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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Generell betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung komplexer integrierter Schaltungen mit Transistoren, die Gatestrukturen auf der Grundlage eines Gatedielektrikumsmaterials mit großem ε aufweisen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Die Herstellung moderner integrierter Schaltungen, CPU's, Speicherbauelementen, ASICS (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen) und dergleichen, macht es erforderlich, dass eine große Anzahl an Schaltungselementen auf einem vorgegebenen Chipbereich gemäß einem spezifizierten Schaltungsaufbau hergestellt wird, wobei Feldeffekttransistoren eine wichtige Art an Schaltungselementen darstellen, die das Leistungsvermögen der integrierten Schaltungen ganz wesentlich bestimmen. Generell wird eine Vielzahl an Prozesstechnologien eingesetzt, wobei für viele Arten komplexer Schaltungen, die Feldeffekttransistoren enthalten, die CMOS-Technologie eine der vielversprechendsten Vorgehensweisen ist auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz. Bei der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung beispielsweise der CMOS-Technologie werden Millionen Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die durch eine Grenzfläche aus stark dotierten Gebieten, die als Drain- und Sourcegebiete bezeichnet werden, und einem leicht dotierten oder nicht dotierten Gebiet, etwa einem Kanalgebiet, gebildet sind, das benachbart zu den stark dotierten Gebieten angeordnet ist. In einem Feldeffekttransistor ist die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. der Durchlassstrom des leitenden Kanals, durch eine Gateelektrode gesteuert, die benachbart zu dem Kanalgebiet angeordnet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt u. a. von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine gegebene Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Somit bestimmt die Leitfähigkeit des Kanalgebiets das Leistungsvermögen von MOS-Transistoren ganz wesentlich. Daher ist die Skalierung der Kanallänge – und damit verknüpft die Verringerung des Kanalwiderstands – ein wesentliches Entwurfskriterium, um eine Zunahme der Arbeitsgeschwindigkeit der integrierten Schaltungen zu erreichen.
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Gegenwärtig wird der Hauptanteil an integrierten Schaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt auf Grund dessen nahezu unbegrenzter Verfügbarkeit, auf Grund der gut verstandenen Eigenschaften des Siliziums und zugehöriger Materialien und Prozesse und auf Grund der Erfahrung, die über die letzten 50 Jahre gewonnen wurde. Daher bleibt Silizium mit hoher Wahrscheinlichkeit das Material der Wahl für künftige Schaltungsgenerationen, die für Massenprodukte vorgesehen sind Ein Grund für die große Bedeutung des Siliziums bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind die guten Eigenschaften einer Siliziumdioxidgrenzfläche, die eine zuverlässige elektrische Isolation unterschiedlicher Gebiete voneinander ermöglicht. Die Silizium/Siliziumdioxidgrenzfläche ist bei hohen Temperaturen stabil und ermöglicht damit das Ausführen nachfolgender Hochtemperaturprozesse, wie sie etwa für Ausheizprozesse erforderlich sind, um Dotierstoffe zu aktivieren und um Kristallschäden auszuheilen, ohne die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche zu beeinträchtigen.
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Aus den zuvor dargelegten Gründen wird Siliziumdioxid vorzugsweise als ein Basismaterial der dünnen Gateisolationsschicht in Feldeffekttransistoren verwendet, die Gateelektrode, die häufig aus Polysilizium oder metallenthaltenden Materialien aufgebaut ist, von dem Siliziumkanalgebiet. Beim stetigen Verbessern des Leistungsverhaltens von Feldeffekttransistoren wurde die Länge des Kanalgebiets stetig verringert, so dass die Schaltgeschwindigkeit und der Durchlassstrom verbessert wurden. Da das Transistorleistungsverhalten durch die Spannung gesteuert ist, die der Gateelektrode zugeführt wird, um die Oberfläche des Kanalgebiets in eine ausreichend hohe Ladungsträgerdichte zu invertieren, so dass der gewünschte Durchlassstrom bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung bereitgestellt wird, ist ein gewisser Grad an kapazitiver Kopplung erforderlich, die durch den Kondensator geschaffen wird, der durch die Gateelektrode, das Kanalgebiet und das dazwischen angeordnete Siliziumdioxid gebildet ist. Es zeigt sich, dass eine Verringerung der Kanallänge eine größere kapazitive Kopplung erfordert, um das sogenannte Kurzkanalverhalten während des Transistorbetriebs zu vermeiden. Das Kurzkanalverhalten kann zu einem erhöhten Leckstrom und zu einer ausgeprägten Abhängigkeit der Schwellwertspannung von der Kanallänge führen. Aggressiv skalierte Transistorbauelemente mit einer relativ geringen Versorgungsspannung und somit mit einer reduzierten Schwellwertspannung zeigen eine expotenzielle Zunahme der Leckströme, wobei auch eine größere kapazitive Kopplung der Gateelektrode an das Kanalgebiet erforderlich ist. Daher muss die Dicke der Siliziumdioxidschicht entsprechend reduziert werden, um die erforderliche Kapazität zwischen dem Gate und dem Kanalgebiet zu erreichen. Beispielsweise erfordert eine Kanallänge von ungefähr 0,08 μm ein Gatedielektrikum aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von ungefähr 1,2 nm. Die relativ hohen Leckströme, die jedoch durch das direkte Tunneln von Ladungsträgern durch eine sehr dünne siliziumdioxidbasierte Gateisolationsschicht hervorgerufen werden, erreichen dabei Werte bei einer Oxiddicke im Bereich von 1 bis 2 nm, die nicht mehr mit den thermischen Entwurfsleistungserfordernissen für viele Arten von Schaltungen verträglich sind.
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Daher wird das Ersetzen von siliziumdioxidbasierten Dielektrika als Material für Gateisolationsschichten in Betracht gezogen, insbesondere für Bauelemente, in denen extrem dünne Gatedielektrikumsschichten auf Siliziumdioxidbasis erforderlich wären. Mögliche alternative Materialien sind solche, die eine deutlich höhere Permittivität besitzen, so dass eine physikalisch größere Dicke einer entsprechend ausgebildeten Gateisolationsschicht zu einer kapazitiven Kopplung führt, die ansonsten durch eine extrem dünne Siliziumdioxid erreicht würde.
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Des weiteren kann das Transistorleistungsvermögen verbessert werden, indem ein geeignetes leitendes Material für die Gateelektrode vorgesehen wird, so dass das für gewöhnlich verwendete Polysiliziummaterial ersetzt wird, da Polysilizium eine Ladungsträgerverarmung in der Nähe der Grenzfläche zum Gatedielektrikum erleidet, wodurch die wirksame Kapazität zwischen dem Kanalgebiet und der Gateelektrode verringert wird. Es wurde daher ein Gatestapel vorgeschlagen, in welchem ein dielektrisches Material mit großem ε eine größere Kapazität auf der Grundlage der gleichen Dicke wie eine siliziumdioxidbasierte Schicht bietet, wobei zusätzlich die Leckströme auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden. Andererseits wird das nicht-Polysiliziummaterial, etwa in Form von Titannitrid und dergleichen, in Verbindung mit anderen Metallen so hergestellt, dass eine direkte Verbindung zu dem dielektrischen Material mit großem ε entsteht, wodurch die Anwesenheit einer Verarmungszone im Wesentlichen vermieden wird. Da die Schwellwertspannung der Transistoren, die die Spannung repräsentiert, bei der sich ein leitender Kanal in dem Kanalgebiet ausbildet, wesentlich von der Austrittsarbeit des metallenthaltenden Gatematerials bestimmt ist, muss eine geeignete Einstellung der wirksamen Austrittsarbeit in Bezug auf die Leitfähigkeitsart des betrachteten Transistors sichergestellt werden.
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Das Vorsehen unterschiedlicher Metallsorten zum Einstellen der Eintrittsarbeit der Gateelektrodenstrukturen für p-Kanaltransistoren bzw. n-Kanaltransistoren in einer frühen Fertigungsphase ist jedoch mit einer Reihe von Schwierigkeiten verknüpft, die aus der Tatsache herrühren, dass eine komplexe Strukturierungssequenz während der Herstellung des komplexen Metallgatestapels mit großem ε erforderlich ist, was zu einer ausgeprägten Variabilität der resultierenden Austrittsarbeit und somit der Schwellwertspannung der fertig gestellten Transistorstrukturen führen kann.
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Aus diesen Grunde wird in anderen Vorgehensweisen der anfängliche Gateelektrodenstapel mit einem hohen Grade an Kompatibilität zu konventionellen polysiliziumbasierten Prozessstrategien hergestellt und das eigentliche Elektrodenmetall und die endgültige Einstellung der Austrittsarbeit der Transistoren wird in einer sehr fortgeschrittenen Fertigungsphase bewerkstelligt, d. h. nach der Fertigstellung der grundlegenden Transistorstruktur.
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Eine entsprechende Fertigungsstrategie wird auch als Austauschgateverfahren oder Technologie bezeichnet, in der zumindest die Einstellung der Austrittsarbeit, d. h. der Einbau der Austrittsarbeitsmetallsorten, in einer sehr späten Fertigungsphase bewerkstelligt wird. In einigen Fällen wird das dielektrische Material mit großem ε bei der Strukturierung der Gateelektrodenstruktur hergestellt, wodurch das Abscheiden dielektrischen Materials mit großem ε möglicherweise in Verbindung mit einem sehr dünnen zusätzlichen Siliziumoxidmaterial in einer sehr späten Fertigungsphase vermieden wird. In anderen Fallen wird ein sogenanntes vollständiges Austauschgateverfahren angewendet, wobei das dielektrische Material mit großem ε in einer späten Fertigungsphase zusammen mit den Austrittsarbeitsmetallsorten und dem eigentlichen Elektrodenmetall aufgebracht wird. Generell ist die Austauschgatestrategie eine sehr vielversprechende Technologie, wobei jedoch bei eine weiteren Verringerung der Transistorabmessungen und somit auch der Gatelänge zunehmend Unregelmäßigkeiten durch Abscheidung hervorgerufen werden, wenn das eigentliche Elektrodenmetall eingefüllt wird, wie dies detaillierter mit Bezug zu 1 erläutert ist.
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1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in einer abschließenden Phase eines Austauschgateverfahrens. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 100 ein Substrat 101, etwa ein Form eines Halbleitermaterials oder eines anderen geeigneten Trägermaterials, um darauf eine Halbleiterschicht 102, eine Siliziumschicht, eine Silizium/Germaniumschicht und dergleichen herzustellen. Die Halbleiterschicht 102 ist typischerweise in einer Vielzahl von Halbleitergebieten oder aktive Gebiete auf der Grundlage geeigneter Isolationsstrukturen (nicht gezeigt) unterteilt, um damit die laterale Größe und die Lage der Herstellung von Transistoren zu definieren. Beispielsweise sind in 1 ein erstes aktives Gebiet 102a, das einen n-Kanaltransistor 150a entspricht und ein zweites aktives Gebiet 102b gezeigt, das einen p-Kanaltransistor 150b entspricht. In dieser Fertigungsphasen enthalten die Transistoren 150a, 150b Drain- und Sourcegebiete 151 und ein Kanalgebiet 152 mit geeigneten Dotierstoffprofilen, so dass diese den Eigenschaften der Transistoren 150a, 150b entsprechen. Eine Kontaktebene 120 ist in einer Zwischenfertigungsphase gezeigt und umfasst geeignete dielektrische Materialien, etwa eine dielektrische Schicht 121 und eine dielektrische Schicht 122, die typischerweise in Form von Siliziumnitrid bzw. Siliziumdioxid vorgesehen sind. Die dielektrischen Materialien 122, 121 schließen lateral Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b der Transistoren 150a bzw. 150b ein. Wie zuvor erläutert ist, werden zunächst die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b in Form gut etablierter Polysilizium/Siliziumdioxid-Gateelektrodenstrukturen bereitgestellt, wobei zumindest das Polysiliziummaterial entfernt wurde und durch ein geeignetes Materialsystem ersetzt ist. Beispielsweise ist eine erste Schicht 161a gezeigt und soll mindestens ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial darstellen, wobei in einigen Fallen die Schicht 161a auch ein dielektrisches Material mit großem ε möglicherweise in Verbindung mit einer Oxidschicht 166 aufweist, während in anderen Fällen, wie dies zuvor erläutert ist, die Schicht 166 ein dielektrisches Material mit großem ε repräsentiert, das in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen wurde, möglicherweise in Verbindung mit einem zusätzlichen konventionellen dielektrischen Material (nicht gezeigt). Die Schicht 161a enthält typischerweise eine geeignete Austrittsarbeitsmetallsorte, etwa Lanthan, und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit Titannitrid, wobei zumindest eine leitende Barrierenschicht oder Ätzstoppschicht, etwa Tantalnitrid, so vorgesehen ist, das darunter liegende Materialien geschützt und passiviert werden. Die Schicht 161a ist auch in der Gateelektrodenstruktur 160b in Verbindung mit einem zweiten metallenthaltenden Elektrodenmaterial 161b vorgesehen, das in Form von Titannitrid vorgesehen sein kann und das für eine gewünschte Austrittsarbeit der Gateelektrodenstruktur 160b in Verbindung mit der zuvor bereitgestellten Materialschicht 161a sorgt. In der gezeigten Fertigungsphase ist ferner ein Elektrodenmetall 162, etwa Aluminium und dergleichen, in den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b ausgebildet, was jedoch zu durch Abscheidung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten, etwa einem Hohlraum 162v insbesondere in der Gateelektrodenstruktur 160b führt, die eine geringere Breite für das Einfüllen des Elektrodenmetalls 162 auf Grund der Anwesenheit der Schicht 161b besitzt.
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Das in 1 gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozessstrategie hergestellt werden. In einer frühen Phase werden die aktiven Gebiete 102a, 102b hergestellt, indem geeignete Dotierstoffsorten zum Festlegen der grundlegenden Eigenschaften der Transistoren 150a, 150b eingebaut werden, wobei auch die laterale Position, Größe und Form der aktiven Gebiete 102a, 102b durch das Bereitstellen einer geeigneten Isolationsstruktur festgelegt werden, etwa wenn Flachgrabenisolationen bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck werden gut etablierte Fertigungstechniken mit Implantationsprozessen, Maskierungsschemata zum Einbau einer geeigneten Dotierstoffsorte angewendet, während Isolationsstrukturen hergestellt werden, indem aufwendige Lithographie-, Ätz-, Abscheide-, Ausheiz- und Einebnungstechniken ausgeführt werden. Daraufhin werden die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b in einem anfänglichen und somit vorläufigen Zustand hergestellt, indem beispielsweise ein geeignetes siliziumdioxidbasiertes elektrisches Material gebildet wird, woran sich Polysiliziummaterial und weitere Opfermaterialien anschließen, etwa Hartmaskenmaterialien und dergleichen, wie das zum Strukturieren der Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b entsprechend den gesamten Entwurfsregeln des Bauelements 100 erforderlich ist. Z. B. muss in komplexen Anwendungen eine Gatelänge von 40 nm oder weniger eingerichtet werden, wobei komplexe Transistoren eine Gatelänge von 30 nm und weniger in dem Bauelement 100 erfordern. Daraufhin wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem etwa eine Abstandshalterstruktur 163 hergestellt wird und die Drain- und Sourcegebiete 151 unter Anwendung gut etablierter Prozesstechniken geschaffen werden, etwa durch Implantationsprozesse, selektive epitaktische Aufwachstechniken und dergleichen. Bei Bedarf werden Ausheizprozesse angewendet, um Dotierstoffe zu aktivieren und durch Implantation hervorgerufene Schäden zu rekristallisieren. Als nächstes wird die Kontaktebene 120 hergestellt, indem die Materialien 121, 122 etwa durch Anwenden von CVD-(chemische Abscheide-)Techniken, Aufschleudertechniken und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit Einebnungsprozessen, um eine ebene Oberfläche bereitzustellen. Daraufhin wird überschüssiges Material so abgetragen, dass schließlich eine Oberfläche des Platzhaltermaterials, des Polysiliziummaterials, freigelegt wird, das dann unter Anwendung sehr selektiver Ätzrezepte abgetragen wird, wodurch entsprechende Öffnungen in den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b erzeugt werden. Daraufhin wird die Schicht 161a abgeschieden, beispielsweise unter Anwendung sehr konformer CVD-artiger Abscheidetechniken, etwa ALD (Atomlagenabscheidung), was das Abscheiden eines dielektrischen Materials mit großem ε enthalten kann, wie dies auch zuvor erläutert ist, während in anderen Fällen ein entsprechendes dielektrisches Material mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase bereits hergestellt wurde. Das Abscheiden der Schicht 161a umfasst das Abscheiden zumindest eines metallenthaltenden Elektrodenmaterials, etwa in Form von Tantalnitrid, das in einer sehr konformen Weise hergestellt wird, so dass es als ein Ätzstoppmaterial dienen kann, ohne die gesamten elektronischen Eigenschaften und die Leitfähigkeit der Gatelektrodenstrukturen 160a, 160b zu beeinträchtigen. Wie zuvor erläutert ist, muss bei einer Realisierung einer Gatelänge von 40 nm und deutlich weniger die Materialschicht 161a, möglicherweise mit einem dielektrischen Material mit großem ε, in eine Öffnung mit einem großem Aspektverhältnis eingefüllt werden, die durch das Entfernen des Platzhaltermaterials erzeugt wurden. Typischerweise wird die Schicht 161a mit einer Dicke von mehreren nm hergestellt, wenn diese ein dielektrisches Material mit großem ε und eine geeignete Materialschicht für das Einstellen der Austrittsarbeit. Bei der Herstellung der Schicht 161b, etwa in Form von Titannitridmaterial, das mit einer deutlich größeren Dicke bis zu 5 nm oder mehr vorgesehen wird, um damit die erforderlichen Eigenschaften der Gateelektrodenstruktur 160b zu erhalten, treten somit deutlich anspruchsvollere Abscheidebedingungen während des Aufbringens der Schicht 161 auf. Dazu werden ebenfalls sehr konforme Abscheiderezepte angewendet, beispielsweise auf der Grundlage von ALD und dergleichen. Als nächstes werden typischerweise geeignete Lithographietechniken und Ätzstrategien angewendet, um die Schicht 161b von der Gateelektrodenstruktur 160a zu entfernen. Daraufhin wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem das Elektrodenmetall 162 beispielsweise in Form von Aluminium aufgebracht wird. Auf Grund der vorhergehenden Abscheidung 161b ist jedoch die resultierende Breite der Gateöffnung deutlich geringer, etwa um ungefähr 10 nm bei einer Schichtdicke von 5 nm, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens der Hohlräume 162v in der Gateelektrodenstruktur 160b deutlich erhöht wird, was wiederum einen ausgeprägten Einfluss auf die gesamten Eigenschaften des Transistors 150b ausübt, und was schließlich sogar zu einem Gesamtausfall des Transistors 150 führen kann. In dem Versuch die Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b vollständig zu füllen, wurde vorgeschlagen, einen CVD-Abscheidung für Aluminium einzusetzen, was jedoch auf Grund der selbstbegrenzenden Natur des CVD-Aluminiumabscheideprozesses eine zusätzliche Titansaatschicht erfordert, was zu unerwünschten Überhängen an der Oberseite der Gatestrukturen führt, so dass der verfügbare Spalt insbesondere in der Gateelektrodenstruktur 160b beim Abscheiden des eigentlichen Elektrodenmetalls 162 noch weiter verringert wird. Da es extrem schwierig ist, die Gateelektrodenstrukturen mit einem Aspektverhältnis, d. h. mit einem Verhältnis von Länge der entsprechenden Gateöffnungen zu deren Tiefe von bis zu 10 vollständig zu füllen, wurden auch andere Strategien vorgeschlagen, um das anspruchsvolle Aspektverhältnis zu verringern. Beispielsweise wird in einigen konventionellen Vorgehensweisen vorgeschlagen, das Aspektverhältnis zu verkleinern, indem die Breite der Gateöffnungen beispielsweise beim oder nach dem Entfernen des Platzhaltermaterials vergrößert wird, indem geeignete Materialerosionsprozesse angewendet werden, etwa plasmaunterstützte Ätzprozesse, Ionensputter-Techniken und dergleichen. Auf diese Weise kann eine im Wesentlichen sich nach oben verbreitenden Querschnittsform der entsprechenden Gateöffnungen erreicht werden, wie dies durch 168 angegeben ist, so dass die Komplexität der nachfolgenden Abscheideprozesse reduziert wird. Auf diese Weise können selbst die Öffnungen mit dem anfänglich großen Aspektverhältnis zuverlässig mit dem Elektrodenmetall 162 gefüllt werden. Da der sich nach oben verbreiternde Bereich 168 jedoch zu einer deutlich größeren Gatelänge an den oberen Bereichen der Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b führt, insbesondere in dicht gepackten Bauteilbereichen, steht die größere Gatelänge mit einem Kontaktschema in Konflikt, in welchem Kontaktelement in der Kontaktebene 120 benachbart zu den Gateelektrodenstrukturen 160a, 160b hergestellt werden, um damit eine Verbindung zu den Drain- und/oder Sourcegbieten 151 herzustellen. In diesem Falle muss ein größerer Abstand zwischen den dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen eingerichtet werden, wodurch die gesamte laterale Größe komplexer Halbleiterbauelemente deutlich vergrößert wird.
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Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation betrifft die vorliegende Erfindung Fertigungstechniken und Halbleiterbauelemente, in denen das Elektrodenmetall in einer Austauschgatetechnologie zuverlässig in den Gateelektrodenstrukturen hergestellt werden kann, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert werden.
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Überblick über die Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt generell Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen ein Elektrodenmetall in Gateöffnungen eingefüllt wird, indem das Aspektverhältnis verringert wird. Zu diesem Zweck wird mindestens ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial in einem oberen Bereich der Gateöffnung entfernt, bevor Elektrodenmetall eingefüllt wird, wodurch eine größere Breite an dem oberen Bereich erhalten wird, ohne dass die gesamten elektronischen Eigenschaften der betrachteten Gateelektrodenstruktur beeinflusst werden. D. h., das metallenthaltende Elektrodenmaterial, etwa das Titannitridmaterial, ist lediglich in einem unteren Bereich der Gateelektrodenstruktur erforderlich, um in geeigneter Weise die Austrittsarbeit einzustellen, so dass das selektive Entfernen dieser Schicht in dem oberen Bereich der Gateelektrodenstruktur das Aspektverhältnis deutlich verringert, ohne dass die elektronischen Eigenschaften beeinflusst werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann das selektive Entfernen des letzten metallenthaltenden Elektrodenmaterials und somit die Verringerung des Aspektverhältnisses auf der Grundlage einer Prozesssequenz bewerkstelligt werden, in der keine zusätzlichen Prozessschritte, etwa zusätzliche Lithographieschritte und dergleichen erforderlich sind. Auf diese Weise werden günstigere Füllbedingungen geschaffen, selbst für Transistorbauelemente, in denen eine Gatelänge von 40 nm und weniger erforderlich ist, ohne dass die gesamten elektronischen Eigenschaften beeinflusst wird und ohne dass unerwünschter Weise eine größere Prozesskomplexität entsteht.
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Ein anschauliches offenbartes Verfahren umfasst das Bilden eines metallenthaltenden Elektrodenmaterials in einer Gateöffnung der ersten Gateelektrodenstruktur eines ersten Transistors und in einer Gateöffnung einer zweiten Gateelektrodenstruktur eines zweiten Transistors. Das Verfahren umfasst ferner das Buden eines Opfermaterials selektiv in der Gateöffnung der zweiten Gateelektrodenstruktur derart, dass ein Teil des metallenthaltenden Elektrodenmaterials an der Unterseite der Gateöffnung der zweiten Gateelektrodenstruktur abgedeckt wird, während das metallenthaltende Elektrodenmaterial in einem oberen Bereich der Gateöffnung der zweiten Gateelektrodenstruktur und in der Gateöffnung der ersten Gateelektrodenstruktur freiliegt. Des weiteren umfasst das Verfahren das Entfernen des freiliegenden metallenthaltenden Elektrodenmaterials von der Gateöffnung der ersten Gateelektrodenstruktur, währen das Opfermaterial als eine Ätzmaske verwendet wird, so dass das metallenthaltende Elektrodenmaterial an der Unterseite der Gateöffnung der zweiten Gateelektrodenstruktur bewahrt wird. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen des Opfermaterials aus der Gateöffnung der zweiten Gateelektrodenstruktur. Des weiteren wird ein leitendes Füllmaterial in den Gateöffnungen der ersten und der zweiten Gateelektrodenstruktur gebildet.
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Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung von Gateelektrodenstrukturen. Das Verfahren umfasst das Bilden einer Gateöffnung in einer ersten Gateelektrodenstruktur und einer zweiten Gateelektrodenstruktur. Ferner wird eine erste metallenthaltende Materialschicht auf Oberflächenbereichen der Gateöffnung der ersten und der zweiten Gateelektrodenstruktur hergestellt. Das Verfahren umfasst zusätzlich das Bilden einer zweiten metallenthaltenden Materialschicht auf der ersten metallenthaltenden Materialschicht. Ferner umfasst das Verfahren das Entfernen der zweiten metallenthaltenden Materialschicht von der Gateöffnung der ersten Gateelektrodenstruktur und von einem oberen Bereich der Gateöffnung der zweiten Gateelektrodenstruktur, während die zweite metallenthaltende Materialschicht an einen unteren Bereich der Gateöffnung der zweiten Gateelektrodenstruktur bewahrt wird. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Elektrodenmetalls auf der ersten metallenthaltenden Materialschicht und auf der zweiten metallenthaltenden Materialschicht, die an den unteren Bereich bewahrt ist.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst einen ersten Transistor, der eine erste Gateelektrodenstruktur aufweist. Die erste Gateelektrodenstruktur umfasst ein erstes Elektrodenmetall, das auf einem metallenthaltenden Elektrodenmaterial einer ersten Art ausgebildet ist, wobei das erste Elektrodenmetall lateral von dem metallenthaltenden Elektrodenmaterial der ersten Art eingeschlossen ist. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner einen zweiten Transistor mit einer zweiten Gateelektrodenstruktur, die wiederum ein zweites Elektrodenmetall aufweist. Das zweite Elektrodenmetall besitzt einen oberen Bereich und einen unteren Bereich, wobei der untere Bereich auf einem metallenthaltenden Elektrodenmaterial einer zweiten Art ausgebildet ist und lateral von dem metallenthaltenden Elektrodenmaterial der zweiten Art eingeschlossen ist. Der obere Bereich des zweiten Elektrodenmetalls ist auf dem unteren Bereich ausgebildet und ist lateral von einem metallenthaltenden Elektrodenmaterial der ersten Art eingeschlossen.
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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 auch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1 schematisch eine Querschnittsansicht eines komplexen Halbleiterbauelements während einer abschließenden Phase eines Austauschgateverfahrens zeigt, das auf der Grundlage konventioneller Prozessstrategien ausgeführt wird; und
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2a bis 2i schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn komplexe Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε auf der Grundlage einer Austauschgatetechnologie mit verbesserten Füllbedingungen zum Bereitstellen des gut leitenden Elektrodenmetalls gemäß anschaulicher Ausführungsformen hergestellt werden.
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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 ist, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, den hierin offenbarten Gegenstand 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 allgemein Fertigungstechniken und Halbleiterbauelemente bereit, in denen die Spaltbreite einer Gateöffnung in einer abschließenden Phase eines Austauschgateverfahrens vergrößert wird, indem ein letztes metallenthaltendes Gateelektrodenmaterial selektiv in einen oberen Bereich vor dem Einfüllen des gut leitenden Füllmetalls, etwa des Aluminiums und dergleichen, entfernt wird. Auf diese Weise können im Wesentlichen ähnliche Abscheidebedingungen für jede Art von Gateelektrodenstruktur bereitgestellt werden, wenn das gut leitende Füllmetall auf der Grundlage einer gewünschten Abscheidetechnik aufgebracht wird, während andererseits durch das Beibehalten des metallenthaltenden Elektrodenmaterials in den unteren Bereich der betrachteten Gateelektrodenstruktur deren elektronische Eigenschaften im Wesentlichen nicht beeinflusst werden, da die endgültige Austrittsarbeit im Wesentlichen durch den unteren Bereich des metallenthaltenden Elektrodenmaterials bestimmt ist. Beispielsweise wird häufig das abschließende metallenthaltende Elektrodenmaterial einer Transistorart, beispielsweise für einen p-Kanaltransistor, mit einer größeren Dicke von bis zu mehreren Nanometern vorgesehen, was wiederum deutlich die verfügbare Spaltbreite der Gateöffnung für den abschließenden Abscheideschritt zum Einfüllen des gut leitenden Elektrodenmetalls reduziert. In diesem Falle wird das Aspektverhältnis der resultierenden Gateöffnung nach dem Einbau des letzten metallenthaltenden Elektrodenmaterials verringert, indem eine größere Breite in dem oberen Bereich der Gateöffnung geschaffen wird, so dass ein zuverlässiges Einfüllen des Elektrodenmetalls erreicht wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das selektive Entfernen der letzten Arbeitsmetallschicht in einer Transistorart in der Prozesssequenz bewerkstelligt, in der im Wesentlichen die letzte Austrittsarbeitsmetallschicht strukturiert wird, so dass die gesamte Prozesskomplexität sich nicht wesentlich erhöht, während gleichzeitig eine höhere Produktionsausbeute erhalten wird, selbst wenn Halbleiterbauelemente betrachtet werden, die die Herstellung von Transistoren mit eine Gatelänge von 40 nm und deutlich weniger erfordern. Auf diese Weise erhalten gut etablierte Austauschgatetechnologien einen höheren Grad an Skalierbarkeit im Hinblick auf äußerst kleine Gatelängen, ohne dass wesentliche Modifizierungen der gesamten Prozessstrategie erforderlich sind.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2i werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf 1 verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 200 ein Substrat 201 und eine darauf ausgebildete Halbleiterschicht 202, wobei diese Komponenten einen geeigneten Aufbau besitzen, wie dies beispielsweise auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist. Beispielsweise bilden die Halbleiterschicht 202 und das Substrat 201 eine Vollsubstratkonfiguration, in der die Halbleiterschicht 202 direkt mit einem kristallinen Material des Substrats 201 verbunden ist. In anderen Fällen bilden die Schicht 202 und das Substrat 201 eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Architektur, wenn ein vergrabenes isolierendes Material (nicht gezeigt) direkt unterhalb der Halbleiterschicht 202 ausgebildet ist. Die Schicht 202 und eine Vielzahl von aktiven Gebieten 202a, 202b unterteilt, was unter Bereitstellung geeigneter Isolationsstrukturen (nicht gezeigt) bewerkstelligt werden kann, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist. Der Einfachheit halber sind ein erstes aktives Gebiet 202a und ein zweites aktives Gebiet 202b dargestellt, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen einen ersten Transistor 205a, etwa einem n-Kanaltransistor, und einem zweiten Transistor 250b, etwa einem p-Kanaltransistor, entsprechen. In der dargerstellten Fertigungsphase enthalten die Transistoren 250a, 250b entsprechende Drain- und Sourcegebiete 251, ein Kanalgebiet 252 und Gateelektrodenstrukturen 260a bzw. 260b. Die Gateelektroenstrukturen 260a, 160b sind lateral in einer Bauteilebene 220 eingebettet, die in der gezeigten Fertigungsphase in Form eines geeigneten dielektrischen Materialsystems bereitgestellt ist, beispielsweise mit einer dielektrischen Schicht 221 und einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 222. Es sollte beachtet werden, dass die Transistoren 250a, 250b darin eingebaut einen geeigneten Mechanismus aufweisen können, um das gesamte Leistungsverhalten weiter zu verbessern, beispielsweise in Form eingebetteter Halbleitelegierungen, so dass etwa ein geeignetes Dotierstoffprofil eingebaut wird, und/oder eine gewünschte Art an Verformung in den Kanalgebieten 252 und dergleichen hervorgerufen wird. In dem gezeigten Beispiel sind die Transistoren 250a, 250b planare Transistorarchitekturen, während in anderen Fällen zusätzlich oder alternativ zu planaren Transistoren auch dreidimensionale Transistoren, etwa Transistoren mit Mehrfachgate oder FinFET-Transistoren vorgesehen werden. In diesem Falle erstrecken sich die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b in die Halbleiterschicht 202 an gewissen Bereichen des Bauelements, wodurch zu einer noch ausgeprägteren und anspruchsvolleren Oberflächentopographie während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 200 beigetragen wird. Die bislang beschriebenen Komponenten des Halbleiterbauelements 200 können auf der Grundlage einer geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden, beispielsweise unter Anwendung von Techniken, wie sei auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben sind. D. h., die in 2a gezeigte grundlegende Transistorkonfiguration kann auf der Grundlage einer konventionellen Gateelektrodenstruktur hergestellt werden, d. h. auf der Basis eines geeigneten Platzhaltermaterials 264, etwa in Form von Polysilizium, Silizium/Germanium und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einem oder mehreren zusätzlichen dielektrischen Deckmaterialien (nicht gezeigt), so dass die erforderliche Gatelänge eingestellt wird, d. h. in 2a die horizontale Erstreckung der Gateelektrodenstrukturen 260 zwischen einer entsprechenden Seitenwandabstandshalterstruktur 263. Nach dem Ausführen jeglicher Hochtemperaturprozesse und möglicherweise nach der Herstellung zusätzlicher Kontaktbereiche in den Drain- und Sourcegebieten 251, beispielsweise in Form von Metallsilizidgebieten (nicht gezeigt), wenn diese als geeignet erachtet werden, wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem die Bauteilebene 220 hergestellt wird und indem überschüssiges Material entfernt wird, wodurch schließlich eine Oberfläche des Platzhaltermaterials 264 freigelegt wird. Auf der Grundlage gut etablierter sehr selektiver Ätzrezepte wird das Material 264 entfernt, wodurch Gateöffnungen 260o entstehen, deren Breite im Wesentlichen durch die Abstandshalterstruktur 263 festgelegt ist. Es sollte beachtet werden, dass die „Breite” der Öffnungen 260o im Wesentlichen die Länge der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b darstellt mit Ausnahme einer zusätzlichen Schichtdicke eines dielektrischen Materials mit großem ε, das in einigen anschaulichen Ausführungsformen auf freiliegenden Oberflächenbereichen der Öffnungen 260o hergestellt wird. Dazu werden gut etablierte sehr konforme CVD-artige Abscheidetechniken, etwa die ALD, eingesetzt. Auf diese Weise wird ein geeignetes dielektrisches Material mit großem ε (nicht gezeigt) aufgebracht, wobei dem Abscheideprozess das Erzeugen einer Unterschicht auf der Oberfläche des Kanalgebiets 252 vorausgehen kann, etwa auf der Grundlage nasschemischer Isolationsrezepte und dergleichen. In anderen Vorgehensweisen, wie dies beispielsweise auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist, wird ein dielektrisches Material mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen und wird bei der Herstellung der Gateöffnung 260o bewahrt, so dass eine Abscheidung eines weiteren dielektrischen Materials in dieser Fertigungsphase nicht erforderlich ist.
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Danach wird eine Schicht oder ein Schichtsystem 261 hergestellt, beispielsweise durch sehr konforme Abscheidetechniken, wobei geeignete Austrittsarbeitsmetallsorten und mindestens ein metallenthaltendes Elektrodenmaterial aufgebracht wird, das auch als eine Ätzstoppschicht oder Barriereschicht dienen kann. Zu diesem Zweck werden sehr konforme ALD-Techniken eingesetzt, wie sie beispielsweise zuvor mit dem Bauelement 100 angesprochen sind, während in anderen Fällen geeignete Abscheiderezepte angewendet werden, etwa elektrochemische Abscheideprozesse und dergleichen. Folglich wird das metallenthaltende Elektrodenmaterial 261a mit einer gewünschten Dicke auf freiliegenden Oberflächenbereichen und somit in den Gateöffnungen 260o erzeugt, wobei, wie zuvor erläutert ist, eine zusätzliche Schicht oder Schichten hergestellt werden können, etwa ein dielektrisches Material mit großem ε, bevor das metallenthaltende Elektrodenmaterial aufgebracht wird.
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2b zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein zweites metallenthaltendes Elektrodenmaterial 261b, etwa in Form von Titannitrid und dergleichen, auf der Schicht 261a ausgebildet und besitzt eine geeignete Dicke, beispielsweise im Bereich von 1 bis mehrere Nanometern, wodurch die Breite oder Länge der Öffnung 260o, die durch 260l angegeben ist, begrenzt wird, wobei die Schicht auch eine zusätzliche Austrittsarbeitsmetallsorte aufweisen kann. In der gezeigten Fertigungsphase wird ferner ein Opfermaterial 204 in den Gateöffnungen 260o und über der Kontaktebene 220 hergesellt. Das Opfermaterial 204 kann etwa in einem Zustand geringer Viskosität aufgebracht werden, so dass eine im Wesentlichen ebene Oberflächentopographie geschaffen wird, was auch zu besseren Bedingungen für einen nachfolgenden Lithographieprozess führt, der so anzuwenden ist, dass das Material 261b zumindest aus der Gateöffnung 260o selektiv entfernt wird. Dazu sind viele gut etablierte Materialien verfügbar, etwa Accufell oder „Duo”, wobei auch andere geeignete optische Einebnungsmaterialien verwendet werden können.
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2c zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt wird ein weiteres Opfermaterial in Form einer Maske 205 so hergestellt, dass der Transistor 250b abgedeckt ist und der Transistor 250a freiliegt, d. h. dass das darauf ausgebildete Opferfüllmaterial 204 freiliegt. Die Maske 205 wird beispielsweise in Form einer Lackmaske bereitgestellt, das das Abscheiden eines geeigneten Lackmaterials und dessen Strukturierung beinhaltet, indem ein Lithographieprozess ausgeführt wird und das belichtete Lackmaterial entwickelt wird, das die Maske 205 erhalten wird.
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2d zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen. In diesem Falle unterliegt das Bauelement 200 der Einwirkung einer Ätzumgebung 206, die auf der Grundlage eines Plasmas eingerichtet wird, das geeignet ist, um einen Teil des Opferfüllmaterials 204 über den Transistor 250a zu entfernen, der nicht von der Maske 205 abgedeckt ist. Beispielsweise wird der Ätzprozess 206 auf der Grundlage einer geeigneten reaktiven Gaskomponente eingerichtet, etwa mittels einem kohlenstoff- und fluorenthaltendem Gas, möglicherweise in Verbindung mit weiteren Gaskomponenten, etwa Kohlenstoffoxid, Argon, Sauerstoff und Stickstoff, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Prozessparameter so eingestellt werden, dass die Maske 205 und zumindest freiliegende Bereiche des Materials 204 gemeinsam abgetragen werden. In diesem Falle wird das Material 204 im Wesentlichen vollständig aus der Gateöffnung 260o der Gateelektrodenstruktur 260a entfernt, während auch die Maske 205 und ein Teil des Materials 204, der über der Gateelektrodenstruktur 260b gebildet ist, effizient aufgetragen werden. Auch kann eine gewisse Menge des Materials 204 aus der Öffnung 260o der zweiten Gateelektrodenstruktur 260b entfernt werden, wobei jedoch zumindest ein Bereich 204b bewahrt wird. Dazu kann für vorgegebene Ätzparameter auch die Dicke der Maske 205 und/oder der Opferschicht 204 geeignet so eingestellt sein, dass der Bereich 204 in der Gateöffnung 260o der Gateelektrodenstruktur 260b bewahrt wird. Auf diese Weise wird in einen oberen Bereich 260u der Öffnung 260o das Material 261b zuverlässig in der Gateelektrodenstruktur 260b freigelegt, während andererseits in einem unteren Bereich 260d das Material 204b weiterhin zuverlässig das Material 261b abdeckt. Beispielsweise wird für vorgegebene Ätzparameter und eine gegebene Höhe oder Dicke der Materialien 204 und 205 der Grad des Materialabtrags in der Gateelektrodenstruktur 260b eingestellt, indem eine geeignete „Nachätzzeit” des Prozesses 206 angewendet wird, während in anderen Fällen, wenn dies als geeignet erachtet wird, ein zusätzlicher Ätzschritt eingerichtet wird, um einen zusätzlichen Bereich des Materials 204b abzutragen, so dass eine gewünschte endgültige Höhe in der Gateöffnung 260o der Gateelektrodenstruktur 260b eingestellt wird.
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Folglich ist in dieser Situation das Bauelement 200 für das Ausführen eines weiteren Ätzschrittes bereit, um damit einen freiliegenden Bereich der Schicht 261b abzutragen, während der Bereich 204b als eine Ätzmaske dient.
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2e zeigt schematisch das Bauelement 200 gemäß weiteren anschaulichen Ausführungsformen. In diesem Falle wird die Maske 205b auf der Grundlage eines nasschemischen Ätzprozesses 207 entfernt, der auch eine ausgeprägte Materialmodifizierung zumindest auf einem freiliegenden Bereich der Schicht 204 bewirken kann, wie dies durch 204a angegeben ist. Zu diesem Zweck wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Prozess 207 auf der Grundalge von SPM (eine Mischung aus schwefliger Säure und Wasserstoffperoxid) ausgeführt, wodurch die Lackmaske 205 effizient entfernt wird und eine ausgeprägte Oxidation des Opferfüllmaterials 204 hervorgerufen wird. Auf Grund der oxidierende Umgebung, die durch die Ätzatmosphäre 207 eingerichtet wird, wird folglich ein oxidartiges Material aus der Schicht 204 erzeugt, wobei die Oxidation auch in einem anfänglich abgedeckten Bereich der Schicht 204 erfolgt, so dass eine gewisse Materialmodifizierung auch in der Gateöffnung 260o der zweiten Gateelektrodenstruktur 260b bewirkt wird. Nach dem Entfernen der Maske 205 und einem gewünschten Grad an Modifizierung des Materials 204 wird ein weiterer Ätzprozess 210 angewendet, beispielsweise auf der Grundlage eines geeigneten nasschemischen Ätzrezepts, in welchem das oxidierte Material 204 effizient abgetragen wird. Zu diesem Zweck können gut etablierte Ätzchemien auf der Grundlage von HF (Flusssäure) angewendet werden. In diesem Falle wird auch der Bereich 204b in der Gateelektrodenstruktur 260b bewahrt. Um in geeigneter Weise die Höhe des bewahrten Bereichs 204b einzustellen, werden geeignete Prozessparameter und geeignete Werte für die Anfangshöhe und die Dicke für die Materialien 204, 205 bestimmt auf der Grundlage von Experimenten und dergleichen. Nach dem Ätzprozess 210 wird somit die Schicht 261b über der Gateelektrodenstruktur 260a und in einen oberen Bereich der Gateelektrodenstruktur 260b freigelegt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 2d erläutert ist.
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2f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, wird ein weiterer Ätzprozess 208 angewendet, um damit freiliegende Bereiche der Schicht 261b abzutragen. Beispielsweise ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Schicht 261b aus Titannitrid aufgebaut, das effizient auf der Grundlage von SPM entfernt werden kann, während der verbleibende Bereich 204b den Bereich 216b in der Gateelektrodenstruktur 260b schützt. Auf diese Weise wird das Material 204b in ein oxidartiges Material umgewandelt, das nachfolgend durch HF und dergleichen abgetragen werden kann, wie dies auch zuvor erläutert ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird der freiliegende Bereich der Schicht 261b effizient unter Anwendung einer Nasschemie auf Basis von Wasserstoffperoxid bei erhöhter Temperatur abgetragen, beispielsweise bei einer Temperatur von 40 Grad C bis 80 Grad C, etwa ungefähr 50 Grad C. Auch in diesem Falle wird der verbleibende Bereich 204b des Opferfüllmaterials in ein oxidartiges Material umgewandelt, das dann in einer späteren Fertigungsphase beispielsweise mit wässriger HF und dergleichen entfernt wird.
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2g zeigt schematisch das Bauelement 200 während eines weiteren Ätzprozesses 209, der als ein nasschemischer Ätzprozess ausgeführt wird, um das Opferfüllmaterial 204b aus der Gateöffnung 260o der Gateelektrodenstruktur 260b zu entfernen. Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, kann der Ätzprozess 209 auf der Grundlage von HF ausgeführt werden, so dass effizient das modifizierte Material 204b abgetragen wird, wobei dennoch ein hoher Grad an Selektivität in Bezug auf Materialien, etwa Titannitrid, Tantalnitrid, das dielektrische Zwischenschichtmaterial und dergleichen, erreicht wird. Jegliches weitere Opfermaterial, das nicht in ein siliziumoxidartiges Material während des vorhergehenden Ätzprozesses 208 (siehe 2f) umgewandelt wurde, kann durch andere nasschemische Mittel, etwa ACT 970 entfernt werden, das kommerziell verfügbar ist. Auf diese Weise kann der Bereich 261b effizient in dem unteren Bereich 261b bewahrt werden, während andererseits der obere Bereich 260u eine deutlich größere Länge erhält, so dass das wirksame Aspektverhältnis der Öffnung 260o der Gateelektrodenstruktur 260b im Hinblick auf das Abscheiden eines Elektrodenmetalls in einer späteren Fertigungsphase reduziert wird. Durch das Entfernen des Materials 261b von dem oberen Bereich 260u kann somit die Länge der Öffnung 260o um das zweifache der Dicke der Schicht 261b vergrößert werden, was ungefähr 10 nm entspricht, wobei dies von den gesamten Prozess- und Bauteilerfordernissen abhängt.
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2h zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, wird ein Abscheideprozess 211 so ausgeführt, dass ein Elektrodenmetall 262, etwa Aluminium, Aluminiumlegierungen und dergleichen, bereitgestellt werden, um damit die Gateöffnungen 260o in zuverlässiger Weise zu füllen. Auf Grund der günstigeren Querschnittsform der Gateöffnung 260o in der Gateelektrodenstruktur 260b wird eine zuverlässige Füllung oder zumindest eine deutliche Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von durch Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten erreicht, selbst wenn eine Gatelänge von 40 nm und deutlich weniger in den Transistoren 250a, 250b einzurichten ist. Somit kann ein beliebiger geeigneter Abscheideprozess, beispielsweise stromlose Abscheidung und dergleichen, wobei in weniger kritischen Anwendungen selbst ein CVD-basierter Abscheideprozess, angewendet werden, in Verbindung mit dem Abscheiden einer geeigneten Saatschicht, da das selektive Entfernen des Materials 261b aus dem oberen Bereich der Gateelektrodenstruktur 260b für eine zusätzliche Robustheit des Prozesses sorgt.
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2i zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, wird überschüssiges Material der Schicht 262 beispielweise durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren), Elektro-Ätzen, Elektro-CMP, Ätzen und dergleichen entfernt, so dass eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 220s in der Kontaktebene 220 geschaffen wird. Die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b können somit mit einer im Wesentlichen konstanten Gatelänge, die als 260 angegeben ist, entlang der gesamten Höhe der Gateelektrodenstrukturen vorgesehen werden, wodurch bessere Bedingungen für die nachfolgende Herstellung von Kontaktelementen und dergleichen geschaffen werden. D. h., im Gegensatz zu konventionellen Vorgehensweisen, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert sind, ist eine Kantenverrundung der Gateöffnungen, die zu besseren Füllbedingungen führen soll, nicht erforderlich, so dass ein kleinerer lateraler Abstand zwischen dicht liegenden Gateelektrodenstrukturen eingerichtet werden kann, ohne dass unerwünschte Leckstrompfade und Kontaktausfälle hervorgerufen werden. Andererseits stellt der bewahrte Bereich 261b dennoch die geeignete Austrittsarbeit generell die gewünschten elektronischen Eigenschaften für die Gateelektrodenstruktur 260b sicher.
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In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem ein weiteres dielektrisches Material hergestellt und dieses strukturiert wird, so dass Kontaktöffnungen erzeugt werden, die eine Verbindung zu den Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b und zu den Drain- und Sourcegebieten 251 herstellen, wie dies durch den gesamten geometrischen Schaltungsaufbau des Bauelements 200 erforderlich ist. In anderen Fällen werden auf Grund der besseren Durchschnittsarchitektur der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b, d. h. auf Grund einer nicht erforderlichen Aufweitung der Gateelektrodenstrukturen in einem oberen Bereich, ebenfalls selbst justierende Kontaktschemata angewendet, beispielsweise vor oder nach der Fertigstellung der Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b. Beispielsweise wird vor dem Anwenden des Austauschgateverfahrens, d. h. vor dem Entfernen des Platzhaltermaterials 264 (siehe 2a), das dielektrische Material der Kontaktebene 220 selektiv in Bezug auf die Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b abgetragen und anschließend wird ein geeignetes Kontaktmaterial eingefüllt und ein überschüssiger Teil davon wird entfernt, so dass selbstjustierte Kontaktelemente geschaffen werden, die eine Verbindung zu den Drain- und Sourcegebieten 251 lateral benachbart und elektrisch isoliert zu den Gateelektrodenstrukturen 260a, 260b herstellen. Daraufhin geht die Bearbeitung weiter, wie dies beispielsweise zuvor mit Bezug zu den 2a bis 2i beschrieben ist.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Fertigungstechniken und Halbleiterbauelemente bereit, in denen das Aspektverhältnis von kritischen Gateöffnungen reduziert wird, indem selektiv ein letztes metallenthaltendes Elektrodenmaterial in einem oberen Bereich der Gateöffnung entfernt wird, was bewerkstelligt werden kann in einigen anschaulichen Ausführungsformen, ohne dass die gesamte Prozesskomplexität wesentlich vergrößert wird. D. h., das selektive Entfernen eines oberen Bereichs des abschließenden metallenthaltenden Elektrodenmaterials wird während einer Strukturierungssequenz bewerkstelligt, die erforderlich ist, um das in Frage stehende Material von einer Art an Gateelektrodenstruktur zu entfernen. Auf diese Weise kann eine deutliche Verringerung des Aspektverhältnisses der kritischen Gateöffnung erreicht werden, beispielsweise kann eine Verringerung von ungefähr 10 bis ungefähr 3 erreicht werden.
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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 vorliegenden Erfindung vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der vorliegenden Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
