a, ..., 210c komplexe Gateelektrodenstrukturen mit einer Gatelänge von ungefähr 40 nm und weniger, etwa 30 nm und weniger, wobei die Gatelänge als die horizontale Erstreckung des Elektrodenmaterials 211 an dem Gatedielektrikumsmaterial 212 in 2a zu verstehen ist. Ferner sind die Elektrodenstrukturen 210a, ..., 210c dicht liegende Elektrodenstrukturen, wobei ein lateraler Abstand 100 nm und deutlich weniger beträgt, beispielsweise in Bezug auf einen Abstand zwischen den Elektrodenmaterialien 211, wodurch komplexe Strukturierungsstrategien erforderlich sind, um eine Verbindung zu den jeweiligen Kontaktgebieten 202c herzustellen, die in und über der Halbleiterschicht 202 zwischen zwei benachbarten dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 210a, ..., 210c ausgebildet sind. In der gezeigten Fertigungsphase sind ferner die Gateelektrodenstrukturen 210 eingebettet und somit passiviert auf der Grundlage eines dielektrischen Materialsystems 220, das auch als ein dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem bezeichnet wird. Beispielsweise enthält das Materialsystem 220 eine erste dielektrische Schicht 223, die in der gezeigten Ausführungsform die obere Schicht des Systems 220 darstellt, woran sich eine zweite dielektrische Schicht 222 anschließt, die in der gezeigten Ausführungsform eine Schicht darstellt, die ein verbessertes Abschrägungsverhalten besitzt. Ferner kann ein zusätzliches dielektrisches Material 221 so hergestellt sein, dass es über und lateral zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 210 vorgesehen ist. Beispielsweise ist das dielektrische Material 221 aus Siliziumdioxid möglicherweise in Verbindung mit einem Ätzstoppmaterial (nicht gezeigt) aufgebaut, beispielsweise ist dieses in Form eines Siliziumnitridmaterials und dergleichen vorgesehen. Wie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist, ist Siliziumdioxid ein gut etabliertes dielektrisches Material für ein dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem und besitzt auch vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf das Passivieren der Gateelektrodenstrukturen 210, während gut etablierte Abscheidetechniken verfügbar sind, in denen eine hohe Abscheiderate mit einem guten Spaltfüllverhalten erreicht wird. Die Schicht 222, die auch als eine verbesserte Abschrägungsschicht bezeichnet werden kann, ist in Form eines dielektrischen Materials vorgesehen, das, wenn es der Einwirkung einer anisotropen Ätzatmosphäre ausgesetzt wird, auf der Grundlage geeignet ausgewählter Ätzparameter so geätzt werden kann, das es größere Seitenwandwinkel und somit einen höheren Grad an Verjüngung bzw. Abschrägung im Vergleich zu dem „grundlegenden” dielektrischen Material des Systems 220, etwa dem Siliziumdioxid, bereitstellt. Wie zuvor erläutert ist, kann Siliziumnitrid effizient als ein dielektrisches Material mit verbessertem Abschrägungsverhalten verwendet werden, wodurch eine Vielzahl gut etablierter Abscheide- und Strukturierungsrezepte verfügbar ist, da Siliziumnitrid an sich ein gut etabliertes dielektrisches Material in der Halbleitertechnologie ist. In anderen Fällen wird die Schicht 222 in Form eines anderen geeigneten dielektrischen Materials mit einem verbesserten Abschrägungsverhalten im Vergleich zumindest zu dem Material 221 vorgesehen. Beispielsweise können Polymermaterialien, beispielsweise mit zusätzlichen anorganischen Verbindungen, etwa Silizium und dergleichen, verwendet werden, die bekannt sind, dass sie ein besseres Abschrägungsverhalten besitzen, wenn sie der Einwirkung reaktiver Ätzatmosphären ausgesetzt werden. Andererseits wird die Schicht 223 in Form eines beliebigen gewünschten Materials bereitgestellt, ohne dass ein spezielles Abschrägungsverhalten erforderlich ist, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen das Material 223 beispielsweise in Form eines Siliziumdioxidmaterials vorgesehen wird, wodurch dem System 220 gut etablierte Eigenschaften verliehen werden, das somit in ähnlicher Weise wie ein konventionelles siliziumdioxidbasiertes dielektrisches Zwischenschichtmaterialsystem während der weiteren Bearbeitung des Halbleiterbauelements 200 fungieren kann. Folglich kann das dielektrische Materialsystem 220 auf der Grundlage ähnlicher Entwurfskriterien wie ein konventionelles siliziumdioxidbasiertes System bereitgestellt werden, beispielsweise im Hinblick auf die Gesamthöhe des Systems 220 und dergleichen, wobei die Zwischenschicht 222 für das verbesserte Strukturierungsverhalten sorgt, wenn das System 220 strukturiert wird. Somit können die dielektrischen Materialien 221, 222, 223 mit einer beliebigen geeigneten Höhe oder Dicke so vorgesehen werden, dass eine Gesamthöhe erreicht wird, die den Entwurfserfordernissen zur Herstellung des Materials 220 entspricht.
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Die Gateelektrodenstrukturen 210 und das dielektrische Materialsystem 220 können auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozesstechnik hergestellt werden. Beispielsweise können ähnliche Prozessstrategien angewendet werden, um die Gateelektrodenstrukturen 210 zu erzeugen, wie sie auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert sind. Daraufhin wird das dielektrische Material 221 hergestellt, beispielsweise durch Anwenden gut etablierter Abscheidetechniken, beispielsweise auf der Grundlage von Siliziumdioxid, woran sich bei Bedarf ein Einebnungsprozess anschließen kann. Dazu kann CMP, Ätzen und dergleichen angewendet werden. Als nächstes wird die dielektrische Schicht 222 abgeschieden, beispielsweise durch etablierte plasmaunterstützte CVD(chemische Dampfabscheide-)Techniken und dergleichen, woran sich das Abscheiden der Schicht 223 anschließt, die auf der Grundlage ähnlicher Prozesstechniken hergestellt werden kann, wie sie auch bei der Herstellung des Materials 221 eingesetzt werden.
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Daraufhin wird ein Materialsystem 230 hergestellt und so strukturiert, dass grundsätzlich die laterale Größe und Lage von Kontaktöffnungen festgelegt werden, die in dem dielektrischen System 220 zu erzeugen sind. Beispielsweise umfasst das System 230 eine Lackschicht 231, eine ARC-Schicht 232 und eine Einebnungsschicht 233. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein anderes geeignetes Materialsystem in Verbindung mit verfügbaren oder geeigneten Lithographie- und Strukturierungsstrategien verwendet werden kann. Das System 230 kann strukturiert werden, um eine geeignete Ätzmaske auf der Grundlage mindestens einer Maskenöffnung einer der Schichten in dem System 230 bereitzustellen. Beispielsweise bestimmen Öffnungen 233a im Wesentlichen die laterale Größe und Lage von Öffnungen 223a, die in der ersten dielektrischen Schicht 223 des dielektrischen Systems 220 zu erzeugen sind. Daraufhin wird eine anisotrope Ätzatmosphäre 204 eingerichtet, um durch die Schicht 223 zu ätzen, was auf der Grundlage gut bekannter Ätzrezepte erfolgen kann. Wie zuvor erläutert ist, kann der Grad an Abschrägung, der in gut etablierten dielektrischen Materialien erreicht wird, etwa ein Siliziumdioxid, auf der Grundlage gegenwärtig verfügbarer Ätzrezepte sehr begrenzt sein, so dass die lateralen Abmessungen der Maskenöffnungen 233a in die Schicht 233 mit einem moderaten Grad an Abschrägung übertragen werden. Währen des Fortschreitens des Ätzprozesses 204 werden folglich die Öffnungen 223a dem Grad an Abschrägung und somit mit einer Verringerung der lateralen Abmessung der Öffnungen 223a erzeugt, wie dies grundsätzlich ausreichend ist, um mit den Erfordernissen einer Kontaktöffnung verträglich zu sein, die bis zu dem Kontaktgebiet 202c zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 210 ausgebildet werden muss.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der das Bauelement 200 der Einwirkung einer weiteren reaktiven Ätzatmosphäre 205 ausgesetzt wird, um durch die Schicht 222 unter Anwendung der zuvor hergestellten Öffnungen 223a als eine Ätzmaske zu ätzen. Wie zuvor beschrieben ist, besitzen die Öffnungen 223a Seitenwandoberflächenbereiche 223s mit einem speziellen Seitenwandwinkel χ, der nicht Null ist, der jedoch kleiner ist als dies für ein effizientes Verringern der lateralen Größe der Kontaktöffnungen 227 in der Nähe der Gateelektrodenstrukturen 210 erforderlich wäre. Während des Ätzprozesses 205 zum Ätzen durch die Schicht 222 mit dem verbesserten Abschrägungsverhalten werden folglich entsprechende Öffnungen 222a hergestellt, wobei Seitenwandoberflächenbereiche 222s einen deutlich größeren Seitenwandwinkel α besitzen, so dass die laterale Abmessung der Öffnung 222a an deren Unterseite den Entwurfserfordernissen entspricht, obwohl die anfänglichen Maskenöffnungen 233a (siehe 2a) keine geeignete Verringerung der lateralen Größe ohne dass Vorsehen der Schicht 222 erlauben würden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die reaktive Ätzatmosphäre 205 auf der Grundlage gut etablierter anisotroper Ätzrezepte eingerichtet, beispielsweise zum Ätzen von Siliziumnitridmaterial, wobei das verbleibende Material 221 als ein effizientes Ätzstoppmaterial dient. Beim Ausführen des Prozesses 204 aus 2a kann somit die Schicht 222 als ein effizientes Ätzstoppmaterial dienen oder diese Schicht kann eine deutlich geringere Ätzrate im Vergleich zu der Schicht 223 besitzen, wobei dies von den Prozessparametern des Prozesses 204 abhängt. Zu beachten ist, dass geeignete Prozessparameter für die Ätzprozesse 204, 205 effizient auf der Grundlage von Experimenten ermittelt werden können, indem von etablierten Ätzrezepten, beispielsweise zum Ätzen von Siliziumdioxid und Siliziumnitridmaterialien ausgegangen werden kann.
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Die Öffnungen 223a und 222a repräsentieren somit einen ersten Teil und einen zweiten Teil von Kontaktöffnungen 227, die in dem dielektrischen Materialsystem 220 herzustellen sind, wobei der Teil 222a im Wesentlichen die laterale Größe und Lage der Kontaktöffnungen 227 festlegt. Nach dem Ätzprozess 205 wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem die Tiefe der Kontaktöffnungen 227 vergrößert wird, wobei durch das verbleibende dielektrische Material 221 geätzt wird, was auf der Grundlage gut etablierter Ätzrezepte erreicht werden kann, wodurch ein weiterer Bereich 221a erzeugt wird, der sich zu den Kontaktgebieten 202c erstreckt. Zu beachten ist, dass die Herstellung der Teile 221a auf der Grundlage beliebiger gut etablierter Ätzstrategien erreicht werden kann, beispielsweise auf der Grundlage ähnlicher Prozessparameter, wie sie auch verwendet werden, wenn durch die Schicht 223 geätzt wird, wenn diese Schichten ähnliche Materialeigenschaften besitzen. Beim Ätzen durch die verbleibende dielektrische Schicht 221 wird also ein gewisser Grad an Abschrägung bzw. Verjüngung erreicht, jedoch mit einem deutlich geringeren Grade im Vergleich zu der Abschrägung in der Schicht 222.
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Zu beachten ist, dass während der Strukturierungssequenz zur Herstellung der Teile bzw. Bereiche 223a, 222a und 221a während einer geeigneten Phase ein Teil oder das gesamte System 230 vor dem Fertigstellen der Kontaktöffnungen 227 entfernt werden kann. Dazu können geeignete Lackabtragungsprozesse oder andere plasmaunterstützte oder nasschemische Ätzschritte eingerichtet werden, um einen gewünschten Bereich des Systems 230 abzutragen.
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Nach dem Entfernen des Systems 230 und dem Freilegen der Kontaktgebiete 202c geht die weitere Bearbeitung weiter, indem ein geeignetes leitendes Material oder Materialien unter Anwendung geeigneter Abscheidetechniken abgeschieden werden.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, sind die Kontaktöffnungen 227 mit einem leitenden Material 226 gefüllt, wodurch Kontaktelemente 225a, 225b erzeugt werden, die eine Verbindung zu den Kontaktgebieten 202c herstellen, ohne dass die Wahrscheinlichkeit des Freilegens empfindlicher Bereiche der dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 210 erhöht wird. Dazu werden ein oder mehrere leitende Materialien aufgebracht, beispielsweise auf der Grundlage von CVD, elektrochemischer Abscheidung und dergleichen, wobei insbesondere die vergrößerte Abschrägung in der Schicht 222, wie sie durch den Seitenwandwinkel α angegeben ist, zusätzlich für bessere Abscheidebedingungen sorgt und damit auch zu einer höheren Leitfähigkeit der Kontaktelemente 225a, 225b beiträgt. Nach dem Abscheiden des Materials oder der Materialien 226 wird ein überschüssiger Teil davon abgetragen, beispielsweise durch CMP und dergleichen, wodurch die Kontaktelemente 225a, 225b als elektrisch isolierte Elemente bereitgestellt werden.
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2d zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen das dielektrische System 220 die Schicht 222 mit besserem Abschrägungsverhalten als eine oberste Schicht aufweist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen umfasst das dielektrische Materialsystem 220 eine zusätzliche Ätzstoppschicht 228, die über der Halbleiterschicht 202 und um die Gateelektrodenstruktur 210 herum ausgebildet ist, die Seitenwandabstandshalterstrukturen aufweisen können oder auch nicht, wobei dies von den gesamten Bauteilerfordernissen abhängt. In der gezeigten Fertigungsphase liegt das Schichtsystem 230 bereits in dem strukturierten Zustand vor, so dass es als eine Ätzmaske während des Strukturierens der Schicht 222 dienen kann. Dazu wird ein geeignetes Ätzrezept angewendet, wobei das verbesserte Abschrägungsverhalten vorteilhaft ausgenutzt wird, um in geeigneter Weise die laterale Abmessung eines Teils der Kontaktöffnung, die in dem System 220 zu erzeugen ist, zu verringern. Beispielsweise können ähnliche Ätzrezepte angewendet werden, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Ätzprozess 205 aus 2b erläutert sind. Auf diese Weise kann das Material 221 auch als ein effizientes Ätzstoppmaterial dienen.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, wird während eines Ätzprozesses 206 eine minimale laterale Abmessung der Öffnung 222a, d. h. eines ersten Bereichs der Kontaktöffnung, die noch in dem System 220 zu bilden ist, in einen Teil des dielektrischen Materials 221 übertragen, wodurch ein Teil bzw. Bereich 221a geschaffen wird, wobei die Ätzstoppschicht 228 vorgesehen ist und im Wesentlichen die laterale Abmessung des Bereichs der Öffnung 221a bestimmt. In der gezeigten Ausführungsform kann somit die Maskenöffnung 233a des Systems 230 als eine Ätzmaske zur Herstellung des stark abgeschrägten Bereichs 222a verwendet werden, der wiederum als eine geeignete Ätzmaske während des Ätzprozesses 206 zur Erzeugung der Öffnung 221 mit der gewünschten geringeren lateralen Abmessung dient. Daraufhin wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, wenn die Ätzstoppschicht 228 vorgesehen ist, indem eine geeignete anisotrope Ätzprozessatmosphäre zum Entfernen von Material der Schicht 228 selektiv in Bezug auf das Material 221 angewendet wird, wodurch ein weiterer Bereich 228a erzeugt wird, wie dies durch die gestrichelten Linien angegeben ist, der sich somit bis hinab zu dem Kontaktgebiet 202c erstreckt. Ein entsprechender Ätzprozess kann auf der Grundlage eines gut etablierten Ätzrezepts ausgeführt werden. Es sollte beachtet werden, dass während des entsprechenden Ätzprozesses zumindest ein Teil des Materialsystems 230 weiterhin bewahrt wird, um einen unerwünschten Materialverbrauch der Schicht 222 zu vermeiden, wobei jedoch die laterale Abmessung an der Unterseite der Öffnung 221a vergrößert werden kann, wie dies durch die gestrichelten Linien angegeben ist. Andererseits dient das Material 221 als ein effizientes Ätzstoppmaterial, wodurch im Wesentlichen eine Zunahme der Öffnung 221a verhindert wird. Nach dem Öffnen der Ätzstoppschicht 228, falls diese vorgesehen ist, kann somit die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, indem der verbleibende Bereich des Systems 230 abgetragen wird und indem die Kontaktöffnungen, die aus den Bereichen 222a, 221a und optional aus dem Bereich 228a bestehen, mit einem geeigneten leitenden Material gefüllt werden.
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2f zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen das dielektrische Materialsystem 220 zwei oder mehr dielektrische Schichten mit verbessertem Abschrägungsverhalten aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist eine oberste Schicht des Systems 220, die als 223c bezeichnet ist, ein geeignetes dielektrisches Material, das ein gewünschtes Verhalten während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 200 bewirkt. Beispielsweise wird ein Siliziumdioxidbasismaterial verwendet. Daraufhin wird eine erste verbesserte Abschrägungsschicht 222c bereitgestellt, beispielsweise in Form eines Siliziumnitridmaterials, woran sich ein weiteres dielektrisches Material mit kleinem Abschrägungsverhalten anschließt, etwa ein Siliziumdioxidmaterial, wie dies durch 223b angegeben ist. Ferner wird eine zweite verbesserte Abschrägungsschicht 222b vorgesehen, woran sich die verbleibende Schicht 221 anschließt. In diesem Falle werden die Schichten 223c, 223b als effiziente Ätzstoppmaterialien verwendet, wenn die entsprechenden tieferliegenden Schichten 222c bzw. 222b strukturiert werden. Auf diese Weise wird eine ausgeprägte Abschrägung in jeder dieser Schichten erreicht, wobei die entsprechende Abschrägung durch geeignetes Ändern der Ätzatmosphäre und durch Strukturieren der tieferliegenden Schicht 223 „bewahrt” wird, wobei diese Schicht dann als ein effizientes Ätzstoppmaterial für die weitere effiziente Strukturierung des Materials 223b dient, während ein Einfluss auf die zuvor strukturierte Materialschicht 222c für die resultierende Abschrägung der Schicht 222b nicht mehr bedeutsam ist. Auf diese Weise kann eine Gesamtdicke einer Materialschicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten in zwei oder mehr Bereiche aufgeteilt werden, wobei eine dazwischen liegende Ätzstoppschicht somit für eine verbesserte Abschrägungswirkung sorgt, wodurch das Vermögen zum Verringern der lateralen Abmessungen der Kontaktöffnungsbereiche 221a, die in der Nähe der dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 210 zu erzeugen sind, weiter verbessert wird.
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Nach dem Strukturieren des Systems 220 geht die weitere Bearbeitung weiter, indem ein gewünschtes leitendes Material aufgebracht wird, wobei wiederum die oberste Schicht 223c für die gewünschten Oberflächeneigenschaften sorgt, die gut etablierten dielektrischen Materialsystemen entsprechen können.
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2g zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Bauelements 200 gemäß weiteren anschaulichen Ausführungsformen, in denen das dielektrische Materialsystem 220 eine Schicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten 222 lokal in einem Bauteilbereich 200a aufweist, in welchem dicht liegende Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b vorgesehen sind. Andererseits ist das Material 222 in einem zweiten Bauteilbereich 200c nicht vorgesehen, in welchem Gateelektrodenstrukturen 210c weniger kritische Entwurfsregeln besitzen, beispielsweise im Hinblick auf einen lateralen Abstand zwischen benachbarten Schaltungselementen. Folglich wird das Kontaktgebiet 202c, das zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b liegt, mittels einer Kontaktöffnung 227a kontaktiert, die gewünschte geringe laterale Abmessung zumindest in einem unteren Bereich 211b des Materialsystems 220 besitzt, während andererseits das Kontaktgebiet 202c in dem weniger kritischen Bauteilbereich 200c durch eine Kontaktöffnung 227c kontaktiert wird, die eine größere laterale Abmessung besitzt, so dass auch für eine höhere Leitfähigkeit gesorgt ist. Die geringere laterale Abmessung der Kontaktöffnung 227a zumindest in der Nähe der dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen 210a, 210b kann auf der Grundlage der Schicht 222 erreicht werden, wie dies auch zuvor erläutert ist. Der Aufbau, wie er in 2d gezeigt ist, kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem Bilden des ersten Bereichs 221b des Systems 220, was auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozesstechnik bewerkstelligt werden kann, wie dies auch zuvor beschrieben ist, wird die Schicht 222 hergestellt und wird nachfolgend so strukturiert, dass das Material der Schicht 222 selektiv von dem Bauteilbereich 200c abgetragen wird. Dazu können gut etablierte Lithographie- und Ätztechniken angewendet werden, wobei das Material 211b als ein effizientes Ätzstoppmaterial dient. Daraufhin wird das Material 221 aufgebracht und eingeebnet, um die in 2g gezeigte Bauteilkonfiguration zu schaffen. Daraufhin wird eine Strukturierungsstrategie angewendet, wie sie auch zuvor beschrieben ist, beispielsweise um zunächst das Material 221 zu strukturieren, während die Schicht 222 als eine Ätzstoppschicht dient. Danach wird die Schicht 222 strukturiert, während das Material 221 als Ätzstoppmaterial dient. Daraufhin wird der Bereich 221b strukturiert unter Anwendung eines gut etablierten Ätzrezepts. Folglich können die Öffnungen 227a, 227c in einem gemeinsamen Strukturierungsprozess geschaffen werden, wodurch eine höhere Prozessrobustheit beim Kontaktieren des Gebiets 202c in dem kritischen Bauteilbereich 200a erreicht wird, wobei eine höhere Leitfähigkeit durch Verbinden des Kontaktgebiets 202c in dem weniger kritischen Bauteilbereich 200c erreicht wird.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen ein vertikaler Kontakt auf der Grundlage eines dielektrischen Materialsystems bereitgestellt wird, das zumindest eine dielektrische Schicht mit verbessertem Abschrägungsverhalten enthält. Wie zuvor beschrieben ist, können die hierin offenbarten Prinzipien vorteilhaft auf das dielektrische Zwischenschichtmaterialsystem angewendet werden, das zum Passivieren komplexer Gateelektrodenstrukturen vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das räumliche Auflösungsvermögen komplexer Lithographie- und Strukturierungsstrategien weiter verbessert werden, um Kontaktelemente zu erzeugen, die sich zwischen dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen mit einer Gatelänge von 40 nm und weniger befinden, wobei ein lateraler Abstand bei 50 nm und weniger liegen kann. In anderen Fällen entsprecht das dielektrische Schichtsystem 220 dem dielektrischen Materialsystem einer Metallisierungsschicht, in welchem vertikale Kontaktelemente sich zu Kontaktgebieten 202c erstrecken, die somit Metallleitungen einer tiefer liegenden Metallisierungsschicht entsprechen. Auch in diesem Falle wird ein verbessertes Abschrägungsverhalten erreicht, wodurch das Kontaktieren dicht liegender Metallleitungen einer tiefer liegenden Metallisierungsschicht möglich ist, ohne dass das Abscheiden zusätzlicher Beschichtungsmaterialien erforderlich ist, was typischerweise eine Beeinträchtigung der relativen Permittivität in komplexen Metallisierungssystemen zur Folge hat. In ähnlicher Weise können zusätzliche Beschichtungsmaterialien während des Strukturierens von Kontaktöffnungen in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterialsystem vermieden werden, wenn halbleiterbasierte Kontaktgebiete kontaktiert werden, wodurch ebenfalls eine zusätzliche Prozesskomplexität vermieden wird.
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Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher dient diese Beschreibung lediglich anschaulichen Zwecken und soll dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Prinzipien vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
