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Im
Allgemeinen betrifft die Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Metallsilizidgebieten
auf siliziumenthaltenden leitenden Schaltungselementen, um deren
Schichtwiderstand zu verringern, sowie die hindurch hergestellten
integrierten Schaltungen.
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In
modernen integrierten Schaltungen mit hoher Packungsdichte werden
die Bauteilelemente ständig
in der Größe verringert,
um die Bauteilleistungsfähigkeit
und die Funktionalität
der Schaltung zu verbessern. Das Verringern der Bauteilgrößen zieht
jedoch gewisse Probleme nach sich, die teilweise die Vorteile aufwiegen
können,
die durch das Verringern der Strukturgrößen erreicht werden. Im Allgemeinen
führt das
Reduzieren der Größe beispielsweise
eines Transistorelementes, etwa eines MOS-Transistors, zu einem verbesserten Leistungsverhalten
auf Grund einer reduzierten Kanallänge des Transistorelements,
woraus ein höheres
Stromtreibervermögen
und eine erhöhte
Schaltungsgeschwindigkeit resultieren. Beim Reduzieren der Kanallänge von
Transistorelementen wird jedoch der elektrische Widerstand von Leitungen
und Kontaktgebieten, d. h. von Gebieten, die eine elektrische Verbindung
zu der Peripherie der Transistorelemente bereitstellen, ein wichtiges
Problem, da die Querschnittsfläche
dieser Leitungen und Gebiete ebenso reduziert wird. Die Querschnittsfläche bestimmt
jedoch in Kombination mit den Eigenschaften des Materials, aus denen
die Leitungen und die Kontaktgebiete gebildet sind, deren effektiven
elektrischen Widerstand.
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Des
weiteren erfordert eine große
Anzahl von Schaltungselementen pro Einheitsfläche auch eine erhöhte Anzahl
von Verbindungen zwischen diesen Schaltungselementen, wobei typischerweise
die Anzahl der erforderlichen Verbindungen in einer nicht linearen
Weise mit der Anzahl der Schaltungselemente ansteigt, so dass der
verfügbare
Platz für
Verbindungen noch mehr eingeschränkt
wird.
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Der
wesentliche Anteil integrierter Schaltungen basiert auf Silizium,
d. h. die meisten Schaltungselemente enthalten Siliziumgebiete in
kristalliner, polykristalliner und amorpher Form – dotiert
und undotiert –,
die als leitfähige
Bereiche dienen. Ein anschauliches Beispiel in dieser Hinsicht ist
eine Gateelektrode eines MOS-Transistorelements,
die als eine Polysiliziumleitung aufgefasst werden kann. Beim Anlegen
einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode bildet sich
ein leitender Kanal an der Grenzfläche einer dünnen Gateisolationsschicht und
eines aktiven Gebiets des Halbleitersubstrats. Obwohl das Reduzieren
der Strukturgröße eines Transistorelements
die Bauteilleistungsfähigkeit
auf Grund der reduzierten Kanallänge
verbessert, kann das Reduzieren der Größe der Gatelektrode (in der Gatelängenrichtung)
jedoch zu einer deutlichen Verzögerung
bei der Signalausbreitung entlang der Gateelektrode führen, d.
h. die Ausbildung des Kanals entlang der gesamten Ausdehnung (in
der Gatebreitenrichtung) der Gateelektrode kann verzögert werden.
Das Problem der Signalausbreitungsverzögerung wird für relativ
längliche
Polysiliziumleitungen, die einzelne Schaltungselemente oder unterschiedliche
Chipgebiete miteinander verbinden, noch relevanter sein. Daher ist
es äußerst wichtig,
den Schichtwiderstand von Polysiliziumleitungen und anderen siliziumenthaltenden
Kontaktgebieten zu reduzieren, um damit eine weitere Größenreduzierung der
Bauteile ohne Beeinträchtigung
der Leistungsfähigkeit
zu ermöglichen.
Aus diesem Grunde ist es übliche
Praxis geworden, den Schichtwiderstand von Polysiliziumleitungen
und Siliziumkontaktgebieten zu verringern, indem ein Metallsilizid
in und auf geeigneten Bereichen der entsprechenden siliziumenthaltenden
Gebiete gebildet wird.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1d wird
ein typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung von
Metallsilizid auf einem entsprechenden Bereich eines MOS-Transistorelements
als ein anschauliches Beispiel beschrieben, um die Reduzierung des
Schichtwiderstands von Silizium zu demonstrieren.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Transistorelements 100,
etwa eines MOS-Transistors, der auf einem Substrat 101 mit
einem siliziumenthaltenden aktiven Gebiet 102 gebildet
ist. Das aktive Gebiet 102 wird von einer Isolationsstruktur 103 umgeben,
die in dem vorliegenden Beispiel in Form einer Flachgrabenisolation
vorgesehen ist, die typischerweise für technisch weit entwickelte
integrierte Schaltungen verwendet wird. Stark dotierte Source- und
Draingebiete 104 mit Erweiterungsgebieten 105 sind
in dem aktiven Gebiet 102 gebildet. Die Source- und Draingebiete 104 mit
den Erweiterungsgebieten 105 sind lateral durch ein Kanalgebiet 106 getrennt.
Eine Gateisolationsschicht 107 isoliert elektrisch und
räumlich
eine Gateelektrode 108 von dem darunter liegenden Kanalgebiet 106. Abstandselemente 109 sind
an Seitenwänden
der Gateelektrode 108 gebildet. Eine hochschmelzende Metallschicht 110 ist über dem Transistorelement 100 mit
einer Dicke ausgebildet, die für
die weitere Verarbeitung beim Herstellen von Metallsilizidbereichen erforderlich
ist.
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Ein
typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung des Transistorelements 100,
wie er in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Schritte aufweisen. Nach dem Definieren des aktiven Gebiets 102 durch
Bilden der Flachgrabenisolationen 103 mittels modernster
Photolithographie- und Ätzverfahren,
werden etablierte und bekannte Implantationsschritte ausgeführt, um
ein gewünschtes
Dotierprofil in dem aktiven Gebiet 102 und dem Kanalgebiet 106 zu
erzeugen.
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Danach
werden die Gateisolationsschicht 107 und die Gateelektrode 108 durch
moderne Abscheide-, Photolithographie- und anisotrope Ätztechniken
gebildet, um eine gewünschte
Gatelänge
zu erhalten, die die horizontale Ausdehnung der Gateelektrode 108,
d. h. die in der Ebene der Zeichnung aus 1 liegt,
und die durch den Doppelpfeil 150 gekennzeichnet ist, zu
erhalten. Danach kann eine erste Implantationssequenz ausgeführt werden,
um die Erweiterungsgebiete 105 zu bilden, wobei abhängig von
den Entwurfserfordernissen zusätzlich
sogenannte Halo-Implantationen ausgeführt werden können.
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Anschließend werden
die Abstandselemente 109 durch Abscheiden eines dielektrischen
Materials, etwa Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid oder Strukturieren
des dielektrischen Materials durch einen anisotropen Ätzprozess
gebildet. Danach wird ein weiterer Implantationsprozess ausgeführt, um
die Source- und Draingebiete 104 zu bilden, woran sich Ausheizzyklen
anschließen,
um die Dotierstoffe zu aktivieren und um zumindest teilweise die
durch die Implantationssequenzen hervorgerufenen Gitterschäden auszuheilen.
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Nachfolgend
wird die hochschmelzende Metallschicht 110 auf dem Transistorelement 100 durch beispielsweise
chemische Dampfabscheidung (CVD) oder physikalische Dampfabscheidung
(PVD) abgeschieden. Vorzugsweise wird ein hochschmelzendes Metall,
etwa Titan, Kobalt, Nickel und dergleichen für die Metallschicht 110 verwendet.
Es zeigt sich jedoch, dass die Eigenschaften der diversen hochschmelzenden
Metalle während
der Herstellung eines Metallsilizids und danach in Form eines Metallsilizids
sich deutlich voneinander unterscheiden. Folglich hängt die
Auswahl eines geeigneten Metalls von den weiteren Entwurfsparametern
des Transistorelements 100 sowie den Prozessanforderungen
in den folgenden Prozessen ab. Beispielsweise wird Titan häufig zur
Herstellung eines Metallsilizids auf entsprechenden siliziumenthaltenden
Bereichen verwendet. Die elektrischen Eigenschaften des sich ergebenden
Titansilizids hängen
jedoch stark von den Abmessungen des Transistorelements 100 ab.
Titansilizid neigt dazu, sich an Korngrenzen des Polysiliziums anzusammeln
und kann daher den elektrischen Gesamtwiderstand erhöhen, wobei
diese Wirkung durch das Reduzieren der Strukturgrößen noch
betont wird, so dass die Verwendung von Titan für Polysiliziumleitungen, etwa
die Gateelektrode 108 mit einer lateralen Abmessung, d.
h. mit einer Gatelänge von
0.2 μm oder
weniger, nicht akzeptabel ist.
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Für Schaltungselemente
mit Strukturgrößen in dieser
Größenordnung
wird vorzugsweise Kobalt als hochschmelzendes Metall verwendet,
da Kobalt im Wesentlichen keine Tendenz zeigt, Korngrenzen des Polysiliziums
zu blockieren. Kobaltsilizid kann jedoch eine deutliche Verschlechterung
hinsichtlich seines Schichtwiderstandes bei äußerst größenreduzierten Bauteilen zeigen,
wie dies später
noch detaillierter erläutert
ist. Ein weiterer Kandidat, der häufig bei der Herstellung eines
Metallsilizids verwendet wird, ist Nickel, das jedoch zu einem beeinträchtigten Kontaktwiderstand
im Zusammenhang mit lokalen Verbindungsleitungen führen kann.
Um die Eigenschaften des Kobalts, das überlegene Kontakteigenschaften
aufweist und daher gegenwärtig
das bevorzugte Material für
Silizide ist, zu erläutern,
wird nunmehr angenommen, dass die Metallschicht 110 Kobalt
aufweist, um somit die Herstellung des Transistorelements 100 als
ein modernes Bauteil mit einer Gatelänge, die deutlich kleiner als
0.2 μm ist,
zu ermöglichen.
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Es
wird ein erster Ausheizzyklus ausgeführt, um eine Reaktion zwischen
dem Kobalt in der Schicht 110 und dem Silizium in den Drain-
und den Sourcegebieten 104 und dem Polysilizium in der
Gateelektrode 108 zu bewirken. Optional kann eine Titannitridschicht
mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 10 nm bis 20 nm über der
hochschmelzenden Metallschicht 110 vor dem Ausheizen des
Substrats 101 abgeschieden werden, um den schließlich erhaltenen
Schichtwiderstand des Kobaltdisilizids durch Reduzieren einer Oxidation
des Kobalts in den nachfolgenden Ausheizzyklen zu verringern. Typischerweise
liegt die Ausheiztemperatur im Bereich von ungefähr 450° bis 550°C, um Kobaltmonosilizid zu erzeugen.
Danach wird nicht reagiertes Kobalt selektiv weggeätzt und
dann wird ein zweiter Ausheizzyklus mit einer höheren Temperatur von ungefähr 700°C ausgeführt, um
Kobaltmonosilizid in eine Phase mit geringem Widerstand, die aus
Kobaltdisilizid aufgebaut ist, umzuwandeln.
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1b zeigt
schematisch das Transistorelement 100 mit Kobaltdisilizidgebieten 111,
die auf dem Drain- und Sourcegebiet 104 und mit einem Kobaltdisilizidgebiet 112,
das auf der Gateelektrode 108 gebildet ist. Obwohl Kobalt
erfolgreich für
Strukturgrößen von
ungefähr
0.2 μm und
sogar darunter verwendet werden kann, zeigt es sich, dass bei einer
weiteren Größenreduzierung
des Bauteils, wobei eine Gatelänge
von deutlich weniger als 100 nm erforderlich ist, der Schichtwiderstand
der Gateelektrode 108 mit dem Kobaltdisilizid stärker ansteigt,
als man erwarten würde,
wenn lediglich die verringerte Strukturgröße der Gateelektrode 108 in
Betracht gezogen wird. Es wird angenommen, dass der Anstieg des
Widerstands des Gebiets 112 durch Dehnungsspannungen zwischen
einzelnen Kobaltdilizidkörnern
hervorgerufen wird, wodurch die Filmintegrität des Kobaltdisilizids deutlich
beeinflusst wird, wenn die Gatelänge
in der Größenordnung
eines einzelnen Korns liegt.
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1c zeigt
schematisch das Transistorelement 100 mit einer reduzierten
Gatelänge 150a bis ungefähr 50 bis
80 nm nach Beendigung des zuvor beschriebenen Silizidbildungsprozesses.
Irregularitäten 112a in
Form von beispielsweise Hohlräumen und
Unterbrechungen in dem Kobaltdizilidgebiet der Gateelektrode 108 können auftreten
und können deutlich
den Schichtwiderstand erhöhen.
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1d und 1e repräsentieren
schematisch eine Draufsicht auf die Gateelektroden 108 mit einer
Gatelänge 150 von
ungefähr
200 nm im Vergleich zu der Gatelänge 150a von
ungefähr
50 nm. 1d zeigt die Gateelekrode 108 mit
der Gatelänge 150,
die mehrere einzelne Körner 113 enthält und die entlang
der Länge 150 angeordnet
sind, wohingegen, wie in 1e gezeigt
ist, lediglich ein einzelnes Korn 113 über die Länge 150a ausgebildet
ist. Während
die thermische Spannung, die während
des zweiten Ausheizzyklusses beim Umwandeln von Kobaltmonosilizid
in Kobaltdisilizid hervorgerufen wird, durch die mehreren Körner über die
Länge 150 hinweg
kompensiert werden kann, kann das einzelne Korn, das über die
Länge 150a hinweg
ausgebildet ist, eine effiziente Absorption der Spannung nicht ermöglichen
und bewirkt daher die Unterbrechung 112a des Kobaltdisilizidfilms.
Als Folge davon ist der Schichtwiderstand der Polysiliziumgateelektrode deutlich
erhöht,
wodurch ein extremes Größenreduzieren
der Bauteile ohne übermäßige Beeinträchtigung
des Transistorverhaltens verhindert wird.
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Die
Patentschrift
US 6 071 782 offenbart
das Bilden eines Silizidgebietes, z. B. aus Kobalt oder Nickel,
mittels einer ersten und einer zweiten Wärmebehandlung, wobei die Temperatur
der zweiten Wärmebehandlung
höher als
die der ersten ist.
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Die
Patentschrift
US 6
423 634 B1 offenbart das separate Ausbilden von Silizidgebieten
auf Source/Drain-Bereichen und Gateelektroden bei der Herstellung
von Feldeffektransistoren.
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Die
Patentschrift
US 6
468 900 B1 offenbart einen Feldeffekttransistor, der ein
Mischsilizidgebiet umfasst, das Kobalt und Nickel aufweist, und
durch Abscheiden einer Nickelschicht und einer Kobaltschicht und
Durchführen
einer einzigen Wärmebehandlung
gebildet wird.
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Angesichts
der zuvor erläuterten
Probleme besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte Technik zur
Herstellung von Silizid, wobei eine weitere Bauteilgrößenreduzierung
ohne unnötige
Beeinträchtigung
der Produktionsausbeute möglich
ist.
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die es ermöglicht,
die Vorteile eines Nickelsilizids, d. h. ein überlegenes Verhalten in Kombination
mit einem darunter liegenden Silizium, und die überlegenen Kontakteigenschaften von
Kobaltsilizid zu kombinieren, um damit die Möglichkeit für eine weitere Bauteilgrößenreduzierung
zu schaffen, ohne unnötig
den Schichtwiderstand eines Siliziumstrukturelements, das ein Metallsilizidgebiet aufweist,
zu beeinträchtigen.
Dazu kann eine Schicht aus Silizid, die im Wesentlichen ein vergrabenes
Nickelsilizid ist, gefolgt von einer Schicht aus Metallsilizid,
die im Wesentlichen Kobaltsilizid aufweist, in einem gemeinsamen
Herstellungsprozess gebildet werden, so dass die Probleme verringert
oder sogar vollständig
vermieden werden, die an einer Silizium/Kobaltsilizidgrenzfläche auftreten.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren das Bilden einer
Schicht, die eine erste Schicht mit metallischem Kobalt und eine
zweite Schicht mit metallischem Nickel aufweist, über einem
siliziumenthaltenden Gebiet, das auf einem Substrat gebildet ist.
Anschließend
wird eine Wärmebehandlung mit
dem Substrat bei einer Temperatur ausgeführt, um eine Reaktion von Nickel
und Kobalt mit dem Silizium zu bewirken, um damit Silizid im dem
siliziumenthaltenden Gebiet zu bilden. Anschließend werden nicht reagiertes
Nickel und Kobalt von dem Substrat entfernt und es wird eine weitere
Wärmebehandlung
mit einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur
ist, durchgeführt,
um das Silizid zu modifizieren, das sich während der Wärmebehandlung mit der ersten
Temperatur gebildet hat.
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Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Feldeffekttransistor eine
Siliziumgatelektrode, die auf einer Gateisolationsschicht gebildet
ist. Der Transistor umfasst ferner ein Draingebiet und ein Sourcegebiet,
die benachbart zu der Gateelektrode ausgebildet sind. Ferner ist
ein Nickelsilizidgebiet auf der Siliziumgateelektrode gebildet und
es ist ein Kobaltsilizidgebiet über
dem Nickelsilizidgebiet gebildet.
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus folgenden detaillierten Beschreibung hervor,
wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird;
es zeigen:
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1a, 1b und 1c schematisch Querschnittsansichten
eines bekannten Feldeffekttransistors während unterschiedlicher Herstellungsstadien;
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1d und 1e schematisch
Draufsichten von Gateelektroden unterschiedlicher Gatelänge eines
bekannten Feldeffekttransistors, wobei ein nicht tolerierbarer Gatewiderstandanstieg
bei einer Gatelänge
von weniger als 100 nm beobachtet werden kann; und
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2a bis 2d schematisch
Querschnittsansichten eines Feldeffekttransistors während diverser
Herstellungsstadien gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Es
sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung besonders
vorteilhaft ist, wenn diese auf die Herstellung von Feldeffekttransistoren
mit äußerst größenreduzierten
Strukturelementen angewendet wird, da die mit dem Kobaltsilizid
verbundenen Probleme bei Strukturgrößen von deutlich unterhalb
100 nm merklich verringert oder vermieden werden können, indem
ein gestapeltes Nickelsilizid/Kobaltsilizidgebiet vorgesehen wird,
da das angrenzend zu dem Silzium ausgebildete Nickelsilzid eine
Reduzierung der Linienbreite ermöglicht,
ohne die Gesamteigenschaften des Silizidfilms unnötig zu beeinträchtigen,
wohingegen das Kobaltsilizid ein erprobtes und gut etabliertes Silizidmaterial
ist, das einen besseren Kontaktwiderstand im Vergleich zu anderen
Materialien, etwa Wolfram und dergleichen zeigt, wobei ein hohes
Maß an
Kompatibilität
mit gegenwärtig
bewährten
CMOS-Kontaktprozesstechniken sichergestellt ist. Die vorliegende
Erfindung sollte jedoch nicht auf kritische Abmessungen von 100
nm und darunter eingeschränkt
gesehen werden, sofern derartige Einschränkungen nicht explizit in den
angefügten
Patentansprüchen
dargelegt sind.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2d werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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In 2a ist
ein Feldeffekttransistor 200 dargestellt und soll ein beliebiges
siliziumenthaltendes Gebiet repräsentieren,
das einen Silizidbereich erhalten soll, um damit dessen Schichtwiderstand
zu verringern. Wie zuvor erläutert
ist, müssen
Gateelektroden, Drain- und Sourcegebiete, Polysiliziumleitungen und
dergleichen in Hinblick auf ihre Leitfähigkeit modifiziert werden,
insbesondere wenn die kritischen Abmessungen dieser Siliziumstrukturelemente
stetig bis zu einer Größe von gegenwärtig 50
nm oder sogar weniger verringert werden. Sofern dies nicht anders
in den angefügten
Patentansprüchen
spezifiziert ist, soll der Feldeffekttransistor 200 als
ein Vertreter eines beliebigen siliziumenthaltenden Schaltungselements
betrachtet werden, das die Herstellung eines Metallsilizidgebiets
darin erfordert. Der Feldeffekttransistor 200 umfasst ein
Substrat 201, das ein beliebiges geeignetes Substrat sein
kann, etwa eine Siliziumscheibe, ein SOI-(Silizium auf Isolator)
Substrat, und dergleichen. Ein aktives Gebiet 202 ist in
dem Substrat 201 ausgebildet und dessen Abmessungen sind
durch eine Isolationsstruktur 203 definiert, die in Form
einer Grabenisolationsstruktur vorgesehen sein kann. Stark dotierte
Drain- und Sourcegebiete 204 mit entsprechenden Erweiterungsgebieten 205 sind
in dem aktiven Gebiet 202 gebildet und sind voneinander
durch ein Kanalgebiet 206 getrennt. Ein Polysiliziumgateelektrode 208 ist über dem
Kanalgebiet 206 gebildet und ist davon mittels einer Gateisolationsschicht 207 getrennt.
Ferner sind Seitenwandabstandselemente 209 an Seitenwänden der
Polysiliziumgatelektrode 208 gebildet. In einer Ausführungsform,
wie in 2 gezeigt ist, kann eine Deckschicht 230 über der
Gateelektrode 208 angeordnet sein, um damit eine obere
Oberfläche
der Gateelektrode 208 zu bedecken. Die Deckschicht 230 kann
Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxynitrid, und dergleichen
aufweisen und kann vorteilhafterweise aus einem Material aufgebaut
sein, das optische Eigenschaften aufweist, die es ermöglichen, die
Deckschicht 230 als eine unten liegende antireflektierende
Beschichtung während
der Strukturierung der Gateelektrode 208 zu verwenden.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Feldeffekttransistors 200,
wie er in 2a gezeigt ist, kann im Wesentlichen
die gleichen Prozesse umfassen, wie sie zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben
sind. Hinsichtlich der Ausführungsformen des
Feldeffekttransistors 200 mit der Deckschicht 230 ist
anzumerken, dass während
des Strukturierens der Gateelektrode 208 mittels moderner
Photolithographie eine unten liegende antireflektierende Beschichtung
verwendet wird, die typischerweise nach dem Strukturierungsprozess
entfernt wird. In einigen dieser Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
kann daher, anders als in dem konventionellen Prozessablauf, die
unten liegende antireflektierende Beschichtung bewahrt werden und
kann dann als die Deckschicht 230 dienen. In diesen Ausführungsformen
ermöglicht
es die Deckschicht 230, unabhängig Metallsilizidgebiete in
den Drain- und Sourcegebieten 204 einerseits und – nach Herstellung
des Metallsilizids in den Drain- und Sourcegebieten 204 – in der
Gateelektrode 208 andererseits zu bilden, indem nachfolgend
die Deckschicht 230 entfernt und eine Prozesssequenz ausgeführt wird, wie
dies mit Bezug zu den 2b bis 2d beschrieben
ist. D. h. in einigen Ausführungsformen kann
beispielsweise ein Kobaltsilizidgebiet in den Drain- und Sourcegebieten 204 gebildet
werden, wobei im Wesentlichen die gleiche Prozesssequenz ausgeführt wird,
wie dies zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben
ist, wobei jedoch die Deckschicht 230 eine Ausbildung von
Kobaltsilizid in der Gateelektrode 208 verhindert. Somit
kann durch Anwenden der Prozesssequenz, die in den 1a bis 1c beschrieben
ist, auf den Feldeffekttransistor 200 mit der Deckschicht 230 eine
Herstellung der Kobaltsilizidgebiete 211a erfolgen, die
durch gestrichelte Linien bezeichnet sind. Danach kann die Deckschicht 230 zur
Herstellung eines Nickelsilizid/Kobaltsilizidgebiets in der Gateelektrode 208 entfernt
werden.
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Der
Einfachheit halber wird in der weiteren Beschreibung nunmehr auf
den Feldeffekttransistor 200 Bezug genommen, der die Deckschicht 230 nicht aufweist,
da im Wesentlichen die gleichen Prozessschritte auf den Transistor 200 mit
den Metallsilizidgebieten 211a, wie sie in 2a gezeigt
sind, angewendet werden können,
um damit ein Nickelsilizid/Kobaltsilizidgebiet nur in der Gateelektrode 208 zu
bilden.
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2b zeigt
schematisch den Feldeffekttransistor 200 mit einer darauf
gebildeten Metallschicht 240, wobei die Metallschicht 240 eine
erste Teilschicht 241 und eine zweite Teilschicht 242 aufweist,
wobei die erste Teilschicht 241 Kobalt aufweist und wobei
die zweite Teilschicht 242 Nickel aufweist. In anderen
Ausführungsformen
kann die erste Teilschicht 241 aus Nickel und die zweite
Teilschicht 242 aus Kobalt aufgebaut sein.
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Die
Metallschicht 240 kann durch chemische Dampfabscheidung
und/oder physikalische Dampfabscheidung gebildet werden. Wenn beispielsweise die
Metallschicht 240 zumindest die beiden Teilschichten 241, 242 aufweist,
können
diese Teilschichten einzeln durch einen speziellen Abscheideprozess,
etwa einem CVD-Prozess oder einem PVD-Prozess gebildet werden. Während des
Abscheideprozesses kann, unabhängig
von der Art des Abscheideprozesses, das Verhältnis von Kobalt zu Nickel
gesteuert werden, indem beispielsweise die Schichtdicken der Teilschichten 241 und 242 gesteuert
werden in einer speziellen Ausführungsform
wird der Abscheideprozess so gesteuert, dass die Menge an Kobalt,
gemessen in Atomen pro Volumen, höher als die Menge an Nickel
ist. Dazu kann beispielsweise in einer Ausführungsform die entsprechende
Teilschicht 241, 242, die das Kobalt enthält, die
Dicke größer gewählt werden
als die entesprechende Dicke der anderen Teilschicht 241, 242,
die das metallische Nickel enthält.
Beispielsweise kann eine Dicke der Teilschicht 241, wenn
diese aus Kobalt aufgebaut ist, in einem Bereich von ungefähr 10 bis
50 nm gewählt werden,
wohingegen die Dicke der Teilschicht 242, wenn diese aus
Nickel aufgebaut ist, in einem Bereich von ungefähr 10 bis 30 nm gewählt wird.
Wenn jedoch andere Verhältnisse
und/oder Absolutschichtdicken des schließlich erhaltenen Nickelsilizids
und Kobaltsilizids erforderlich sind, so können die entsprechenden Dicken
der Teilschichten 241, 242 in entsprechender Weise
angepasst werden.
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Danach
wird eine Wärmebehandlung
durchgeführt,
etwa ein rasches thermisches Ausheizen, bei moderat geringen Temperaturen
im Vergleich zu einem konventionellen Kobaltsilizidierungsprozess, wie
er mit Bezug zu 1a beschrieben ist. Beispielsweise
kann eine Temperatur im Bereich von ungefähr 300°C bis 380°C für eine Zeitdauer von ungefähr 20 bis
60 Sekunden angewendet werden, um eine Metalldiffusion und die Bildung
von Siliziden mit dem darunter liegenden Silizium zu initiieren.
In einer speziellen Ausführungsform
führt eine
Anordnung, wobei die erste Teilschicht 241 Kobalt aufweist
und die zweite Teilschicht 242 Nickel aufweist, überraschenderweise
zu der Ausbildung von Nickelsilizid, das unmittelbar auf dem darunter
liegenden Silizium liegt, beispielsweise auf der Siliziumgateelektrode 208 und
den Drain- und Sourcegebieten 204, sofern diese nicht durch
zuvor gebildete Metallsilizide 211a (siehe 2a)
bedeckt sind. Ohne die vorliegende Erfindung auf die folgende Erläuterung
einzuschränken,
wird angenommen, dass die moderate Temperatur während der Wärmebehandlung eine signifikant höhere Diffusionsaktivität des Nickels
im Vergleich zu dem Kobalt hervorruft, so dass während einer anfänglichen
Phase Nickel in das Kobalt eindringt, während die reduzierte Temperatur
deutlich eine Reaktion des Kobalts mit dem darunter liegenden Silizium herabsetzt.
Während
des Verlaufs der Wärmebehandlung
diffundiert Nickel zunehmend in das Silizium und bildet rasch Nickelsilizid,
während
die Kobaltsilizidbildung weiterhin deutlich langsamer erfolgt. Schließlich bildet
sich eine Nickelsilizidschicht auf dem darunter liegenden Silizium,
etwa der Gateelektrode 208 und den Drain- und Sourcegebieten 204, gefolgt
von einer Kobaltsilizidschicht. Es wird angenommen, dass eine ungewünschte Nickeldiffusion
in sensible Substrat- oder Bauteilgebiete während der Wärmebehandlung auf Grund eines
gewissen „Abschirmungs-"effekts einer gewissen
Menge von Kobalt und Kobaltsilizid, das unterhalb des Nickels für eine ausgeprägte Zeitdauer
der Wärmebehandlung vorhanden
ist, reduziert wird.
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2c zeigt
schematisch den Feldeffekttransistor 200 nach Abschluss
der Wärmebehandlung,
die zuvor beschrieben ist, wodurch eine Nickelsilizidschicht 260 und
darüber
eine Kobaltsilizidschicht 261 gebildet sind.
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In
diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass Relativangaben hinsichtlich
der Position, etwa über,
unter, und dergleichen so gemeint sind, um eine Lage oder Richtung
relativ zu dem Substrat 201 anzugeben. D. h., die Kobaltsilizidschicht 261 ist über der
Nickelisilizidschicht 260 angeordnet und führt daher
zu einem Aufbau, in welchem die Nickelsilizidschicht 260 eine „vergrabene" Schicht ist.
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In ähnlicher
Weise kann eine Nickelsilizidschicht 270 in den Drain-
und Sourcegebieten 204 gebildet werden und darüber ist
eine Kobaltsilizidschicht 271 gebildet. Wenn der Feldeffekttransistor 200 das
Metallsilizidgebiet 211a (siehe 2a) aufweist,
beispielsweise in der Form eines Kobaltsilizids, kann die Ausbildung
der Nickelsilizidschicht 271 und der Kobaltsilizidschicht 270 im
Wesentlichen vermieden werden oder zumindest deutlich verringert
werden durch das Metallsilizidgebiet 211a, so dass in diesem
Falle der Herstellungsprozess für
das Nickelsilizid 260 und das Kobaltsilizid 261 in
der Gateelektrode 208 speziell darauf hin ausgerichtet
werden kann, um die Erfordernisse insbesondere für eine optimale Leitfähigkeit
der Gateelektrode 208 zu erfüllen. Wenn ferner die Metallsilizidgebiete 211a (siehe 2a)
zuvor mittels der Deckschicht 230 gebildet wurden, können die
bei der Herstellung der Metallsilizidgebiete 211a beteiligten
Prozessparameter speziell so gestaltet werden, um diese Gebiete
in Hinblick auf die Tiefe des PN-Übergangs und dergleichen zu
optimieren.
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Nach
Beendigung der Wärmebehandlung zur
Herstellung der Silizidschichten 260, 261, 270, 271 wird
nicht reagiertes Metall von den Seitenwandabstandselementen 209 und
der Isolationsstruktur 203 durch einen selektiven nasschemischen Ätzprozess
entfernt, wie er im Stand der Technik gut bekannt ist. In einigen
Ausführungsformen
kann es geeignet sein, das Kobalt und/oder Nickel in der Schicht 240 an
Bereichen, die mit Silizium in Kontakt sind, nur unvollständig zu
transformieren. In diesem Falle werden auch nicht reagierte Anteile
dieser Metalle von Bereichen über
der Gateelektrode 208 und den Drain- und Sourcegebieten 204 entfernt.
Die Dicke der Schichten 260, 261, 270, 271 kann
dann durch die Prozesstemperatur und/oder die Prozesszeit gesteuert
werden.
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Danach
wird eine zweite Wärmebehandlung durchgeführt, beispielsweise
in Form einer raschen thermischen Ausheizung, bei einer Temperatur,
die höher
als die Temperatur der vorhergehenden Wärmebehandlung ist. In einigen
Ausführungsformen wird
die Temperatur in einem Bereich von ungefähr 450°C bis 650°C gewählt, wohingegen in speziellen Ausführungsformen
der Temperaturbereich von ungefähr
500°C bis
600°C gewählt wird.
Ferner wird die Dauer der Wärmebehandlung
auf ungefähr
5 bis 30 Sekunden festgelegt. Während
dieser Wärmebehandlung
wird die Umwandlung des Kobaltsilizids in den Gebieten 261 und 271 in
ein niederohmiges Kobaltdisilizid bewirkt. Während dieser Wärmebehandlung
kann das Nickelsilizid ebenso in Nickeldisilizid umgewandelt werden,
das ausgezeichnete Grenzflächeneigenschaften
mit dem darunter liegenden Silizium aufweist und damit als ein "Puffer" zu dem darüber liegenden
Kobaltdisilizid wirkt. Auf diese Weise werden spannungsinduzierte
Irregularitäten
der Kobaltdisilizidschicht deutlich reduziert oder eliminiert, wenn
die Gatelänge
der Gateelektrode 208 in der Größenordnung eines einzelnen
Kornes des Kobaltdisilizids liegt, wie dies zuvor mit Bezug zu den 1c, 1d und 1e erläutert ist.
Durch das Steuern zumindest eines Prozessparameters der Wärmebehandlung,
d. h. der Temperatur und der Dauer, kann der Prozess zum Umwandeln
des Monosilizids in Disilizid eingestellt werden. Beispielsweise kann
in Hinblick auf einen gewünschten
geringen Schichtwiderstand ein Optimum der schließlich erhaltenen
Leitfähigkeit
auf der Grundlage von Experimenten bestimmt werden, wobei für ein gegebenes Dickenverhältnis der
Nickelsilizidschicht 260 und der Kobaltsilizidschicht 261 mindestens
ein Prozessparameter der Wärmebehandlung
für das
Umwandeln des Kobaltsilizids in eine niederohmige Phase variiert werden
kann, um die Abhängigkeit
des schließlich
erhaltenen Schichtwiderstands von diesem bzw. diesen Prozessparametern
festzustellen. Diese Messungen können
für mehrere
unterschiedliche Dickenverhältnisse
aufgeführt
werden, um eine Vielzahl von Messdaten zu erhalten, aus denen die
Prozessparameter für
die Transformationswärmebehandlung dann
abgeleitet werden können.
Eine entsprechende Steuerung der Wärmebehandlung kann vorteilhaft sein,
da Nickeldisilizid, das sich während
der Transformationswärmebehandlung
bildet, einen erhöhten Widerstand
im Vergleich zu Nickelmonosilizid aufweisen kann, wohingegen Kobaltsilizid
das entgegengesetzte Verhalten zeigt.
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2d zeigt
schematisch den Feldeffekttransistor 200 nach Beendigung
der zweiten Wärmebehandlung
mit einer modifizierten Nickelsilizidschicht 260a, gefolgt
von einer modifizierten Kobaltsilizidschicht 261a, die
in der Gateelektrode 208 gebildet sind, und mit einer modifizierten
Nickelsilizidschicht 270a und einer modifizierten Kobaltsilizidschicht 271a,
die in den Drain- und Sourcegebieten 204 gebildet sind,
sofern diese Gebiete nicht durch das zuvor gebildete Metallsilizidgebiet 211a (siehe 1a)
bedeckt sind. Auf Grund der Kombination der überlegenen Eigenschaften des
Kobaltsilizids in Hinblick auf dessen Widerstand zu einem Kontaktmetall
und in Hinblick auf die Eigenschaften des Nickelsilizids in Bezug
auf eine Grenzfläche
mit einem darunter liegenden Silizium kann ein geringer Gesamtschichtwiderstand
für die
Gateelektrode 208 erhalten werden, wobei gleichzeitig der
Widerstand zu lokalen Verbindungsleitungen (nicht gezeigt), die während der
weiteren Herstellungsschritte für
den Feldeffekttransistor 200 gebildet werden, ebenso klein
gehalten werden.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die das Bilden einer vergrabenen Nickelsilizidschicht auf siliziumenthaltenden
Schaltungselementen ermöglicht,
wobei eine Kobaltsilizidschicht auf der vergrabenen Nickelsilizidschicht
gebildet ist, wodurch die ausgezeichneten Eigenschaften des Kobaltsilizids
in Bezug auf den Kontaktwiderstand beibehalten bleiben, während eine
Beeinträchtigung
des Schichtwiderstandes deutlich verringert oder vermieden werden
kann, die ansonsten durch eine Kobaltsilizid/Siliziumgrenzfläche hervorgerufen wird,
wie dies auch von konventionellen Bauteilen bekannt ist. Die Kobaltsilizidschicht
und die vergrabene Nickelsilizidschicht können in einem gemeinsamen Herstellungsprozess
gebildet werden, wobei die Eigenschaften, etwa die Dicke der einzelnen
Silizidschichten, der Gesamtschichtwiderstand und die Morphologie
der Schichten durch Abscheideparameter, etwa die Abscheidezeit und
das Zusammensetzungsverhältnis,
bzw. die Prozessparameter einer entsprechenden Wärmebehandlung gesteuert werden
können. Überraschenderweise
führt die
Bildung einer Kobaltschicht gefolgt von einer Nickelschicht zu einer
Umverteilung dieser Materialien während der Herstellung der entsprechenden
Silizide, so dass in einigen Ausführungsformen eine ungewünschte Nickeldiffusion
in sensible Bauteilgebiete während
des Silizidierungsprozesses reduziert werden kann.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als
die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.