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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Polysiliziumleitungen,
etwa von Gateelektroden, in denen das Freilegen oberer Seitenwandbereiche
zur Bereitstellung eines vergrößerten Oberflächenbereichs
für die Herstellung
eines Metallsilizids erforderlich ist.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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Gegenwärtig wird
der Hauptanteil integrierter Schaltungen auf der Grundlage von Silizium
mit kritischen Strukturgrößen in der
Größenordnung
von 0.1 μm
und sogar weniger hergestellt. Die Herstellung von Transistorelementen,
die die wesentlichen Komponenten aktiver Schaltungen darstellen,
erfordert typischerweise u. a. ein kontrolliertes Einführen von Dotierstoffen
in präzise
definierte Siliziumgebiete. Eine Schaltungsarchitektur, die gegenwärtig die
bevorzugte Technologie auf Grund der hohen Leistungsfähigkeit
in Hinblick auf die Leistungsaufnahme darstellt, erfordert die Herstellung
stark dotierter Siliziumgebiete mit einem invers dotierten Kanalgebiet, das
dazwischen angeordnet ist, wobei die Leitfähigkeit des Kanalgebiets durch
ein elektrisches Feld gesteuert wird, das durch Anlegen einer Steuerspannung
an eine Gateelektrode erzeugt wird, die in der Nähe des Kanalgebiets aber davon
durch eine Gateisolationsschicht getrennt angeordnet ist. Somit
erfordert eine Größenreduzierung
des Transistorelements die Verringerung des Abstandes zwischen den
stark dotierten Siliziumgebieten. Dieser Abstand stellt einen wichtigen
Entwurfsaspekt dar und wird auch als die "Kanallänge" bezeichnet. In gegenwärtig favorisierten
CMOS-Technologien
wird die Gateelektrode vor der Herstellung der stark dotierten Siliziumgebiete,
die auch als "Drain-Gebiet" und "Source-Gebiet" bezeichnet werden,
strukturiert, um damit die Transistorgeometrie, d. h. die räumliche
Anordnung der Gateelektrode, des Draingebiets und des Sourcegebiets,
in einer selbstjustierenden Weise zu erhalten. Das Reduzieren der
Kanallänge
erfordert daher ebenso eine entsprechende Reduzierung der Größe der Gateelektrode.
Im Wesentlichen kann die Gateelektrode als ein leitungsähnliches
Schaltungselement betrachtet werden, dessen Breite mit der entsprechenden
Kanallänge
in Beziehung steht und damit auch als "Gatelänge" bezeichnet wird. Da die Herstellung
der Transistorelemente, insbesondere das Erzeugen eines geeignet
geformten Dotierprofiles in den Drain- und Sourcegebieten, mehrere
Hochtemperaturprozesse erfordert, ist Polysilizium das bevorzugte
Material für
die Gateelektrode auf Grund der günstigen und gut verstandenen
Eigenschaften der Silizium/Siliziumdioxid-Grenzfläche, da
Siliziumdioxid häufig
als die Gateisolationsschicht verwendet wird, die das Kanalgebiet
von der Gateelektrode trennt. Obwohl das Herstellen der Polysiliziumgateelektrode
vor der Herstellung der Drain- und
Source-Gebiete eine selbstjustierte Transistorgeometrie sicherstellt,
erweist es sich, dass komplexe, präzise definierte Dotierprofile
in der lateralen Richtung erforderlich sind, um das geforderte Transistorverhalten äußerst größenreduzierter
Transistorelemente bereitzustellen. Aus diesem Grunde werden sogenannte "Seitenwandabstandselemente" an den Seitenwänden der
Gateelektrode gebildet, die als dielektrische Erweiterungen der
Gateelektrode betrachtet werden können, um entsprechend die lateralen
Abmessungen der Gateelektrode zu gestalten, die als eine Implantationsmaske
während
mehrerer Implantationssequenzen zur Erzeugung des erforderlichen Dotierprofiles
dient. Da die Abmessungen der Seitenwandabstandselemente im Wesentlichen
das schließlich
erhaltene Dotierprofil bestimmen, kann die Herstellung der Seitenwandabstandselemente
in zwei Schritten ausgeführt
werden, um eine verbesserte Prozesssteuerung während der Herstellung eines
ersten Seitenwandabstandselements und während einer nachfolgenden Herstellung
eines zweiten Seitenwandabstandselements zu erhalten, wobei abhängig von
den Prozesserfordernissen entsprechende Implantationszyklen während der
diversen Phasen des Herstellungsprozesses für die Abstandselemente ausgeführt werden
können.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1d ist
ein typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung einer
Gateelektrode beschrieben, die erste und zweite Seitenwandabstandselemente
enthält,
um damit ein laterales Dotierprofil bereitzustellen, das für äußerst größenreduzierte
Transistorelemente erforderlich ist.
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In 1a umfasst
ein Transistorelement 100 ein Substrat 101, beispielsweise
ein großvolumiges Siliziumsubstrat
oder ein SOI-(Silizium auf Isolator)-Substrat einschließlich eines
kristallines Gebiets 103, das auch als "aktives Gebiet" bezeichnet werden kann, und das von
einer Isolationsstruktur 102 umschlossen ist, die in der
Form einer Grabenisolationsstruktur in modernen Bauelementen typischerweise
vorgesehen ist. Eine Polysiliziumgateelektrode 104 ist
auf einer Gateisolationsschicht 105 gebildet, die beispielsweise
in Form eines Siliziumdioxidschicht vorgesehen ist, und die die
Gateelektrode 104 von einem Ka nalgebiet 106 trennt.
Die horizontale Ausdehnung der Gateelekrode 104 in 1a wird
als "Gatelänge" bezeichnet. Eine
dielektrische Beschichtung 107 mit Siliziumdioxid ist an
den Seitenwänden 109 der
Gateelektrode 104 sowie an der oberen Oberfläche davon
und an anderen Oberflächenbereichen
des Transistors 100 gebildet. Des weiteren sind verkürzte Seitenwandabstandselemente 108 auf
der Beschichtung 107 so gebildet, dass diese einen oberen
Bereich 110 der Gateelektrode 104 nicht bedecken.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Transistors 100,
wie er in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse beinhalten. Nach der Herstellung der Grabenisolationsstruktur 102 mittels fortschrittlicher
Photolithographie-, Ätz-
und Abscheidetechniken werden Implantationszyklen ausgeführt, um
ein erforderliches vertikales Dotierprofil (nicht gezeigt) in dem
aktiven Gebiet 103 herzustellen. Danach wird eine isolierende
Schicht mit einer erforderlichen Dicke und Zusammensetzung, die
für die Gateisolationsschicht 105 geeignet
ist, beispielsweise durch gut etablierte Oxidations- und/oder Abscheidetechniken
gebildet. Als nächstes
wird eine Polysiliziumschicht mit spezifizierter Dicke abgeschieden und
zusammen mit der isolierenden Schicht durch modernste Photolithographie-
und Ätztechniken strukturiert,
um die Gateelektrode 104 und die Gateisolationsschicht 105 zu
bilden. Danach wird ein Ionenimplantationsprozess ausgeführt, um
dotierte Erweiterungsgebiete 111 zu bilden, wobei die Gateelektrode 104 als
eine Implantationsmaske verwendet wird. Danach wird die Beschichtung 107 beispielsweise
durch das Abscheiden von Siliziumdioxid oder durch einen Oxidationsprozess
gebildet. Nachfolgend wird eine Siliziumnitridschicht konform mit
einer vordefinierten Dicke, die im Wesentlichen eine schließlich erhaltene
Breite des Seitenwandabstandselements 108 bestimmt, abgeschieden.
Anschließend
wird die Siliziumnitridschicht anisotrop geätzt mit einer Ätzchemie,
die eine hohe Selektivität
in Bezug auf das Siliziumdioxid aufweist. Während des anisotropen Ätzprozesses
kann die Ätzzeit
so gesteuert werden, um das Maß an
Verkürzung
des Seitenwandabstandselements 108 einzustellen, wodurch die
Größe des freigelegten
oberen Seitenwandbereichs 110 bestimmt wird. Auf Grund
der hohen Selektivität,
die von der Ätzchemie
bereitgestellt wird, stoppt der Ätzprozess
zuverlässig
auf den freigelegten Bereichen der Siliziumdioxidbeschichtung 107. Nach
der Vertiefung bzw. Verkürzung
des Seitenwandabstandselements 108 wird der Transistor 100 in
eine weitere anisotrope Ätzatmosphäre eingebracht,
die eine Ätzchemie
aufweist, die Siliziumdioxid selektiv zu Silizium abträgt.
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1b zeigt
schematisch das Transistorelement 100 nach Abschluss des
anisotropen Silziumdioxidsprozesses. Auf Grund der anisotropen Natur der
Siliziumdioxidätzung
ist der obere Seitenwandbereich 110 nicht vollständig freigelegt,
woraus Siliziumdioxidreste 112 resultieren. Nach der Herstellung der
Seitenwandabstandselemente 108 kann ein weiterer Ionenimplantationszyklus
so ausgeführt
werden, um das laterale Dotierprofil in den Gebieten 111 zu
modifizieren, oder abhängig
von der angewendeten Prozesstechnologie kann ein zweites Seitenwandabstandselement
gebildet werden, bevor die entsprechenden Implantationszyklen ausgeführt werden,
um das gewünschte
laterale Dotierprofil zu erhalten. Das Bereitstellen eines ersten
Seitenwandabstandselements, d. h. des Seitenwandabstandselements 108,
vor oder zwischen technisch anspruchsvollen Implantationszyklen
kann die Gesamttransistoreigenschaften deutlich verbessern, indem
die Abstandselementsbreite genauer gesteuert werden kann, und/oder
indem das Dotierprofil mit einer feineren lateralen "Auflösung" modifiziert werden
kann.
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1c zeigt
schematisch das Transistorelement 100 in einem fortgeschrittenen
Herstellungsstadium, wobei zweite Seitenwandabstandselemente 115,
die Siliziumnitrid aufweisen, an den ersten Seitenwandabstandselementen 108 ausgebildet
sind, wobei eine weitere Oxidbeschichtung 114 die Abstandselemente 108 und 115 trennt.
Wie zuvor erläutert
ist, kann mittels der ersten und zweiten Seitenwandabstandselemente 108 und 115 das
laterale Dotierprofil in dem aktiven Gebiet 103 in geeigneter Weise
so geformt werden, um damit die Erweiterung 111 und die
entsprechenden Drain- und Sourcegebiete 113 zu bilden.
Des weiteren ermöglichen
die Seitenwandabstandselemente das Herstellen äußerst leitfähiger Metallsilizide auf den
Drain- und Sourcegebieten 113 und auf der Gateelektrode 104 in
einer selbstjustierenden Weise. Obwohl die Gateelektrode 104 eine
Dotierstoffdosis empfangen hat, die der Dosis entspricht, die zur
Herstellung der Drain- und Sourcegebiete 113 und der Erweiterung 111 verwendet
wurde, ist der Widerstand des Polysiliziums dennoch deutlich höher als
jener von Metall, etwa von Aluminium, und kann damit zu einer nicht tolerierbaren
Signalausbreitungsverzögerung
während
des Betriebs des Bauteils 100 führen. Insbesondere wenn die
Gatelänge
reduziert wird, kann die reduzierte Querschnittsfläche im Zusammenwirken
mit einer nicht ausreichenden Dotierstoffkonzentration in der Nähe der Gateisolationsschicht 105 zu
einem erhöhten
Gateleitungswiderstand führen.
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In
dem Bemühen,
den Widerstand dotierter Siliziumgebiete zu reduzieren, ist es übliche Praxis geworden,
ein Metallsilizid auf dem Drain- und Sourcegebiet 113 und
der Gatee lektrode 104 zu bilden. Da diese Metallsilizidgebiete
in einer gemeinsamen Prozesssequenz hergestellt werden, ist die
Tiefe des auf der Gateelektrode 104 gebildeten Metallsilizids durch
die Tiefe der Drain- und Sourcegebiete 113 beschränkt, da
das Metallsilizid sich nicht in das invers dotierte aktive Gebiet 103 ausdehnen
darf. In der Tat erforderte eine reduzierte Gatelänge und
damit eine reduzierte Transistorabmessung jedoch das Bereitstellen äußerst flacher
Source- und Draingebiete 113 in Verbindung mit einer äußerst dünnen Gateisolationsschicht,
um die gewünschte
Steuerbarkeit des Transistors 100 sicherzustellen. Daher
ist die entsprechende Dicke eines Metallsilizidgebiets auf der Oberseite
der Gateelektrode 104 durch die Erfordernisse für flache
Drain- und Sourcegebiete beschränkt und
damit ist der Anstieg des Widerstandes einer größenreduzierten Gateelektrode
unter Umständen nicht
so effizient kompensierbar, wie dies erforderlich ist. Daher wird
der obere Bereich 110 der Seitenwand 109 freigelegt,
um einen vergrößerten Diffusionsweg während der
chemischen Reaktion zwischen dem Metall und dem Silizium in der
Gateelektrode 104 bereitzustellen, wodurch darin ein vergrößertes Metallsilizidgebiet
gebildet wird. Aus diesem Grunde werden die ersten und zweiten Abstandselemente 108 und 115 verkürzt, um
einen vergrößerten Oberflächenbereich
der Gateelektrode 104 freizulegen, während dennoch die geforderte
laterale Formung des Dotierprofils erreicht wird.
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Daher
wird nach dem Entfernen der freigelegten Bereiche der Siliziumdioxidbeschichtung 114 mittels
eines anisotropen Ätzprozesses
und eines nachfolgenden Reinigungsprozesses zum Entfernen von Oxidresten
ein hochschmelzendes Metall, etwa Kobalt, über dem Transistor 100 abgeschieden
und es wird eine Wärmebehandlung
durchgeführt,
um eine chemische Reaktion zwischen dem hochschmelzenden Metall
und dem Silizium zu bewirken.
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1d zeigt
schematisch den Transistor 100 mit einer Kobaltschicht 116,
die darauf gebildet ist. Obwohl ein Reinigungsprozess ausgeführt wird, können dennoch
die Reste 112, 117 der Oxidbeschichtungen 107 und 114 vorhanden
sein, die aus dem vorhergehenden anisotropen selektiven Ätzprozess
resultieren. Daher ist der obere Seitenwandbereich 110 nicht
vollständig
freigelegt und damit wird die Kobaltdiffusion deutlich behindert,
woraus sich eine reduzierte Kobaltsilizidbildung ergibt. Da die Höhe des ersten
und des zweiten Abstandelements 108 und 115 nicht
beliebig reduziert werden kann, um nicht übermäßig die blockierende Wirkung
während der
Implantationszyklen zu beeinflussen, beeinträchtigen die Siliziumoxidreste 112, 117 die
wirksame Erhöhung
der Leitfähigkeit
in deutlicher Weise.
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Die
Patentschrift
US 6
498 067 B1 offenbart ein Verfahren zum Bilden von verkürzten Verbundabstandselementen
auf Seitenwänden
von Gatestrukturen. Die Verbundabstandselemente können Siliziumnitrid
und Siliziumoxynitrid aufweisen und sind auf einer Siliziumoxidschicht
gebildet. Eine zusätzliche Isolationsstruktur
8b bedeckt
die oberen Bereiche der Seitenwände
der Gatestruktur. Dadurch entsteht eine Seitenwandabstandsisolationsstruktur,
die das Risiko von leitenden Brücken
(d. h. von Kurzschlüssen),
die in einem nachfolgenden Silizidprozess gebildet werden könnten, reduziert.
Das Vorhandensein der Isolationsstruktur
8b schützt die
Siliziumoxidschicht während
eines HF-Nassätz-Prozesses,
wodurch die Seiten der Gatestruktur im wesentlichen nicht freigelegt
werden und folglich kein Metallsilizid an den Seiten der Gatestruktur
gebildet wird. Der elektrische Widerstand derartiger Gatestrukturen kann
bei den geringen Gatelängen
moderner Feldeffekttransistoren den erforderlichen Wert überschreiten.
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Die
Veröffentlichung
der Patentanmeldung
US
2003/0011080 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen
von Siliziumdioxidabstandselemeten. In einer Ausführungsform
werden verkürzte
Siliziumoxidabstandselemente benachbart zu den Seitenwänden einer
Gateelektrode gebildet. Anschließend werden dicke, verkürzte Seitenwandabstandselemente auf
den Siliziumoxidabstandselementen gebildet. Die dicken Seitenwandabstandselemente
umfassen ein dielektrisches Material, das Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid
oder eine Kombination dieser Materialien aufweist. Anschließend werden
Abdeckungen auf den freiliegenden Bereichen der Siliziumoxidabstandselemente
gebildet und ein Silizidbildungsprozess wird durchgeführt. Die
Rückstände der
Abdeckschicht und eventuelle Siliziumdioxidrückstände müssen in getrennten Reinigungsschritten
von der Gateelektrode entfernt werden.
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Die
Patentschrift
US 6 017
823 A offenbart ein Verfahren zum Bilden eines MOSFETS
mit verbesserten Gateseitenwandabstandselementen. In einer Ausführungsform
werden erste Siliziumoxidseitenwandelemente gebildet und anschließend nass geätzt, um
Oberflächenbereiche
der Seitenwandelemente zu entfernen, wobei die Dicke der Abstandselemente
reduziert wird. Anschließend
wird ein zweiter Siliziumoxidfilm abgeschieden und zurückgeätzt, um zweite
Siliziumoxidabstandselemente auf den ersten zu bilden. Anschließend wird
ein Metallfilm abgeschieden, um selektiv Metallsilizidfilme zu bilden.
Die Vielzahl der verwendeten Schritte schmälert die Kosteneffizienz des
vorgeschlagenen Verfahrens. Aufgrund dessen, dass beide Seitenwandelemente
aus Siliziumoxid sind, besteht insb. beim ersten Seitenwandelement
keine Ätzselektivität gegenüber Siliziumdioxid.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verfahren
für die
Herstellung verkürzter
Doppelseitenwandabstandselemente bereitzustellen, um den Silizidbildungsprozess
zuverlässiger
und kosteneffizienter auszuführen.
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ÜBERBLICK üBER DIE ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik
zur Bildung nacheinander zumindest eines ersten und eines zweiten
verkürzten Seitenwandabstandselements
an Seitenwänden
eines Halbleiterleitungselements, etwa einer Polysiliziumgateelektrode,
wobei die Metalldiffusion in die Halbleiterleitung im Vergleich
zu den konventionellen Techniken verbessert ist.
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In
einer Ausführungsform
weist zumindest das äußere Seitenwandabstandselement
ein Material auf, das im Wesentlichen die gleiche Ätzrate zeigt, wie
ein Material, das den innersten Bereich eines ersten Seitenwandabstandselements
bildet, das mit der Halbleiterleitung in Kontakt ist. Beispielsweise
kann das äußere Seitenwandabstandselement
Siliziumdioxid aufweisen, so dass während eines selektiven anisotropen Ätzprozesses
zur Herstellung des äußeren Seitenwandabstandselementes
gleichzeitig eine während
des inneren Seitenwandabstandselements verwendete Oxidbeschichtung
ebenso entfernt werden kann. Folglich kann ein oberer Bereich einer Halbleiterleitung,
etwa einer Polysiliziumleitung, für die Metalldiffusion effizienter
freigelegt werden, als in konventionellen Techniken.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Verfahren gemäß den Ansprüchen 1,
9, 21 und 30 gelöst.
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Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Figuren zeigen:
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1a bis 1d schematisch
Querschnittsansichten eines typischen konventionellen Prozessablaufs
zur Herstellung verkürzter
Seitenwandabstandselemente einer Gateelektrode;
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2a bis 2c schematisch
Querschnittsansichten eines Transistorelements während der Herstellung verkürzter Seitenwandabstandselemente,
wobei ein vergrößerter Seitenwandbereich
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung freigelegt wird;
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3a bis 3c schematisch
Querschnittsansichten eines Transistorelements während diverser Herstellungsphasen
bei der Bildung verkürzter Seitenwandabstandselemente
gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
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4a bis 4c schematisch
diverse Phase der Herstellung von Seitenwandabstandselementen, wobei
erste und zweite Seitenwandabstandselemente aus im Wesentlichen
dem gleichen Material gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gebildet 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 nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie in
den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offengelegten 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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Im
Folgenden werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben, wobei auf einen Feldeffekttransistor auf Siliziumbasis mit
einer Polysiliziumgateelektrode Bezug genommen wird, in der ein
Metallsilizidgebiet gebildet wird, um den elektrischen Schichtwiderstand
zu verringern. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung auch auf beliebige Polysiliziumleitungen
und Strukturelemente angewendet werden können, die eine deutliche Reduzierung
des Widerstandes mittels eines selbstjustierenden Silizidierungsprozesses
erfordern. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht auf eine
Gateelektrode eines Feldeffekttransistors eingeschränkt betrachtet werden,
sofern derartige Einschränkungen
nicht explizit in den angefügten
Patentansprüchen
angeführt
sind.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2c, 3a bis 3c und 4a bis 4c werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, wobei ähnliche
oder identische Komponenten durch die gleiche Bezugszeichenzahl
gekennzeichnet sind, mit Ausnahme der ersten Stelle, die entsprechend
der Nummer der entsprechenden Fig. bezeichnet ist.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Transistorelements 200 mit
einem Substrat 201, etwa einem Silziumsubstrat, einem SOI-Substrat
oder einem anderen Halbleitersubstrat mit einem darauf gebildeten
im Wesentlichen kristallinen Halbleitergebiet 203, das
auch als ein "aktives Gebiet" bezeichnet wird
und von einer Isolationsstruktur 202 umschlossen ist. Im
Folgenden wird angenommen, dass das aktive Gebiet 203 im
Wesentlichen aus Silizium aufgebaut ist, wobei jedoch andere Halbleiterverbindungen
verwendbar sind, wenn diese als geeignet erachtet werden. Drain-
und Sourcegebiete 213 einschließlich entsprechender Erweiterungen 211 sind
in dem aktiven Gebiet 203 gebildet und definieren dazwischen
ein Kanalgebiet 206. Eine Gateelektrode 204, die
beispielsweise aus Polysilizium aufgebaut ist, ist über dem
Kanalgebiet 206 gebildet und ist davon durch eine Gateisolationsschicht 205 getrennt.
Ein erstes Seitenwandabstandselement 208 ist benachbart
zu einer Seitenwand 209 der Gateelektrode 204 gebildet,
wobei eine Beschichtung 207, die aus einem ersten dielektrischen
Material, etwa Siliziumdioxid, aufgebaut ist, die Seitenwand 209 von
dem ersten Seitenwandabstandselement 208 trennt. Das erste
Seitenwandabstandselement 208 ist vertieft bzw. verkürzt, so
dass dieses einen oberen Seitenwandbereich 210 der Gateelektrode 204 nicht
bedeckt. In einem typischen Beispiel kann der obere Seitenwandbereich 210 eine
Ausdehnung in der Tiefenrichtung von ungefähr 10 bis 15 nm aufweisen,
abhängig
von der anfänglichen
Dicke der Gateelektrode 204. Das Verkürzen des ersten Seitenwandabstandselements 208 zum
Definieren des oberen Seitenwandbereichs wird vorzugsweise so durchgeführt, dass
eine ausreichende blockierende Wirkung in nachfolgenden Implantationsprozessen mit
spezifizierten Implantationsparametern erreicht wird. Ein zweites
Seitenwandabstandselement 215 ist an dem ersten Seitenwandabstandselement 208 gebildet
und kann gemäß einer
speziellen Ausführungsform
aus dem ersten dielektrischen Material aufgebaut sein. Das erste
dielektrische Material ist so gewählt, um das Erstellen einer
anisotropen und/oder isotropen Ätzchemie
mit einer erforderlichen Ätzselektivität in Bezug
auf das Material der Drain- und Sourcegebiete 213 und der
Gateelektrode 204 zu ermöglichen. Wenn beispielsweise
das erste dielektrische Material Siliziumdioxid ist und der Transistor 200 ein
Bauteil auf Siliziumbasis, sind entsprechende selektive Ätzrezepte
im Stand der Technik gut etabliert. In einer speziellen Ausführungsform weist
das erste Seitenwandabstandselement 208 Siliziumnitrid
auf, das wiederum eine hohe Ätzselektivität zu Siliziumdioxid
zeigt.
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Ein
typischer Prozessablauf kann ähnliche Prozesse
aufweisen, wie sie bereits mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben
sind. D. h., die Herstellung der Grabenisolation 202, das
Strukturieren der Gateelektrode 204 und der Gateisolationsschicht 205,
die Abscheidung und das Ätzen
der entsprechenden Materialschichten für die Beschichtung 207 und
das erste Seitenwandabstandselement 208 kann unter Anwendung
gut etablierter Prozesse durchgeführt werden. Der anisotrope Ätzprozess
zur Bildung des ersten Seitenwandabstandselements 208 wird
so gesteuert, um das erforderliche Maß an Verkürzung zur Freilegung des oberen
Seitenwandbereichs 210 und des entsprechenden Beschichtungsmaterials 207 zu
erreichen. Danach kann ein weiterer anisotroper Ätzprozess ausgeführt werden, um
das Beschichtungsmaterial 207 an horizontalen Oberflächenbereichen
mit einer Ätzchemie
mit einer hohen Selektivität
gegenüber
dem Material der Gateelektrode 204 und den Drain- und Sourcegebieten 213 zu
entfernen, wie dies in ähnlicher
Weise mit Bezug zu 1 erläutert ist.
Somit kann der obere Seitenwandbereich 210 dennoch teilweise
mit der Beschichtung 207 bedeckt sein, wie dies in 2a gezeigt
ist. In anderen Ausführungsformen
(nicht gezeigt) kann das anisotrope Ätzen der Beschichtung 207 weggelassen
werden und abhängig
von Prozesserfordernissen können
weitere Implantationen durch die Beschichtung 207 hindurch
ausgeführt werden.
Danach wird eine Schicht mit dem ersten dielektrischen Material
konform mit einer Dicke entsprechend einer Breite des zweiten Abstandselements 215 abgeschieden.
Anschließend
wird das zweite Seitenwandabstandselement 215 mittels eines
anistropen Ätzprozesses
strukturiert, wobei die vordefinierte Ätzselektivität zwischen
dem ersten dielektrischen Material und dem Halbleitermaterial einen übermäßigen Materialabtrag
von freigelegten Halbleiterbereichen auf der Gateelektrode 204 und
den Drain- und Sourcegebieten 213 verhindert, wenn eine
gewünschte Überätzzeit benutzt
wird, um die Höhe
des zweiten Abstandselements 215 der Höhe des bereits verkürzten ersten
Seitenwandabstandselements 208 entsprechend anzupassen.
Im Gegensatz zum konventionellen Vorgehen wird während des Verkürzens des
zweiten Seitenwandabstandselements 215 die Beschichtung 207 ebenso
geätzt, wodurch
der obere Seitenwandbereich 210 vermehrt freigelegt wird.
Danach können
weitere Implantationszyklen und Ausheizprozesse ausgeführt werden, um
das letztlich erforderliche laterale Dotierprofil der Drain- und
Sourcegebiete 213 und der Erweiterung 211 zu erhalten.
Entgegen dem konventionellen Prozessablauf wird daher nach der Bildung
des zweiten Seitenwandabstandselements 215 der obere Seitenwandbereich 210 im
Wesentlichen freigelegt, wobei das gleiche laterale Dotierprofil
und damit im Wesentlichen die gleichen Transistoreigenschaften wie
im konventionellen Falle erreicht werden. Vorteilhafterweise ist
eine Abscheidesequenz zur Bildung einer Beschichtung zwischen dem
ersten und dem zweiten Seitenwandabstandselement unnötig, wodurch
die Prozesseffizienz verbessert wird. Wie zuvor erläutert ist,
kann ferner in einigen Ausführungsformen
ein anisotroper Ätzprozess
zum Entfernen der Beschichtung 207 vermieden werden, um
damit weiter die Produktionskosten zu reduzieren.
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2b zeigt
schematisch das Transistorbauteil 200 nach einem Reinigungsprozess,
um Oxidreste von freigelegten Oberflächenbereichen zu entfernen.
In einer Ausführungsform
kann ein nasschemischer Oxidätzprozess
auf der Grundlage verdünnten
Fluorwasserstoffs (HF) ausgeführt
werden, um Oxidreste insbesondere von dem oberen Seitenwandbereich 210 effizient
zu entfernen. In Ausführungsformen,
in denen das erste dielektrische Material ein anderes Material als
Siliziumdioxid aufweist, kann eine entsprechend angepasste Ätzchemie
angewendet werden, um die Materialreste zu entfernen. In anderen
Ausführungsformen
kann ein isotroper Trockenätzprozess
ausgeführt
werden, um im Wesentlichen vollständig Reste der Beschichtung 207 auf
dem oberen Seitenwandbereich 210 und selbstverständlich von
anderen freigelegten Oberflächenbereichen
zu entfernen. Während
des isotropen Ätzprozesses
zum Entfernen der Materialreste wird auch die Gesamtgröße des zweiten
Seitenwandabstandselements 215 verringert, wobei schließlich eine
reduzierte Breite 215a des Seitenwandabstandselements 215 das
Freilegen eines zusätzlichen Oberflächenbereichs 213a der
Drain- und Sourcegebiete 213 ermöglicht, der dann ebenfalls
für den
folgenden Silizidierungsvorgang zur Verfügung steht. In einigen Ausführungsformen
kann daher der isotrope Ätzprozess
zum Entfernen von Materialresten des ersten dielektrischen Materials
beispielsweise durch geeignetes Einstellen der Ätzzeit gesteuert werden, um
eine erforderliche laterale Ausdehnung des freigelegten Oberflächenbereichs
der Drain- und Sourcegebiete 213 zu
erhalten, um damit einen Kontaktwiderstand durch Bereitstellen eines
vergrößerten Silizidbereiches
zu reduzieren.
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In
einigen Ausführungsformen
kann, wie gezeigt, der isotrope Ätzprozess
einen "Unterätzungs-"bereich 210a zwischen
der Seitenwand 209 und dem ersten Seitenwandabstandselement 208 hervorrufen.
In einigen Ausführungsformen
kann sich dieses Unterätzungsgebiet 210a bis
ungefähr
5 bis 20 nm erstrecken und kann als vorteilhaft erachtet werden,
solange die mechanische Unversehrtheit des Seitenwandabstandselements 208 nicht
ungebührlich
beeinträchtigt
wird.
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2c zeigt
schematisch einen Teil des Transistors 200 mit einer Schicht 216 aus
hochschmelzendem Metall, etwa Kobalt, Titan, Nickel und dergleichen,
wobei der Diffusionsbereich des hochschmelzenden Metalls in die
Gateelektrode 204 durch das im Wesentlichen vollständige Freilegen des
oberen Seitenwandbereichs 210 vergrößert ist während einer Wärmebehandlung
zum lngangsetzen einer chemischen Reaktion. Daher kann sich eine
dickere Metall/Halbleiterverbindung, etwa ein Metallsilizid, in
der Gateelektrode 204 im Vergleich zu dem konventionellen
Prozessablauf ausbilden. Das vergrößerte Metallsilizidgebiet ermöglicht daher
die wirksame Kompensierung einer reduzierten Querschnittsfläche, die
durch die fortschreitende Größenreduzierung
von Transistorelementen hervorgerufen wird, wobei zusätzlich der
Kontaktwiderstand zu den Drain- und Sourcegebieten ebenso auf Grund
der vergrößerten lateralen
Ausdehnung des entsprechenden Metallsilizids (siehe 2b)
verringert wird.
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In
Ausführungsformen
mit dem Unterätzungsbereich 210a kann
die anfängliche
Dicke D der Beschichtung 207 so gewählt werden, dass der Unterätzungsbereich 210a zuverlässig mit
dem hochschmelzenden Metall 216 gefüllt wird. Dazu kann die anfängliche
Dicke der Schicht zur Bildung des ersten Seitenwandabstandselements 208 so
eingestellt werden, um die Abstandselementsbreite entsprechend zu
reduzieren und um die erforderliche Gesamtbreite der Beschichtung 207 des
Abstandselements 208 zu erhalten. In einer anschaulichen
Ausführungsform
kann die Dicke der Beschichtung 207 im Bereich von ungefähr 3 bis
10 nm liegen. Ein entsprechend ausgebildeter Unterätzungsbereich 210a kann
zuverlässig
mittels Sputterabscheidung während
der Bildung der hochschmelzenden Metallschicht 216 gefüllt werden
und stellt damit einen vergrößerten Diffusionsweg
für die
Silizidierung bereit.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie zuvor angemerkt ist, sind
Komponenten, die denen in den 2a bis 2c gezeigten ähnlich sind,
mit den gleichen Bezugszahlen mit Ausnahme einer "3" als die erste Zahl bezeichnet.
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In 3a ist
der Transistor 300 in einem Herstellungsstadium gezeigt,
in welchem die ersten Seitenwandabstandselemente 308 auf
der darunter liegenden Beschichtung 307 gebildet sind,
wobei eine dielektrische Schicht 315a über der Grabenisolationsstruktur 302,
dem aktiven Gebiet 303 und der Gateelektrode 304 gebildet
ist. Die dielektrische Schicht 315a weist im Wesentlichen
das gleiche Material wie die Beschichtung 307 auf und zeigt
somit eine vordefinierte Ätzselektivität zu der
Gateelektrode 304 und dem aktiven Gebiet 303.
In einer speziellen Ausführungsform
weisen die dielektrische Schicht und die Beschichtung 307 im
Wesentlichen Siliziumdioxid auf.
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Prozesse
zur Herstellung des Transistors 300 können im Wesentlichen die gleichen
Schritte aufweisen, wie sie bereits mit Bezug zu 2a beschrieben
sind, wobei vorteilhafter Weise ein anisotroper Ätzprozess zum Entfernen der
Beschichtung 307 von horizontalen Oberflächenbereichen
weggelassen werden kann, da die Beschichtung 307 dann mittels
eines nachfolgenden anisotropen Ätzprozesses
zur Bildung zweiter Abstandselemente aus der Schicht 315a entfernt
werden kann.
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3b zeigt
schematisch das Bauteil 300 nach Abschluss des anisotropen Ätzprozesses.
D. h., die zweiten Abstandselemente 315 sind benachbart zu
den ersten Abstandselementen 308 und, entsprechend einer
Ausführungsform,
benachbart zu dem oberen Seitenwandbereich 310 gebildet.
Daher kann ein übermäßiges anisotropes Überätzen der
Schicht 315 zum Freilegen des oberen Seitenwandbereichs 310 vermieden
werden, wodurch Schäden
an den freigelegten Oberflächenbereichen
der Gateelektrode 304 und den Erweiterungen 311 reduziert
werden. Danach können
weitere Implantations- und Ausheizzyklen ausgeführt werden, um die Drain- und
Sourcegebiete 313 zu bilden. Vor der Herstellung eines
Metallsilizids wird der obere Seitenwandbereich 310 mittels
Ausführens
eines isotropen Ätzprozesses
freigelegt, der selektiv zu dem freigelegten Oberflächenbereich
der Gateelektrode 304 und den Drain- und Sourcegebieten 313 ist,
wobei der isotrope Ätzprozess
als ein Trockenätzprozess
oder als ein nasschemischer Prozess ausgeführt werden kann. Typischerweise
zeigen isotrope Ätzprozesse
eine erhöhte
Selektivität
und erzeugen deutlich weniger Schäden an freigelegten Oberflächen im
Vergleich zu einem entsprechenden anisotropen Ätzprozess. Auf Grund der isotropen
Natur wird zusätzlich
die Breite des zwei ten Abstandselements 315 verringert,
wobei die gewünschte
Reduzierung in der Höhe
und der Breite durch entsprechendes Einstellen der Ätzzeit für ein gegebenes
isotropes Ätzprozessrezept
steuerbar ist. In einigen Ausführungsformen
kann das zweite Abstandselement im Wesentlichen sogar vollständig entfernt
werden. In einer Ausführungsform
kann der isotrope Ätzprozess
als ein nasschemischer Ätzprozess
gestaltet sein, der ferner Materialreste auf freigelegten Oberflächenbereichen
entfernt, so dass ein entsprechender Reinigungsprozess weggelassen werden
kann.
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3c zeigt
schematisch den Transistor 300 nach Abschluss des oben
beschriebenen Ätzprozesses
zum Reduzieren der Größe des zweiten
Seitenwandabstandselements 315. Wie gezeigt, ist der obere
Seitenwandbereich 310 im Wesentlichen vollständig entsprechend
einer vertikalen Ausdehnung freigelegt, die durch die Parameter
des isotropen Ätzprozesses
bestimmt ist. In einer Ausführungsform wird
die Höhe
des verkürzten
ersten Abstandselements 308 so eingestellt, um im Wesentlichen
der vertikalen Ausdehnung des oberen Seitenwandbereichs 310,
der durch den isotropen Ätzprozess
freigelegt ist, zu entsprechen. Auf diese Weise kann ein Unterätzungsbereich
minimiert werden, wenn eine Unterätzung als ungeeignet erachtet
wird. Ansonsten kann der Unterätzungsbereich
bewusst verwendet werden, um den effektiven Diffusionspfad weiter
zu vergrößern, wie
dies mit Bezug zu den 2b und 2c beschrieben
ist. Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird die laterale
Ausdehnung 330 der Drain- und Sourcegebiete 313 deutlich vergrößert. Somit
wird eine verbesserte Steuerbarkeit des Drain/Source-Kontaktwiderstandes
bereitgestellt, wobei gleichzeitig die Prozesskomplexität durch
Eliminieren eines anisotropen Ätzprozesses zum
Entfernen der Beschichtung 307 verringert wird.
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Mit
Bezug zu den 4a bis 4c werden nun
weitere anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie zuvor dargelegt ist,
sind Komponenten, die den in 2a bis 2c und 3a bis 3c gezeigten
Komponenten ähnlich
sind, mit den gleichen Bezugszahlen belegt mit Ausnahme einer "4" als die erste Zahl.
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In 4a weist
der Transistor 400 eine Konfiguration auf, die ähnlich dem
Aufbau des Bauteils 300 in 3a ist,
mit der Ausnahme, dass das erste Seitenwandabstandselement 408 im
Wesentlichen aus dem gleichen Material wie die dielektrische Schicht 415a aufgebaut
ist. Ferner kann die Beschichtung 307 weggelassen werden,
wie dies gezeigt ist, oder in anderen Ausführungsformen kann eine entsprechende
Beschichtung gebildet werden, die ebenso im Wesentlichen aus dem
gleichen Material aufgebaut ist wie das erste Seitenwandabstandselement 408 und
die dielektrische Schicht 415a. In einer speziellen Ausführungsform
sind das erste Seitenwandabstandselement 408 und die dielektrische Schicht 415a aus
Siliziumdioxid aufgebaut. Obwohl in einigen Ausführungsformen (nicht gezeigt)
das erste Seitenwandabstandselement 408 als ein verkürztes Abstandselement
ausgebildet sein kann, kann es in Hinblick auf eine reduzierte anisotrope Ätzzeit während der
Herstellung des Seitenwandabstandselements 408 in anderen
Ausführungsformen vorteilhaft
sein, dieses als Abstandselement bereitzustellen, das im Wesentlichen
alle Seitenwände
der Gateelektrode 404 bedeckt, wie dies in 4a gezeigt
ist. Danach kann ein selektiver anisotroper Ätzprozess ausgeführt werden,
um zweite Seitenwandabstandselemente benachbart zu dem ersten Seitenwandabstandselement 408 zu
bilden.
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4b zeigt
schematisch den Transistor 400 nach Abschluss des anisotropen Ätzprozesses, wobei
in einer Ausführungsform,
wie dies gezeigt ist, eine Überätzzeit vorgesehen
ist, um den oberen Seitenwandbereich 410 freizulegen, um
damit vertiefte bzw. verkürzte
Seitenwandabstandselemente 408 und 415 zu bilden.
In anderen Ausführungsformen kann
jedoch der anisotrope Ätzprozess
so ausgeführt werden,
um im Wesentlichen den oberen Seitenwandbereich 410 freizulegen,
wie dies mit Bezug zu 3b beschrieben ist. Nach abschließenden Implantations-
und Ausheizzyklen zur Herstellung der Drain- und Sourcegebiete 413 kann
ein weiterer isotroper Reinigungs- oder Ätzprozess durchgeführt werden,
um Oxidreste von freigelegten Oberflächenbereichen zu entfernen,
oder, wenn die Seitenwandabstandselemente 408 und 415 nicht
während des
vorhergehenden anisotropen Ätzvorganges
verkürzt
wurden, um den oberen Seitenwandbereich 410 freizulegen,
wodurch ferner auch die Breite des Seitenwandabstandselements 415 und
möglicherweise
jene des Seitenwandabstandselements 408 reduziert wird,
abhängig
von den Prozesserfordernissen. Hinsichtlich des isotropen Ätzprozesses
zum Reinigen und/oder Freilegen des oberen Seitenwandbereichs 410 gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu 2b aufgeführt sind.
In einer Ausführungsform
kann die Größe des oberen Seitenwandbereichs 410 unabhängig von
der schließlich
gewünschten
Breite des Seitenwandabstandselements 415 eingestellt werden,
indem ein erster Teil des oberen Seitenwandbereichs 415 durch den
anisotropen Ätzprozess
freigelegt wird und der verbleibende Teil durch den isotropen Ätzprozess freigelegt
wird, der ferner auch für
eine erforderliche Reduzierung der Breite des Seitenwandabstandselements 415 und
möglicherweise
des Abstandselements 408 sorgt.
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4c zeigt
schematisch den Transistor 400 nach Abschluss des isotropen
Reinigungs/Ätzprozesses
und nach Abschluss des Silizidierungsprozesses, wobei ein vergrößertes Metallsilizidgebiet 426 in
der Gateelektrode 404 und entsprechende Metallsilzidgebiete 427 mit
vergrößerter lateraler Ausdehnung
in den Drain- und Sourcegebieten 413 gebildet sind.
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Es
gilt also, die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die eine effiziente Vergrößerung eines
Halbleiteroberflächenbereichs
für die
Metalldiffusion ermöglicht,
um damit eine Metall/Halbleiterverbindung in diesen Gebieten zu
bilden, wodurch deren Schichtwiderstand deutlich reduziert wird.
Insbesondere kann der Widerstand von Polysiliziumgateelektroden
deutlich reduziert werden, indem effizienter ein oberer Seitenwandbereich
freigelegt wird, so dass eine verstärkte Diffusion von beispielsweise
Kobalt oder anderen geeigneten hochschmelzenden Metallen stattfindet
und damit die entsprechende Silizidbildung deutlich verbessert wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass ein äußeres Seitenwandabstandselement
von zwei Seitenwandabstandselementen, die benachbart zueinander
ausgebildet sind, aus im Wesentlichen dem gleichen Material aufgebaut
ist wie eine Beschichtung oder eine innerste Schicht eines Seitenwandabstandselements,
so dass beim Materialabtrag des äußeren Seitenwandabstandselements
ebenso in effizienter Weise Material der Beschichtung oder des inneren
Seitenwandabstandselements abgetragen wird. Gleichzeitig wird die
Prozesskomplexität
nicht wesentlich erhöht
oder kann in einigen Ausführungsformen
sogar reduziert werden. Es sollte beachtet werden, dass die zuvor
beschriebenen Ausführungsformen
in einer beliebigen geeigneten Weise miteinander kombinierbar sind.
Insbesondere können
die obigen Ausführungsformen
auf Seitenwandabstandselementtechniken angewendet werden, die die
Herstellung dreier oder mehrerer Seitenwandabstandselemente zum
Erreichen eines verbesserten Transistorleistungsverhaltens erfordern.